基于AMPK的中药有效成分治疗2型糖尿病的研究进展

田会萍 姚鸿萍 王思文 马 侗 封卫毅

(西安交通大学第一附属医院药学部，西安，710061)



基于AMPK的中药有效成分治疗2型糖尿病的研究进展

田会萍 姚鸿萍 王思文 马 侗 封卫毅

(西安交通大学第一附属医院药学部，西安，710061)

腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated Protein Kinase，AMPK)在调节细胞和全身代谢中发挥着重要作用，是研究治疗2型糖尿病药物的关键靶点。本文介绍了AMPK的结构及调节方式，并通过检索文献，对通过调节AMPK及其相关信号通路干预2型糖尿病的中药有效成分进行归纳总结。

腺苷酸活化蛋白激酶；AMPK信号通路；2型糖尿病；中药

2型糖尿病(Type 2 Diabetes Mellitus，T2DM)是一种慢性代谢性疾病，受环境、遗传等多种因素的相互影响。目前，与糖尿病发病机制有关的假说有未酯化脂肪酸、炎性反应因子、脂肪因子、线粒体功能障碍导致的胰岛素抵抗、糖毒性、脂毒性以及淀粉体形成的β-细胞功能障碍等[1]。近期研究发现，脂肪在肝脏和胰腺的堆积所导致的自我增强循环促进了2型糖尿病的发生[2]。国际糖尿病联盟(International Diabetes Federation，IDF)的报道中指出，截止2014年全球共有糖尿病患者3.87亿。而中国20～79岁的糖尿病患者约9 600万，居全球首位，患病率为9.32%[3-4]。世界卫生组织预测，2030年糖尿病将成为第7位主要死因。世界各地的糖尿病患者中约90%患有2型糖尿病。血糖的持续增高可引起心血管系统疾病(主要指心脏病和中风)、足部神经病变、糖尿病视网膜病变、糖尿病肾病等并发症[5-7]。由于在调节细胞新陈代谢和维持全身水平能量平衡中所发挥的重要作用，AMPK已成为治疗代谢性相关疾病，如肥胖、T2DM和非乙醇性脂肪肝等的关键靶点[8-9]。本文将对通过调节AMPK及其相关信号通路，治疗T2DM的中药有效成分的研究进展进行报道。

1 AMPK的结构及调节方式

AMPK是蛋白激酶级联的下游组分，细胞能量状态的感受器，存在于所有的真核细胞中。AMPK以异源三聚复合体的形式存在，由催化α亚单位和调节β、γ亚单位组成。人和啮齿类动物体内具有2种α(α1和α2)和β(β1和β2)亚型，3种γ(γ1、γ2和γ3)亚型。这些亚基的选择性剪接可导致异源三聚体的多样化组合[10-11]。在体内，任何干扰ATP产生或促进ATP消耗所引起的细胞内AMP：ATP比例的增加，都可激活AMPK。其典型性的激活途径有代谢应激(如：葡萄糖饥饿、缺氧、代谢抑制剂以及肌肉收缩等)、药物和外源性物质；非典型性的有氧化应激和基因毒性疗法(如：依托泊苷、阿霉素和电离辐射等)等。其中，上游激酶LKB1(Liver Kinase B1)和Ca2+/钙调素依赖性蛋白激酶激酶β(Ca2+/Calmodulin-dependent Protein Kinase kinase，CaMKKβ)在AMPK的磷酸化和激活中分别扮演着重要作用[12-13]。一旦被激活，AMPK将启动分解代谢途径，生成ATP，并切断ATP消耗过程，如生物合成、细胞生长和增殖等[14-15]。AMPK激活的分解代谢途径包括：通过葡萄糖转运载体-4(Glucose Transporter Type 4，GLUT4)和GLUT1促进葡萄糖摄取；通过CD36促进糖酵解和脂肪酸摄取；促进脂肪酸氧化、线粒体生成和自噬等；AMPK抑制的合成代谢途径包括：脂肪酸合成、脂肪合成酶的转录、三酰甘油合成、胆固醇合成、糖异生酶的转录、糖原合成、蛋白合成以及rRNA的合成等[16-17]。

2 中药AMPK激活剂

目前，已报道的通过调节AMPK及其相关信号通路干预2型糖尿病的中药有效成分可分为以下几类。

2.1 萜类 化合物K(Compound K，CK)是原人参二醇型人参皂苷的代谢终产物。Wei等[18]研究发现，CK可抑制肝脏和HepG2细胞磷酸烯醇丙酮酸羧基酶(Phosphoenolpyruvate Carboxykinase，PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(Glucose-6-phosphatase，G6Pase)的表达，降低过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助活化因子-1α(PGC-1α)、肝细胞核因子4α(HNF-4α)和叉头转录因子O1(FOXO1)的表达，同时显著增强AMPK活性。CK的上述作用可被AMPK抑制剂化合物C部分逆转，表明CK可能通过激活AMPK活性抑制肝糖异生。Deepti等[19]发现去氧穿心莲内酯(Deoxyandrographolide，DeoAn)可降低糖尿病大鼠餐后血糖水平，降低db/db小鼠空腹血糖、血清胰岛素(Insulin，INS)、三酰甘油(Triglyceride，TG)以及低密度脂蛋白胆固醇水平等。DeoAn还可剂量依赖性地促进L6肌肉细胞苏氨酸-172位点AMPK和丝氨酸-79位点乙酰辅酶A羧化酶(Acetyl CoA Carboxylase，ACC)的磷酸化。该研究提示DeoAn改善T2DM的作用可能与激活AMPK信号通路有关。委陵菜酸(Tormentic Acid，TA)是一种三萜类化合物，存在于翻白草(Potentilla Discolor Bung.)、蛇莓(Duchesnea Indica Focke)等植物中。Jin等[20]发现TA能降低实验小鼠的内脏脂肪重量和肝脏TG含量，减少肝细胞脂肪变性和气球样变性，促进骨骼肌AMPK、Akt的磷酸化，增强GLUT4蛋白表达，下调肝脏PEPCK、G6Pase表达。另外，TA还可促进肝脏pAMPK的表达。因此，TA很可能通过激活AMPK信号通路，降低肝脏葡萄糖生成，增加骨骼肌GLUT4含量，从而改善糖尿病状态。

2.2 酚类 Qiang等[21]发现丹参酚酸A(Salvianolic Acid A，SalA)可剂量依赖性地降低(1型和2型)糖尿病动物FPG，减少24 h饮食和水的摄入量；显著增加HepG2细胞和L6肌肉细胞的ATP生成，减少HepG2细胞线粒体膜电位(MMP)；改善肝脏和骨骼肌线粒体功能，增加ATP生成，减少MMP。其机制可能与SalA通过激活CaMKKβ/AMPK信号通路，促进AMPK磷酸化有关。Cai等[22]发现表没食子儿茶素没食子酸酯(Epigallocatechin Gallate，EGCG)可刺激大鼠胰岛β细胞胰岛素受体底物2(Insulin Receptor Substrate 2，IRS2)信号通路，保护胰岛素分泌功能，并通过激活AMPK信号通路抑制脂肪生成酶的活性、改善线粒体功能产生降糖脂的效应。Jiménez等[23]发现，给予db/db小鼠0.75%的姜黄素(Curcumin)连续8周，可显著增强AMPK和PPARγ蛋白表达，降低核转录因子κB(NF-κB)蛋白表达，有利于T2DM及其并发症的治疗。Sha等[24]研究发现，绿原酸(Chlorogenic Acid，CGA)可降低db/db小鼠FPG和糖化血红蛋白(HbA1c)水平，增加肝脏和肌肉组织pAMPK蛋白表达。

2.3 黄酮类 Hana等[25]发现，山柰酚(Kaempferol)可显著改善高脂饮食小鼠高血糖、高血脂及血脂循环，逆转小鼠肌肉组织和脂肪组织受损的GLUT4和AMPK表达；促进脂肪分解，抑制糖原合成，并增强小鼠骨骼肌细胞AMPK活性和GLUT4的表达。Jia等[26]发现，新橙皮苷(Neohesperidin)可通过激活AMPK信号通路调节其目标基因，如硬脂酰辅酶A去饱和酶1(SCD-1)、脂肪酸合成酶(FAS)和酰基辅酶A氧化酶(ACOX)的表达，从而发挥降血糖、血脂的效果。Goto等[27]发现，蒙花苷(Tiliroside)可降低实验动物血清INS、游离脂肪酸及TG水平，增加血清脂联素水平；上调肝脏脂联素受体-1(Adiponectin Receptor 1，AdipoR 1)和AdipoR 2表达，并通过激活AMPK和PPARα增加脂肪酸氧化，改善肥胖诱导的代谢紊乱。

2.4 生物碱 研究表明除了抗炎、抗氧化等作用外，小檗碱(Berberine)还具有降血糖、降脂的作用[28]。Lee等[29]研究发现，小檗碱可降低T2DM模型大鼠的血脂、INS和胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)，显著改善葡萄糖耐受，促进T2DM模型大鼠肝脏AMPK、pAMPK以及LKB1蛋白表达。Shu等[30]研究发现，小檗碱可促进GLUT4的膜转运，促进AMPK、ACC和p38AMPK的磷酸化，降低脂肪细胞脂质含量，增强脂质氧化相关基因的表达，同时抑制脂质合成相关基因的表达。Jiang[31]等发现小檗碱可有效改善软脂酸诱导的HepG2细胞的胰岛素抵抗。匡霞等[32]发现小檗碱可降低高脂饮食诱导的糖尿病大鼠的血糖、血脂水平，改善葡萄糖耐受和胰岛素抵抗，抑制糖异生作用。且两项研究均认为其机制可能与小檗碱调节LKB1-AMPK-TORC2信号有关。以上结果表明，小檗碱改善T2DM的作用可能与激活AMPK信号通路有关。

2.5 苷类 Tao等[33]发现，红景天苷(Salidroside)可通过调节AMPK和PI3K/Akt信号通路，剂量依赖性地促进肝细胞糖原合成激酶3β(GSK3β)和ACC的磷酸化、抑制PEPCK、G6Pase表达，降低实验动物外周组织的脂质蓄积，改善胰岛素抵抗。

2.6 多糖 Feng等[34]发现，黄芪多糖(Astragalus Polysaccharide，APS)能改善T2DM模型大鼠的高糖状态，提高胰岛素敏感性，促进葡萄糖摄取，促进AMPK蛋白表达。在体外，APS还可通过激活AMPK表达，缓解糖毒性。鲍芳等[35]研究发现APS可刺激L6成肌细胞的葡萄糖摄取，且其机制可能与活化AMP-AMPK-AS160信号通路有关。

2.7 萘类衍生物 Ha等[36]发现，酸模素(乙酰-1,8-二羟基-3-甲基萘，Nepodin)可通过促进AMPK磷酸化和细胞质膜GLUT4的转运，剂量依赖性地促进葡萄糖摄取，从而抑制db/db小鼠的FPG水平、改善葡萄糖耐受、缓解小鼠骨骼肌受损的AMPK磷酸化。

2.8 其他提取物 Hai等[37]发现，人参提取物在含果胶酶的酶溶液中培养24 h，可降低实验小鼠FPG、INS和HOMA-IR水平，促进骨骼肌GLUT4和AMPK蛋白表达。Han等[38]发现，知母提取物可显著降低链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病小鼠的FPG和血清INS水平，增加胰岛β细胞的数量和大小；改善卡介苗诱导的胰岛素抵抗大鼠的葡萄糖摄入率，促进AMPK磷酸化，并下调ACC表达。Yang等[39]发现，苦参乙酸乙酯提取物可通过促进AMPK磷酸化和膜GLUT4的转运，改善KK-ay小鼠的口服糖耐量，增加血清HDL-C水平，降低体重、血糖水平及其他血脂相关参数。

3 讨论

目前，同过调节AMPK及其信号通路治疗2型糖尿病的药物有二甲双胍、噻唑烷二酮类等。尽管存在不良反应[40-42]，但作为细胞和机体的能量调节器，AMPK仍然是抗2型糖尿病药物的研发热点[43]。以上报道提示，部分中药活性成分可通过干预AMPK信号通路发挥抗糖尿病作用。因而，基于以上基础研究的中医组方或通过分离纯化的中药有效成分有望成为抗糖尿新药研发的潜在目标。

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(2016-02-14收稿 责任编辑：张文婷)

Research Progress on Traditional Chinese Medicine in Treatment of Type 2 Diabetes Based on AMPK

Tian Huiping, Yao Hongping, Wang Siwen, Ma Tong, Feng Weiyi

(DepartmentofPharmacy,theFirstHospitalAffiliatedtoXi′anJiaotongUniversity,Xi′an710061,China)

The AMP-activated protein kinase (AMPK) is a key senor in cellular and systematic metabolism, and has become a key target in research of anti-diabetic drugs. This article is to introduce the structure and regulation mechanism of the AMPK. By literature searching, it is to summarize research progress on traditional Chinese medicine in the treatment of type 2 diabetes based on the AMP-activated protein kinase and related signaling pathway.

AMP-activated protein kinase; AMPK signaling pathway; Type 2 diabetes; Chinese Materia Medica

2015年陕西省自然科学基金面上项目(编号：2015JM8447)——二甲双胍与细胞毒药物脂质体对肿瘤干细胞引起肿瘤复发和转移研究

田会萍(1986.05—)，女，硕士，药师，研究方向：医院药学，E-mail：tianhuiping002@163.com

R587.1；R2-03

A

10.3969/j.issn.1673-7202.2016.11.069