小檗碱治疗糖尿病的研究进展*

赵 炎 陆付耳

华中科技大学同济医学院附属同济医院中西医结合研究所,武汉 430030

小檗碱(Berberine,BBR)是一种异喹啉,分子式[C20H18NO4]+,广泛存在于小檗科等许多植物中。由于对多种革兰阳性及阴性菌具有抑菌作用,同时又能增强白细胞及肝网状内皮系统的吞噬能力,临床现广泛用于治疗胃肠炎、细菌性痢疾等感染性疾病。小檗碱是中药黄连的主要有效成分之一,故盐酸小檗碱又称黄连素。黄连尽管为清热解毒的代表药物,但早在魏晋时期,《名医别录》就有“黄连止消渴”的记载;《肘后备急方》、《本草纲目》也有记载,在治疗消渴的方剂配伍中,不少含有黄连。目前,小檗碱应用于糖尿病及其并发症的治疗已经超过20年,但其作用机制、疗效仍不明确,相关研究甚多。笔者就近几年来国内外对小檗碱治疗糖尿病的研究进展综述如下。

1 降糖

小檗碱的降糖功效最初于20年前得到证实[1-2],后续研究陆续展开,其降糖机制包括改善胰岛素抵抗和调节β细胞功能。

1.1 改善胰岛素抵抗

胰岛素抵抗是指机体存在胰岛素信号转导缺陷,对一定量的胰岛素反应性减低的一种异常生理状态,是导致2型糖尿病的重要原因。小檗碱可通过改善胰岛素抵抗而调控血糖。人类细胞株(CEM、HCT-116、SW1990、HT1080、293T 、转染乙肝病毒的人肝细胞等)在小檗碱干预后,胰岛素受体(InsR)表达水平升高,胰岛素刺激后InsR β亚单位及Akt磷酸化水平增强,从而血糖降低[3]。临床研究[4]则发现,小檗碱治疗后的患者外周血中表达InsR的淋巴细胞数量显著增长,血糖降低。而糖酵解、脂质合成和糖原合成的的限速步骤主要是葡萄糖转运,葡萄糖转运蛋白(GLUT)则是细胞转运葡萄糖的载体,小檗碱可显著降低血清视黄醇结合蛋白4(RBP4)水平,同时提高GLUT4水平,推测RBP4-GLUT4系统可能是小檗碱降糖作用的重要靶点。

肝细胞核因子-4α(HNF-4α)被认为是调节糖、脂代谢及肝细胞生长分化的重要分子之一,小檗碱可能通过提高肝脏HNF-4αmRNA及蛋白表达来实现对胰岛素抵抗状态的改善[5]。小檗碱可通过影响呼吸链酶复合物Ⅰ而抑制L6骨骼肌细胞及肌肉组织线粒体的呼吸作用,且该作用呈剂量依赖性;小檗碱可呈时间和剂量依赖性地刺激 L6骨骼肌细胞葡萄糖摄取,且不因胰岛素浓度的增加而改变,也不会被非磷酸肌醇3激酶(PI3K)抑制剂所抑制[6]。

小檗碱可刺激糖酵解而增强葡萄糖代谢,其机制可能是通过提高AMP/ATP比例[7],激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK);小檗碱也是公认AMPK激活剂[6],可直接激活 AMPK而不依赖于 LKB1或者CaMKKβ的激活,并在AMPK的磷酸化中起主要作用,而呼吸链酶复合物Ⅰ可通过提高AMPK活性改善机体胰岛素抵抗[8];小檗碱还可提高AMPK、蛋白激酶Czeta(PKCzeta)以及蛋白激酶 B底物蛋白(AS160)的磷酸化水平,对蛋白激酶B(PKB)无明显影响;可促进胰岛素抵抗状态下靶细胞对葡萄糖的摄取[9],其促进胰岛素主要靶器官肝脏(HepG2)及脂肪(3T3-L1)细胞株的葡萄糖摄取机制不同于胰岛素的直接作用[10]。

1.2 调节β细胞功能

对于HIT-T15细胞株及原代小鼠胰岛β细胞的作用,小檗碱可能直接刺激其分泌胰岛素而降低血糖[11],机制与关闭细胞膜上AT P和电压依赖性钾通道,开放钙通道,细胞内钙增加有关。对MIN-6细胞株和原代大鼠胰岛β细胞的作用有争论,有研究[12]发现,小檗碱可促进葡萄糖刺激下的胰岛素释放;有的则认为是通过激活AMPK抑制了胰岛素分泌[13];另外,亦有最新研究[14]发现,小檗碱可促进糖尿病模型大鼠胰高血糖素样肽-1(GLP-1)分泌,提高血清中胰岛素水平,并可增加胰腺β细胞数量。

此外,也有报道[15]小檗碱具有类似于α葡萄糖苷酶抑制剂的作用,减少Caco-2细胞株对葡萄糖的吸收。

2 调节血脂

糖尿病多同时伴有脂代谢的紊乱,脂代谢紊乱可诱发糖尿病及相关并发症的发生、发展。脂肪在非脂肪组织的沉积引起胰岛素抵抗,更重要的在于血脂异常是多种心血管疾病的危险因素,严重影响糖尿病患者的预后。小檗碱是一种作用机制不同于他汀类的降脂药,高脂血症患者口服小檗碱3个月,发现患者血清胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平均显著下降,与其在仓鼠模型中的研究结果相一致。通过对HepG2细胞的研究发现,小檗碱实现上述作用的机制可能在于通过调节细胞外信号调节激酶(ERK)活性,转录后提高低密度脂蛋白受体(LDLR)mRNA的稳定性,上调 LDLR的表达[16]。

在脂肪组织中,小檗碱可促进前脂肪细胞的增殖,减少脂肪细胞分化过程中脂质的堆积、抑制脂肪细胞的分化,可能与其降低过氧化物酶增殖体激活受体γ 2(PPARγ 2)mRNA和蛋白质的表达有关,提示小檗碱在临床上可能适合于治疗肥胖的2型糖尿病患者;小檗碱能明显降低3T3-L1前脂肪细胞C-Cb1相关蛋白(CAP)mRNA的表达,但不能增强PKB活性[17];小檗碱可抑制脂肪合成相关转录因子PPAR、CCAAT/增强子结合蛋白(C/EBP)mRNA和蛋白水平,与脂肪细胞分化有关的PPAR靶基因,如脂肪细胞结合蛋白2(aP2)、细胞分化抗原(CD36)、乙酰辅酶A氧化酶(ACO)、脂蛋白脂酶(LPL)等均能被小檗碱抑制,表明小檗碱作为PPARγ/α抑制剂可通过多分子靶点影响脂肪代谢,从而实现减重、降糖、降脂等功效[18]。

小檗碱对脂代谢的调节作用依然与AMPK激活有关。AMPK激活可促进脂肪酸氧化和减少脂肪合成。小檗碱可通过激活外周组织和中枢AMPK来减少脂肪合成,达到减轻体重的目的。对肥胖和糖尿病小鼠给予小檗碱治疗,在不改变饮食的情况下,小鼠体重减少,葡萄糖耐量显著改善[19];小檗碱可减少高脂肪饮食的Wistar大鼠的体重和降低血浆TG水平,并改善胰岛素活性;小檗碱在激活AMPK后能使脂肪细胞中脂滴减少,脂肪合成基因表达受限,故在脂肪分化成熟过程中起抑制作用;小檗碱通过PI3K依赖性途径提高3T3-L1脂肪细胞及 L6骨骼肌细胞AMPK活性,从而增强了L6骨骼肌细胞GLUT4的转位、减少3T3-L1脂肪细胞中脂质的沉积[20]。

3 抗炎作用

糖尿病被认为是一种慢性低度炎症性疾病[21]。参与炎症反应各阶段的许多分子都受NF-κ B的调控,包括:TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-6 、IL-8、IL-12、iNOS 、COX2、趋化因子、黏附分子、集落刺激因子等。已有研究[22]证实,小檗碱可通过抑制NF-κ B的活化转位调节相关基因的表达而降低组织炎性反应从而改善游离脂肪酸(FFA)诱导的胰岛素抵抗状态。

4 改善氧化应激、内质网应激

糖尿病患者体内自由基生成量过多,同时体内对自由基清除能力下降,自由基在体内的积聚使血管、神经及晶状体等组织严重受损,导致糖尿病性肾病、心脑血管疾病、周围神经病变和眼部病变。而内质网应激既是生理状态下细胞抵抗应激的重要机制,也是病理状态下应激损伤细胞的重要机制。持续的内质网应激发生在胰岛素作用的靶组织,可引起胰岛素抵抗;而发生在胰岛β细胞,则可导致胰岛β细胞的凋亡,引起胰岛素分泌缺陷,由此提示,内质网应激可能是2型糖尿病发病两个关键环节(胰岛素抵抗和胰岛素分泌缺陷)的共同的亚细胞机制[23]。杨小玉等[24]发现小檗碱可显著降低糖尿病大鼠血清中MDA含量,提高SOD、GSH-Px的活性,同时降低肝组织pc-Jun/JNK及GRP78 mRNA表达的水平。进一步的研究[25]证实,小檗碱可在HepG2细胞内质网应激模型中降低JNK活性,使内质网应激标志分子GRP78及ORP150表达水平降低,同时使IRS-1磷酸化水平减少,而AKT磷酸化水平增加,由此推测小檗碱可通过影响内质网应激通路中关键分子表达而改善内质网应激。

5 心血管保护作用

5.1 改善糖尿病血管内皮功能障碍

小檗碱可改善糖尿病血管内皮功能障碍,而内皮功能的恢复被认为是心血管疾病的主要治疗目标,因此小檗碱对糖尿病心血管并发症的治疗有效。小檗碱可通过调节血管内皮和血管平滑肌功能实现血管舒张作用。在较低剂量小檗碱(1×10-6M)干预下,其介导的动脉舒张作用主要取决于内皮功能的变化[26]。小檗碱的血管保护作用可能源于保护内皮功能,维持血管的反应性和弹性。事实上,小檗碱可通过激活AMPK/p53/p21(Cip1)信号转导途径阻止血小板源性生长因子(PDGF)诱导的血管平滑肌生长,最终起到抗增殖与抗迁移作用[27]。Xu等[28]研究发现,小檗碱诱导的循环内皮前体细胞(EPCs)动员可能是其提高小动脉弹性的机制之一。一项较新的关于14名健康受试者的研究[29]发现小檗碱可显著减少循环中CD31+/CD42-内皮微粒成分(EMPs),而这种成分与内皮功能障碍密切相关。这也从另一方面表明小檗碱对内皮功能障碍的有益作用。小檗碱还可能通过ACEi类似作用、直接促进大鼠主动脉环释放一氧化氮(NO)、促进酒精刺激后的胃溃疡小鼠胃内一氧化氮合成酶的表达共同实现血管舒张作用[30-31]。

5.2 抗血小板聚集

实验[32]证实,小檗碱对血小板聚集诱导剂,如花生四烯酸(AA)、胶原等诱导的家兔血小板聚集和ATP释放均有不同程度的抑制作用,其中以对胶原诱发的聚集及释放的抑制作用最为强烈。小檗碱对富含血小板血凝块收缩的抑制作用显著,可促使血小板聚集凝块很快解聚。其作用途径可能是通过升高血小板cAMP的水平;阻滞Ca通道,抑制血小板内Ca2+升高;抑制部分激动血小板A2受体;抑制代谢过程中环加氧酶的活性;抑制TXA2和PGI2的合成等。

6 对糖尿病周围神经病变的治疗作用

糖尿病周围神经病变(Diabetic peripheral Neuropathy,DPN)是糖尿病最常见的并发症之一,是糖尿病患者致残的主要因素,严重影响患者的生活质量。目前,国内外对于小檗碱与神经系统的机制研究还比较少见,现有报道多为国内学者对小檗碱改善糖尿病神经系统并发症的症状的简单观察。如小檗碱可明显改善DPN大鼠痛阈、坐骨神经传导速度(NCV),与对照组比较,DPN模型组大鼠的IL-1β、TNF-α含量显著增高,经小檗碱治疗8周后,与DPN模型组比较IL-1β、TNF-α含量明显降低,研究人员推测抑制细胞炎症因子的释放可能是小檗碱改善DPN的机制之一[33]。同样,小檗碱改善氧化应激、内质网应激等作用均有可能是参与治疗糖尿病神经病变的潜在机制。

7 肾脏保护作用

糖尿病肾病(DN)是糖尿病微血管并发症之一,是临床引起终末期肾病(ESRD)的最主要原因。多数学者认为,尿微量清蛋白率(UAER)可以作为DN的早期诊断指标,有研究[34]发现,小檗碱能显著降低UAER,表明其有确切的保护肾功能的作用。小檗碱的保护作用短期内可能主要还是依靠其对肾内血流动力学的影响而实现的。动物实验[35]也发现在大鼠肾小球系膜细胞中,小檗碱可能通过干预p38 MAPK通路抑制纤维连接蛋白和胶原蛋白的合成,同时也可以预防机械性损伤引起的平滑肌细胞迁移和再生,从而通过保护肾功能实现对血压的控制。小檗碱对DN保护的其他机制需作大样本、前瞻性的研究加以佐证。

8 小檗碱治疗糖尿病及其并发症的临床试验

小檗碱治疗糖尿病及其并发症的临床报道非常多,但是主要源于国内的一些学者设计的开放性、缺乏随机对照的简单观察。例如 Yin等[36]分别对新发糖尿病及血糖控制欠佳的成人患者(分别为36例、48例)予以小檗碱口服治疗3个月。结果显示,治疗后患者血糖下降,糖化血红蛋白(HbA1c)水平明显降低,胰岛素抵抗有所改善,且TG、TC和LDL-C水平可明显下降。近年来,上海市的一项纳入160名2型糖尿病伴高脂血症患者的临床研究[37]倍受世人关注,受试者随机分为小檗碱组及安慰剂组,疗程3个月。结果发现,与安慰剂组比较,小檗碱可显著降低空腹及餐后血糖,同时HbA1c水平从(7.5±1.0)%降至(6.6±0.7)%,小檗碱组患者的 TG、TC、LDL-C 水平也显著下降,以上效果均明显优于安慰剂组。另外,小檗碱增加葡萄糖代谢清除率(GDR)的效果与安慰剂差异无统计学意义。实验还对服用小檗碱的不良反应进行了同步观察,主要包括肝、肾功能、白细胞计数、电解质以及尿常规等。研究中没有严重不良反应出现,仅有5例出现了轻、中度的便秘。这项随机、双盲、对照的临床研究为小檗碱治疗糖尿病的有效性及安全性提供了重要的临床证据。

综上所述,小檗碱可有效治疗糖尿病及其并发症,表现为降低血糖、调节血脂、抗炎、抗氧化应激、抗内质网应激、保护心血管、保护肾脏、改善神经功能等作用,并且不良反应较小、耐受性好、价格低廉。但对小檗碱的临床使用剂量、与其他药物的相互作用、临床使用时机及具体适应症的研究还缺乏长时间、大规模、多中心、随机、双盲、对照临床研究的支持。小檗碱及其衍生物在防治糖尿病及其并发症的临床实践中具有广阔的前景。

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