廖敏，郝亞榮

(武漢大學人民醫(yī)院老年病科，武漢 430060)

糖尿病是環(huán)境和遺傳等因素共同作用的結果，是以胰島素抵抗(insulin resistance，IR)或胰島β細胞分泌障礙為主的代謝綜合征。IR是2型糖尿病發(fā)病的重要因素，與肥胖和高脂血癥相關。在糖尿病發(fā)生和發(fā)展過程中，高血糖常伴隨高血脂。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會老齡化的加劇，人們生活及飲食方式發(fā)生變化，全球糖尿病發(fā)病率呈逐漸升高趨勢。據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟統(tǒng)計，2017年全世界成人糖尿病患病率為8.4%，患者約4.51億，預計到2045年，糖尿病患病率將增至9.9%，患者約6.93億；此外，有49.7%的糖尿病患者未被確診，3.74億人患有糖耐量異常[1]。糖尿病及其并發(fā)癥嚴重危害人類健康，給糖尿病患者及家屬帶來了巨大的社會和經(jīng)濟負擔。小檗堿(C20H18NO4+)又名黃連素，為中藥抗生素，主要存在于多種藥用植物的根、根莖和莖皮中。小檗堿是傳統(tǒng)中藥黃連生物活性的主要成分，在我國是一種治療胃腸道感染的非處方藥[2]。研究證實，小檗堿具有降糖、降脂、抗炎、抗氧化作用[3]。此外，小檗堿還具有抗腫瘤[4]、保護心血管(抗心律失常、抗心力衰竭、降壓、抗血小板聚集)、免疫抑制等藥理作用，有廣泛的臨床價值?，F(xiàn)就小檗堿在糖尿病及其并發(fā)癥中的相關作用機制予以綜述。

1 小檗堿抗糖尿病的作用機制

糖尿病治療藥物包括磺脲類、格列奈類、雙胍類、噻唑烷二酮類、α-葡萄糖苷酶抑制劑、胰島素、胰高血糖素樣肽-1激動劑和二肽基肽酶-4抑制劑等。目前臨床上治療2型糖尿病的一線藥物是二甲雙胍，但禁用于嚴重肝、腎功能異常的患者，有一定的局限性。目前開發(fā)新的降糖藥物也是全球醫(yī)學界研究的一個熱點。小檗堿最常用于腹瀉的治療，但小檗堿也可降低血糖。Yin等[2]給予新診斷的2型糖尿病患者和控制不良的2型糖尿病患者連續(xù)口服小檗堿3個月，每日3次，每次0.5 g，結果空腹血糖(fasting blood-glucose，F(xiàn)BG)、餐后血糖、糖化血紅蛋白(glycosylated hemoglobin，HbA1c)、總膽固醇、三酰甘油水平均顯著降低，因此認為小檗堿是一種安全有效、成本低的口服降糖藥，并且具有調節(jié)脂質代謝的作用。Chueh和Lin等[5]采用適量小檗堿治療非肥胖1型糖尿病小鼠發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)BG降低，而且不會引起不良反應。糖尿病大鼠口服小檗堿45 d后，F(xiàn)BG、HbA1c水平均顯著降低，血漿胰島素水平增加，胱天蛋白酶-8、Bax、細胞色素C、裂解胱天蛋白酶3等促凋亡蛋白水平降低，抗凋亡蛋白Bcl-2水平升高，胰島細胞凋亡減輕[6]。表明小檗堿可能是治療糖尿病的新藥物。小檗堿抗糖尿病可能涉及多種機制以及信號通路，如抑制肝臟糖異生、促進糖酵解、激活AMP活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK)通路、調節(jié)腸道微生物群、改善IR、調節(jié)脂質代謝。

1.1調節(jié)糖代謝 高血糖是糖尿病的主要特征，被認為是一種糖代謝紊亂性疾病。小檗堿可以通過調節(jié)糖代謝降低血糖，從而達到治療糖尿病的目的。小檗堿調節(jié)糖代謝的機制包括：①抑制肝細胞線粒體，導致AMP/ATP比值增加，抑制磷酸烯醇丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶，抑制肝臟糖異生，顯著降低糖尿病大鼠FBG[7]。②小檗堿是AMPK激活劑，而AMPK是由α、β和γ亞基組成的異三聚體蛋白，在調控細胞能量穩(wěn)態(tài)中具有重要作用，有研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿抑制線粒體葡萄糖氧化，可增加AMP/ATP比值并激活AMPK，促進糖酵解[8]。③小檗堿還可降低腸道對葡萄糖的吸收，小檗堿可抑制α-葡萄糖苷酶，降低餐后血糖[9]，與α-葡萄糖苷酶抑制劑有類似的降糖作用；Liu等[10]發(fā)現(xiàn)，小檗堿可降低糖尿病大鼠和Caco-2細胞腸道雙糖酶的活性，且以十二指腸的效果最為顯著。④小檗堿可激活葡萄糖轉運蛋白1，促進葡萄糖攝取[11]。

1.2改善IR IR是指各種原因使胰島素促進糖攝取和利用率降低，致機體代償性分泌過多胰島素，造成高胰島素血癥以維持正常血糖，是2型糖尿病的重要發(fā)病機制之一。慢性高血糖、肥胖、高脂血癥、炎癥等多種因素可以導致IR的發(fā)生。Liu等[12]研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿降低高脂飼養(yǎng)肥胖大鼠的FBG以及改善IR是通過抑制脂多糖/Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)/腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)通路起作用的。小檗堿可上調胰島素受體的表達，增加外周組織中胰島素的敏感性，降低2型糖尿病患者的FBG、HbA1c和三酰甘油水平[13]。Lee等[14]研究表明，小檗堿可激活3T3-L1脂肪細胞和L6肌管中的AMPK，增加L6肌管中的葡萄糖轉運蛋白4易位，提高胰島素敏感性，改善IR，在治療2型糖尿病中發(fā)揮著重要作用。

1.3保護胰島β細胞 胰島β細胞通過分泌胰島素調節(jié)血糖，胰島β細胞功能受損或缺乏會造成胰島素分泌相對或絕對不足，使血糖升高，從而導致糖尿病。小檗堿可增加胰高血糖素樣肽-1的分泌，增加胰島素水平和胰島β細胞數(shù)量[15]。線粒體在氧化應激過程中產(chǎn)生過多的活性氧類(reactive oxygen species，ROS)，造成胰島β細胞凋亡、損傷[3]。炎癥因子在胰島β細胞凋亡中起關鍵作用，有研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿可以抑制促凋亡蛋白、促炎因子及脂質過氧化物的表達，上調抗凋亡蛋白、抗炎介質以及抗氧化劑活性，從而發(fā)揮抗凋亡、抗炎、抗氧化作用[6]。

1.4調節(jié)血脂代謝 血漿三酰甘油和非酯化脂肪酸等的升高是造成IR的一個重要原因，而IR會進一步加重脂質代謝紊亂，導致惡性循環(huán)。因此控制血脂對預防和緩解糖尿病相關的血管損傷具有重要意義。動物實驗和臨床研究均證實，小檗堿具有降低總膽固醇、三酰甘油以及低密度脂蛋白膽固醇水平的作用，且未發(fā)現(xiàn)明顯的不良反應，甚至具有護肝的作用；而且小檗堿降低血漿低密度脂蛋白膽固醇水平是以胞外信號調節(jié)激酶依賴的方式，穩(wěn)定低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein receptor，LDLR)信使RNA，從而上調LDLR的表達[16-17]。Lee等[18]首次報道小檗堿激活c-Jun氨基端激酶信號通路，增加肝臟LDLR啟動子的轉錄活性，上調LDLR。另外，小檗堿還可激活外周組織(肝臟和肌肉)中的AMPK，促進脂肪酸氧化，降低總膽固醇和三酰甘油水平[19]。

1.5抗炎作用 糖尿病被認為是一種低度炎癥性疾病，炎癥因子在糖尿病的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，而小檗堿一直用于消化道炎癥性疾病的治療。Han等[20]認為，調節(jié)腸道微生物群是小檗堿治療糖尿病的機制之一。糖尿病大鼠口服小檗堿45 d后，抗炎細胞因子白細胞介素(interleukin，IL)-10的表達增加，TNF-α、核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)、環(huán)加氧酶2等促炎介質的表達降低[6]。TLR4激活髓樣分化因子88，繼而活化NF-κB和促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路，誘發(fā)炎癥細胞因子的表達[21]。有研究證實，小檗堿抗炎活性與抑制TLR4介導的NF-κB和MAPK信號通路有關[22]。另有研究表明，小檗堿下調TNF-α、IL-6及單核細胞趨化蛋白-1的水平與激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ相關[23]。小檗堿通過激活巨噬細胞中的AMPK，抑制細胞內(nèi)ROS和MAPK，下調IL-1β、IL-6、單核細胞趨化蛋白-1、環(huán)加氧酶2等促炎因子的表達[24]。

1.6抗氧化作用 氧化應激增加是肥胖和2型糖尿病及其并發(fā)癥等多種疾病的共同特點。機體ROS、自由基和抗氧化之間的失衡是發(fā)生氧化應激的主要原因。有研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿具有調節(jié)氧化和抗氧化平衡的潛能，可增加2型糖尿病小鼠抗氧化劑超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和過氧化氫酶的活性[25]。糖尿病大鼠口服小檗堿45 d，胰腺中脂質過氧化標志物硫代巴比妥酸活性物質和脂質過氧化物的水平降低，SOD、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽、維生素C及維生素E等抗氧化劑的活性升高，改善了糖尿病大鼠胰腺的氧化應激[6]。Chen等[26]發(fā)現(xiàn)，沉默信息調節(jié)因子1(silent information regulator 1，SIRT1)是miR-106b的靶基因，小檗堿通過抑制miR-106b和上調SIRT1降低丙二醛水平，增加SOD1水平，減輕糖尿病小鼠的氧化應激。Wang等[27]研究表明，小檗堿以AMPK依賴方式上調解偶聯(lián)蛋白-2水平，抑制氧化應激。

2 小檗堿在糖尿病并發(fā)癥中的作用機制

2.1糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM) DCM是糖尿病導致的一種特異性心臟病，獨立于冠心病、高血壓性心臟病、風濕性心臟病及其他已知的心臟病。DCM是糖尿病常見的、嚴重的慢性并發(fā)癥之一，心肌纖維化是DCM的一個重要病理特征。小檗堿可下調糖尿病大鼠心肌成纖維細胞中胰島素樣生長因子1受體水平，降低基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)2/9、α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)和Ⅰ型膠原的表達，改善心肌纖維化及功能障礙[28]。鞘磷脂、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰膽堿是DCM的脂質生物標志物，在高糖、高脂和鏈脲佐菌素誘導的DCM大鼠模型中，小檗堿通過干擾鞘磷脂、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰膽堿的代謝，改善心臟舒張、收縮功能和心肌肥厚[29]。

糖尿病患者較非糖尿病患者更易患缺血性心肌病，因此在降糖基礎上，還要減輕心肌缺血損傷，以降低DCM的發(fā)生率和病死率。Chang等[30]對2型糖尿病缺血再灌注大鼠予小檗堿預處理7 d，結果顯示，與未經(jīng)治療的2型糖尿病組相比，小檗堿治療的大鼠缺血再灌注損傷的梗死面積減小，心律失常減弱，表明小檗堿可以減輕糖尿病心肌缺血再灌注損傷，可能與激活AMPK、蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)磷酸化以及抑制糖尿病心臟非缺血區(qū)的糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK3β)相關。小檗堿通過激活AMPK和磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K)/Akt通路，升高Bcl-2/Bax比值，降低胱天蛋白酶3水平，減輕糖尿病大鼠缺血再灌注所致的心肌細胞凋亡[31]。此外，小檗堿治療還可改善H9C2心肌細胞中的IR，增加葡萄糖消耗和攝取，且與AMPK活化相關[32]。

2.2糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN) DN是終末期腎衰竭的一個重要原因，DN的主要特點包括腎小球濾過率降低以及尿蛋白、血肌酐、尿素氮升高，嚴重者會導致糖尿病患者死亡。DN的發(fā)病機制包括腎小管上皮細胞發(fā)生上皮-間充質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)、腎小管間質纖維化、腎小球硬化、細胞外基質過度積累、系膜擴張等；此外，炎癥和氧化應激也可能在DN的發(fā)生和進展中起重要作用。

長期高血糖會減少上皮細胞標志物上皮鈣黏素的表達，增加間質細胞標志物α-SMA、波形蛋白和神經(jīng)鈣黏素的表達[33]，其中α-SMA常常作為纖維化的標志。小檗堿可降低DN大鼠24 h尿蛋白、血肌酐、尿素氮水平，下調轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、α-SMA、波形蛋白的表達，抑制DN腎臟纖維化[34]。TGF-β導致細胞外基質沉積，在DN病程進展中有重要作用。小檗堿通過激活核因子E2相關因子2(nuclear factor elytroid-derived 2-related factor 2，Nrf2)通路以及兩個Nrf2靶向抗氧化基因磷酸酰胺腺嘌呤二核苷酸醌氧化還原酶-1和血紅素加氧酶1(heme oxygenase-1，HO-1)，抑制TGF-β/Smad/EMT通路，消除高糖誘導的EMT和氧化應激，改善糖尿病大鼠的腎纖維化[35]。在高糖誘導的足細胞和鏈脲佐菌素誘導的DN小鼠中，小檗堿通過抑制TLR4/NF-κB通路減輕炎癥反應，改善足細胞凋亡，降低FBG、腎體比、24 h尿蛋白、血肌酐及尿素氮水平[36]。Sun等[37]的研究也表明，小檗堿對DN的保護作用與抑制TGF-β/Smad3所致的腎臟纖維化及NF-κB介導的腎臟炎癥相關。

小檗堿通過調控TGF-β介導的MMPs/基質金屬蛋白酶組織抑制物(tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMPs)系統(tǒng)，增加MMP2/TIMP2和MMP9/TIMP1，抑制纖連蛋白和Ⅳ型膠原，從而減少細胞外基質積聚[38]。小檗堿還可通過降低晚期糖基化終末產(chǎn)物的生成抑制晚期糖基化終末產(chǎn)物受體的表達，從而抑制TGF-β和蛋白激酶C-β，改善DN[39]。Zhao等[40]發(fā)現(xiàn)，小檗堿改善DN與激活AMPK相關，AMPK可能是治療DN的一個重要靶點。

2.3糖尿病神經(jīng)病變 小檗堿可以通過血腦屏障，對糖尿病導致的神經(jīng)病變具有一定療效。糖尿病患者有發(fā)生認知功能缺陷的風險，有研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿改善db/db小鼠的認知障礙，與激活SIRT1及抑制內(nèi)質網(wǎng)應激相關[41]。糖尿病是阿爾茨海默病和血管性癡呆的危險因素，如果未有效干預2型糖尿病的認知功能障礙，其可能逐漸發(fā)展為生活自理能力缺陷和人格、個性改變，甚至出現(xiàn)癡呆癥。Yin等[42]研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿可抑制內(nèi)皮細胞miR-133a異常表達，上調鳥苷三磷酸環(huán)化水解酶1的表達，改善糖尿病大鼠血管性癡呆。在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病神經(jīng)病大鼠模型中，小檗堿可抑制海馬組織中p38 MAPK和c-Jun氨基端激酶水平，增加神經(jīng)突蛋白的表達，顯著改善大鼠的記憶能力[43]。糖尿病相關的認知缺陷與內(nèi)側前額皮質中糖的攝取及代謝有關，毒性因子 β淀粉樣蛋白42(β-amyloid 42，Aβ42)是阿爾茨海默病的標志物，炎癥和IR促進糖尿病生成Aβ42[44]。有研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿通過激活PI3K/Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白和MAPK通路，下調神經(jīng)元中NF-κB和蛋白激酶C的表達，抑制糖尿病大鼠內(nèi)側前額皮質中促炎因子的釋放和IR，促進大腦中糖的吸收，減少Aβ42的生成，從而改善糖尿病相關的認知缺陷[45]。

炎癥和氧化應激在糖尿病神經(jīng)病變中發(fā)揮著重要作用。糖尿病神經(jīng)病變患者還具有感覺異常、痛覺過敏等癥狀，小檗堿可阻斷蛋白激酶C通路，抑制瞬時受體電位香草酸亞型1的活化，降低促炎因子TNF-α的表達，減輕糖尿病神經(jīng)性疼痛[46]。小檗堿通過調控PI3K/Akt/GSK3β信號通路，改善tau蛋白磷酸化，升高SOD水平，降低丙二醛水平，改善氧化應激，對糖尿病大鼠發(fā)揮神經(jīng)保護作用[47]。Nrf2是抗氧化酶基因轉錄的一個重要調控因素，可以緩解氧化損傷。Hsu等[48]研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿通過激活PI3K/Akt和Nrf2/HO-1，增加谷胱甘肽、SOD、Bcl-2水平，降低ROS、細胞色素C、Bax和胱天蛋白酶水平，減輕氧化應激和凋亡，表明小檗堿有神經(jīng)保護作用。研究還發(fā)現(xiàn)，在高糖環(huán)境下，小檗堿可促進Nrf2易位，上調HO-1和神經(jīng)生長因子的表達，減少ROS的生成，促進神經(jīng)突生長[49]。

3 小 結

近年來，小檗堿的臨床應用價值不斷被發(fā)現(xiàn)。小檗堿具有降糖平穩(wěn)、來源廣泛、不良反應少、使用簡便安全、價格低廉以及耐受性、依從性好、可長期使用等優(yōu)勢，而且妊娠期或分娩時也可用[50]。小檗堿用于治療糖尿病及其并發(fā)癥，可改善其癥狀、延緩病情進展。但有研究稱，小檗堿是P-糖蛋白底物，其在腸道凈吸收的降低，導致小檗堿生物利用度下降[51]。而P-糖蛋白抑制劑環(huán)孢菌素A和維拉帕米可增強小檗堿的吸收，具體作用機制還需進一步探討。另外，小檗堿還存在臨床用量、安全性和不良反應等問題，需進一步研究闡明。因此，小檗堿作為降糖藥物還有許多問題亟待解決。