劉琪文，楊德智，楊秀穎，呂揚(yáng)，杜冠華

(北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所1.晶型藥物研究北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.藥物靶點(diǎn)研究與新藥篩選北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100050)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是1型和2型糖尿病的微血管并發(fā)癥，也是慢性腎臟病和終末期腎病的主要病因[1]。在全球范圍內(nèi)，部分世界區(qū)域DN發(fā)病率呈上升趨勢(shì)[2]。中國(guó)DN的總患病率占糖尿病患者占21.8%，表現(xiàn)出地域和性別差異[3]。在許多國(guó)家，糖尿病造成大于40%終末期腎病，是導(dǎo)致腎衰竭主要原因之一[4]。目前臨床上治療DN的藥物主要是降壓、降血糖藥物[5]，而針對(duì)DN發(fā)病機(jī)制的藥物正處于臨床試驗(yàn)階段，其中一些藥物臨床試驗(yàn)中療效欠佳，不良反應(yīng)嚴(yán)重[6]。對(duì)于目前臨床無(wú)治療DN特效藥的情況，來(lái)源于天然且有一定特色和優(yōu)勢(shì)的中藥及中藥提取物為臨床提供更多選擇。中醫(yī)專(zhuān)家趙進(jìn)喜教授常用熟大黃治療DN[7]，大黃的利尿解毒化瘀等功能可用于治療DN[8]。隨著對(duì)DN的深入研究發(fā)現(xiàn)，作為大黃主要提取物的大黃酸對(duì)DN有潛在的治療作用，其作用方式是多靶點(diǎn)多途徑的綜合結(jié)果，如改善糖脂代謝紊亂，減少炎癥反應(yīng)、氧化性應(yīng)激等[9-10]。因此，本研究總結(jié)近年國(guó)內(nèi)外對(duì)大黃酸在DN方面藥理及作用機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究并進(jìn)行詳細(xì)闡述，分析大黃酸對(duì)DN的治療前景。

1 降血糖和降血脂

DN是糖尿病的一種慢性并發(fā)癥，長(zhǎng)期高血糖會(huì)使各種代謝物，包括高級(jí)糖基化終產(chǎn)品和活性氧化物都受到刺激，引起腎臟代謝紊亂和血流動(dòng)力學(xué)改變，加重DN進(jìn)展。因此，降低機(jī)體血糖和血脂水平可以阻止DN的惡化，改善腎臟和腎功能的損害。研究表明，大黃酸可以改善血糖血脂的代謝紊亂，降低高糖高脂對(duì)腎臟組織的損傷。研究者們前期探索大黃酸對(duì)糖尿病的治療作用，結(jié)果表明大黃酸均可使糖尿病小鼠的血糖、總膽固醇(CHOL)、三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)降低[11-12]。已研究發(fā)現(xiàn)，激活過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)配體可增強(qiáng)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(GluT-4)的表達(dá)，促進(jìn)脂肪組織攝取葡萄糖，提高胰島素敏感性[13-14]。在對(duì)大黃酸調(diào)節(jié)糖代謝和脂代謝作用機(jī)制進(jìn)一步闡釋中，ZHANG等[15]發(fā)現(xiàn)大黃酸還可通過(guò)抑制脂質(zhì)代謝關(guān)鍵PPAR-γ信號(hào)通路，進(jìn)而降低db/db小鼠的血脂和空腹血糖。李柯等[16]發(fā)現(xiàn)大黃酸通過(guò)抑制蛋白酪氨酸磷酸酶1B活性增強(qiáng)胰島素信號(hào)通路，改善脂糖代謝紊亂。

2 保護(hù)胰島細(xì)胞、足突細(xì)胞和系膜細(xì)胞

研究發(fā)現(xiàn)，大黃酸可以保護(hù)分泌胰島素的胰島細(xì)胞，腎超濾作用的足細(xì)胞和維持腎小球毛細(xì)血管網(wǎng)結(jié)構(gòu)完整性和調(diào)節(jié)腎小球?yàn)V過(guò)率的系膜細(xì)胞，這些細(xì)胞在DN中發(fā)揮重要作用。胰島細(xì)胞在DN發(fā)病及發(fā)展過(guò)程中起關(guān)鍵作用，胰島β細(xì)胞分泌的胰島素對(duì)DN有保護(hù)作用[17]。胰島移植可以使早期DN大鼠血糖下降，尿蛋白和腎小球基底膜的厚度降低，改善腎小球?yàn)V過(guò)屏障結(jié)構(gòu)等多種方式治療DN[18]。研究發(fā)現(xiàn)，大黃酸可以通過(guò)保護(hù)胰島細(xì)胞降低機(jī)體血糖，保護(hù)腎組織，改善DN病癥，減輕高糖狀態(tài)對(duì)腎臟組織的進(jìn)一步破壞。杜宏等[19]用大黃酸對(duì)db/db小鼠干預(yù)后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小鼠早期胰島素分泌恢復(fù)，胰島β細(xì)胞的凋亡減少。LIU等[20]發(fā)現(xiàn)大黃酸通過(guò)抑制高糖引起的Drp1表達(dá)、恢復(fù)線(xiàn)粒體的數(shù)目和形態(tài)，保護(hù)胰島細(xì)胞并減少胰島β細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)胰島素分泌以使血糖降低。

研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病腎病患者中足細(xì)胞損傷后會(huì)發(fā)生肥大、脫離、凋亡等一系列變化，足細(xì)胞的損傷及相關(guān)蛋白的改變，最終會(huì)破壞腎小球?yàn)V過(guò)作用，導(dǎo)致蛋白尿和腎小球纖維化[21-22]。在對(duì)大黃酸治療DN作用研究中發(fā)現(xiàn)，大黃酸可以通過(guò)增加足細(xì)胞的腎病蛋白(Nephrin)表達(dá)保護(hù)足細(xì)胞，減輕DN癥狀。陳建偉等[23]用大黃酸給高糖高脂加鏈脲佐菌素(STZ)飲食誘導(dǎo)的糖尿病大鼠干預(yù)，發(fā)現(xiàn)足細(xì)胞Nephrin蛋白的表達(dá)增加。DUAN等[24]用大黃酸對(duì)db/db小鼠干預(yù)后發(fā)現(xiàn)大黃酸可以抑制wnt/β-catenin信號(hào)通路，增加足細(xì)胞腎病蛋白的表達(dá)，以減少蛋白尿的排泄和修復(fù)高糖誘導(dǎo)的足細(xì)胞損傷。

系膜細(xì)胞維持腎小球毛細(xì)血管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)腎小球功能，是腎部濾過(guò)作用的關(guān)鍵細(xì)胞，保護(hù)DN患者的系膜細(xì)胞，可以改善濾過(guò)作用，降低蛋白尿，減輕腎部損傷[25-26]。XU等[27]用大黃酸對(duì)高糖培養(yǎng)的大鼠腎系膜細(xì)胞進(jìn)行干預(yù)發(fā)現(xiàn)，大黃酸可以通過(guò)上調(diào)bax，caspase-3及其相關(guān)蛋白的基因表達(dá)，使細(xì)胞周期停滯在G1并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制，從而抑制高糖誘導(dǎo)的系膜細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的表達(dá)。段淑芳等[28]在探討大黃酸對(duì)腎臟保護(hù)作用的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，高糖狀態(tài)可使大鼠的系膜細(xì)胞凋亡率上升，而大黃酸可以抑制系膜細(xì)胞的凋亡，且存在劑量依賴(lài)關(guān)系，進(jìn)而降低糖尿病大鼠蛋白尿，保護(hù)腎組織，改善腎臟病理?yè)p傷。

3 降低腎內(nèi)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子活性，改善腎部病變

DN是一種糖尿病綜合征，其主要臨床表現(xiàn)為：出現(xiàn)微量或大量蛋白尿，腎小球基底膜增厚、腎小球硬化、腎間質(zhì)纖維化等腎部形態(tài)學(xué)的改變，使得腎小球?yàn)V過(guò)作用降低，導(dǎo)致腎功能不全[6]。在DN發(fā)病機(jī)制中，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(TGF-β1)可以調(diào)控腎臟細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的合成，使腎小管間質(zhì)纖維化和腎小球硬化。血管和腎細(xì)胞中葡萄糖可以通過(guò)己糖胺途徑，刺激生成TGF-β1以促使腎臟細(xì)胞肥大、ECM沉積，并最終造成腎小球硬化，導(dǎo)致DN的進(jìn)行性發(fā)展[29-30]。

研究發(fā)現(xiàn)大黃酸通過(guò)降低腎內(nèi)TGF-β1活性，抑制TGF-β1/Smad信號(hào)通路，減輕腎間質(zhì)纖維化，抑制腎小管上皮細(xì)胞的凋亡，減少ECM沉積，改善腎部病變。前期研究[12，31]發(fā)現(xiàn)大黃酸可以抑制TGF-β1mRNA的高表達(dá)，直接減少TGF-β1的合成，或通過(guò)抑制己糖胺通路異?；罨虶luT1的產(chǎn)生，上調(diào)糖尿病大鼠腎皮質(zhì)PPARγ來(lái)間接抑制減少TGF-β1的產(chǎn)生。在大黃酸對(duì)DN作用機(jī)制的進(jìn)一步研究中，研究人員用蛋白印跡法檢測(cè)到大黃酸可以明顯抑制糖尿病大鼠腎組織中TGF-β1/Smad3信號(hào)通路的表達(dá)，明顯改善腎組織病變，減輕腎間質(zhì)纖維化，改善腎臟功能[32-33]。陽(yáng)嘉儀等[34]發(fā)現(xiàn)大黃酸可通過(guò)下調(diào)DN大鼠的腎小管上皮細(xì)胞IKL/Snail信號(hào)通路抑制皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)過(guò)程，其中IKL為整合素連接激酶，是TGF-β1/Smad信號(hào)通路的關(guān)鍵因子，IKL可以啟動(dòng)Snail的表達(dá)。周珊珊等[35-36]發(fā)現(xiàn)大黃酸可以通過(guò)抑制腎小管上皮細(xì)胞的凋亡與EMT，產(chǎn)生抗腎臟纖維化的效果。大黃酸通過(guò)減低TGF-β的活性阻止DN的進(jìn)行性發(fā)展，為DN的治療提供新靶點(diǎn)和新策略。

4 抗炎作用

體外和病理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，炎癥是DN的主要發(fā)病機(jī)制[37]。糖尿病患者機(jī)體的代謝紊亂及血流動(dòng)力學(xué)的變化可以激活腎臟中的炎癥反應(yīng)及通路。作用于炎癥通路的藥物可以更有效地阻斷腎臟的損害，是治療DN的新靶點(diǎn)和新策略[38-39]。研究發(fā)現(xiàn)，大黃酸可以通過(guò)抑制炎癥過(guò)程中TGF-β1、趨化因子MCP-1、NF-κB因子方式抑制腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素(IL)-1β、一氧化氮(NO)、IL-6炎癥因子的表達(dá)，以保護(hù)胰腺細(xì)胞和改善腎組織病變。段淑芳等[28，40]用不同劑量大黃酸對(duì)STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠干預(yù)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中、大劑量大黃酸可以降低炎癥因子TNF-α、IL-1β的表達(dá)保護(hù)胰腺細(xì)胞。用大黃酸干預(yù)高糖誘導(dǎo)的大鼠腎臟系膜細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)大黃酸可以通過(guò)調(diào)控TGF-β1及單核細(xì)胞趨化因子MCP-1的表達(dá)，從而減少炎癥反應(yīng)。黃淼等[41-42]通過(guò)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大黃酸可以通過(guò)抑制炎癥反應(yīng)中關(guān)鍵的NF-κB信號(hào)通路，發(fā)揮抗炎作用，減緩DN的病程進(jìn)展。

5 抗氧化應(yīng)激

研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激是DN的重要發(fā)病機(jī)制之一[43]。機(jī)體長(zhǎng)期處在高糖環(huán)境中引發(fā)多種并發(fā)癥都有一個(gè)共同的發(fā)病機(jī)制即氧化應(yīng)激，氧化應(yīng)激可能會(huì)使糖尿病患者機(jī)體增加胰島素抵抗、降低葡萄糖耐受性、激發(fā)炎癥反應(yīng)損壞細(xì)胞[44]。抑制氧化應(yīng)激過(guò)程的藥物更針對(duì)性地減輕高糖對(duì)腎臟的損害，是治療DN的新靶點(diǎn)和新策略。研究發(fā)現(xiàn)大黃酸通過(guò)抑制抗氧化酶、抑制還原型輔酶Ⅱ(NADPH)氧化酶方式，降低體內(nèi)ROS等過(guò)氧化物質(zhì)，來(lái)抑制組織細(xì)胞的氧化應(yīng)激作用，對(duì)胰島功能和腎臟組織細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)作用。黃淼等[41]應(yīng)用大黃酸對(duì)db/db小鼠干預(yù)后，小鼠胰腺內(nèi)氧化應(yīng)激損傷標(biāo)志物8-OHdG表達(dá)下降、氧化應(yīng)激損傷得到抑制。黃娟等[45]發(fā)現(xiàn)大黃酸可以下調(diào)NADPH氧化酶亞基p22phox及p47phoxmRNA的表達(dá)，抑制大鼠腎組織的氧化性應(yīng)激反應(yīng)。ZHONG等[46]用大黃酸對(duì)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行干預(yù)，發(fā)現(xiàn)MDA和乳酸脫氫酶降低，抗氧化酶如一氧化氮合酶(NOS)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-PX)活性增加且有劑量依賴(lài)，產(chǎn)生抗氧化作用性。實(shí)驗(yàn)還表明大黃酸通過(guò)抑制Bid和caspase-3、-8和-9 mRNA的表達(dá)，減少由過(guò)氧化氫(H2O2)引起的ROS產(chǎn)生和內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。WU等[47]發(fā)現(xiàn)大黃酸可以抑制TGF-β1誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程，通過(guò)激活SIRT3/FOXO3a信號(hào)通路抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，對(duì)切除5/6腎而引起的慢性腎損傷有保護(hù)作用，其可以減少腎間質(zhì)病理?yè)p傷，減少膠原纖維，改善腎功能。

依據(jù)大黃酸對(duì)DN的體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究，DN的發(fā)病機(jī)制及大黃酸治療DN的作用機(jī)制見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 DN的發(fā)病機(jī)制

圖2 大黃酸治療DN 的作用機(jī)制

6 討論與展望

綜上所述，大黃酸對(duì)DN的治療作用是多靶點(diǎn)多途徑的綜合結(jié)果。目前臨床上DN的主要治療藥物為降壓降血糖藥物，與現(xiàn)有治療藥物不同的是，大黃酸可通過(guò)抑制PPAR-γ信號(hào)通路和GluT-4的表達(dá)，提高胰島素敏感性，改善血糖血脂的代謝紊亂；保護(hù)在DN中發(fā)揮關(guān)鍵作用的胰島細(xì)胞、足突細(xì)胞和系膜細(xì)胞；降低TGF-β1活性抑制腎間質(zhì)纖維化和腎小管上皮細(xì)胞凋亡、減少ECM沉積等改善腎部病變，通過(guò)抗炎作用和抗氧化性應(yīng)激，減少腎間質(zhì)損傷等綜合藥理作用及機(jī)制治療DN，改善腎功能。與其他藥物比較，大黃酸對(duì)DN的作用是針對(duì)于DN本身的發(fā)病機(jī)制，更有針對(duì)性。通過(guò)多靶點(diǎn)的治療作用，不僅可以降低體內(nèi)血糖從源頭阻止患者疾病的進(jìn)一步惡化；還可以改善病癥及保護(hù)發(fā)病部位的細(xì)胞等多種方式，改善患者機(jī)體狀況。

然而，大黃酸生物利用度較低，成為其進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的主要限制因素之一，目前已有多種改善其生物利用度低的新技術(shù)，如對(duì)大黃酸結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾、與水溶性好、低毒材料制成RH-LMWC共聚物、β-環(huán)糊精-大黃酸偶聯(lián)物、腎臟靶向性的大黃酸生物降解納米顆粒、大黃酸納米聚合物、大黃酸和L-精氨酸共晶物等方式[48-51]，其中共晶技術(shù)是可以在保證藥物穩(wěn)定性的同時(shí)有效地改善藥物的理化性質(zhì)。藥物共晶是由活性藥物分子和共晶配體組成，相比于其他技術(shù)，藥物共晶技術(shù)具有極大的配體選擇空間[52-53]，對(duì)改善大黃酸生物利用度具有良好的研發(fā)前景，以期制備緩釋、長(zhǎng)效、低毒的大黃酸衍生物來(lái)治療DN，故可用共晶技術(shù)篩選合適配體研制大黃酸共晶物，更高效地改善大黃酸的生物利用度。目前已通過(guò)體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)證明大黃酸對(duì)DN有治療作用，但需要加強(qiáng)大黃酸的臨床作用、使用劑量、使用劑型等方面的研究，加快大黃酸治療DN的研究進(jìn)程。