小檗碱对糖尿病及其并发症的作用机制

廖敏，郝亚荣

(武汉大学人民医院老年病科，武汉 430060)

糖尿病是环境和遗传等因素共同作用的结果，是以胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)或胰岛β细胞分泌障碍为主的代谢综合征。IR是2型糖尿病发病的重要因素，与肥胖和高脂血症相关。在糖尿病发生和发展过程中，高血糖常伴随高血脂。随着经济的发展和社会老龄化的加剧，人们生活及饮食方式发生变化，全球糖尿病发病率呈逐渐升高趋势。据国际糖尿病联盟统计，2017年全世界成人糖尿病患病率为8.4%，患者约4.51亿，预计到2045年，糖尿病患病率将增至9.9%，患者约6.93亿；此外，有49.7%的糖尿病患者未被确诊，3.74亿人患有糖耐量异常[1]。糖尿病及其并发症严重危害人类健康，给糖尿病患者及家属带来了巨大的社会和经济负担。小檗碱(C20H18NO4+)又名黄连素，为中药抗生素，主要存在于多种药用植物的根、根茎和茎皮中。小檗碱是传统中药黄连生物活性的主要成分，在我国是一种治疗胃肠道感染的非处方药[2]。研究证实，小檗碱具有降糖、降脂、抗炎、抗氧化作用[3]。此外，小檗碱还具有抗肿瘤[4]、保护心血管(抗心律失常、抗心力衰竭、降压、抗血小板聚集)、免疫抑制等药理作用，有广泛的临床价值。现就小檗碱在糖尿病及其并发症中的相关作用机制予以综述。

1 小檗碱抗糖尿病的作用机制

糖尿病治疗药物包括磺脲类、格列奈类、双胍类、噻唑烷二酮类、α-葡萄糖苷酶抑制剂、胰岛素、胰高血糖素样肽-1激动剂和二肽基肽酶-4抑制剂等。目前临床上治疗2型糖尿病的一线药物是二甲双胍，但禁用于严重肝、肾功能异常的患者，有一定的局限性。目前开发新的降糖药物也是全球医学界研究的一个热点。小檗碱最常用于腹泻的治疗，但小檗碱也可降低血糖。Yin等[2]给予新诊断的2型糖尿病患者和控制不良的2型糖尿病患者连续口服小檗碱3个月，每日3次，每次0.5 g，结果空腹血糖(fasting blood-glucose，FBG)、餐后血糖、糖化血红蛋白(glycosylated hemoglobin，HbA1c)、总胆固醇、三酰甘油水平均显著降低，因此认为小檗碱是一种安全有效、成本低的口服降糖药，并且具有调节脂质代谢的作用。Chueh和Lin等[5]采用适量小檗碱治疗非肥胖1型糖尿病小鼠发现，FBG降低，而且不会引起不良反应。糖尿病大鼠口服小檗碱45 d后，FBG、HbA1c水平均显著降低，血浆胰岛素水平增加，胱天蛋白酶-8、Bax、细胞色素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，胰岛细胞凋亡减轻[6]。表明小檗碱可能是治疗糖尿病的新药物。小檗碱抗糖尿病可能涉及多种机制以及信号通路，如抑制肝脏糖异生、促进糖酵解、激活AMP活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK)通路、调节肠道微生物群、改善IR、调节脂质代谢。

1.1调节糖代谢 高血糖是糖尿病的主要特征，被认为是一种糖代谢紊乱性疾病。小檗碱可以通过调节糖代谢降低血糖，从而达到治疗糖尿病的目的。小檗碱调节糖代谢的机制包括：①抑制肝细胞线粒体，导致AMP/ATP比值增加，抑制磷酸烯醇丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶，抑制肝脏糖异生，显著降低糖尿病大鼠FBG[7]。②小檗碱是AMPK激活剂，而AMPK是由α、β和γ亚基组成的异三聚体蛋白，在调控细胞能量稳态中具有重要作用，有研究发现，小檗碱抑制线粒体葡萄糖氧化，可增加AMP/ATP比值并激活AMPK，促进糖酵解[8]。③小檗碱还可降低肠道对葡萄糖的吸收，小檗碱可抑制α-葡萄糖苷酶，降低餐后血糖[9]，与α-葡萄糖苷酶抑制剂有类似的降糖作用；Liu等[10]发现，小檗碱可降低糖尿病大鼠和Caco-2细胞肠道双糖酶的活性，且以十二指肠的效果最为显著。④小檗碱可激活葡萄糖转运蛋白1，促进葡萄糖摄取[11]。

1.2改善IR IR是指各种原因使胰岛素促进糖摄取和利用率降低，致机体代偿性分泌过多胰岛素，造成高胰岛素血症以维持正常血糖，是2型糖尿病的重要发病机制之一。慢性高血糖、肥胖、高脂血症、炎症等多种因素可以导致IR的发生。Liu等[12]研究发现，小檗碱降低高脂饲养肥胖大鼠的FBG以及改善IR是通过抑制脂多糖/Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)/肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)通路起作用的。小檗碱可上调胰岛素受体的表达，增加外周组织中胰岛素的敏感性，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，小檗碱可激活3T3-L1脂肪细胞和L6肌管中的AMPK，增加L6肌管中的葡萄糖转运蛋白4易位，提高胰岛素敏感性，改善IR，在治疗2型糖尿病中发挥着重要作用。

1.3保护胰岛β细胞 胰岛β细胞通过分泌胰岛素调节血糖，胰岛β细胞功能受损或缺乏会造成胰岛素分泌相对或绝对不足，使血糖升高，从而导致糖尿病。小檗碱可增加胰高血糖素样肽-1的分泌，增加胰岛素水平和胰岛β细胞数量[15]。线粒体在氧化应激过程中产生过多的活性氧类(reactive oxygen species，ROS)，造成胰岛β细胞凋亡、损伤[3]。炎症因子在胰岛β细胞凋亡中起关键作用，有研究发现，小檗碱可以抑制促凋亡蛋白、促炎因子及脂质过氧化物的表达，上调抗凋亡蛋白、抗炎介质以及抗氧化剂活性，从而发挥抗凋亡、抗炎、抗氧化作用[6]。

1.4调节血脂代谢 血浆三酰甘油和非酯化脂肪酸等的升高是造成IR的一个重要原因，而IR会进一步加重脂质代谢紊乱，导致恶性循环。因此控制血脂对预防和缓解糖尿病相关的血管损伤具有重要意义。动物实验和临床研究均证实，小檗碱具有降低总胆固醇、三酰甘油以及低密度脂蛋白胆固醇水平的作用，且未发现明显的不良反应，甚至具有护肝的作用；而且小檗碱降低血浆低密度脂蛋白胆固醇水平是以胞外信号调节激酶依赖的方式，稳定低密度脂蛋白受体(low density lipoprotein receptor，LDLR)信使RNA，从而上调LDLR的表达[16-17]。Lee等[18]首次报道小檗碱激活c-Jun氨基端激酶信号通路，增加肝脏LDLR启动子的转录活性，上调LDLR。另外，小檗碱还可激活外周组织(肝脏和肌肉)中的AMPK，促进脂肪酸氧化，降低总胆固醇和三酰甘油水平[19]。

1.5抗炎作用 糖尿病被认为是一种低度炎症性疾病，炎症因子在糖尿病的发生、发展中起重要作用，而小檗碱一直用于消化道炎症性疾病的治疗。Han等[20]认为，调节肠道微生物群是小檗碱治疗糖尿病的机制之一。糖尿病大鼠口服小檗碱45 d后，抗炎细胞因子白细胞介素(interleukin，IL)-10的表达增加，TNF-α、核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)、环加氧酶2等促炎介质的表达降低[6]。TLR4激活髓样分化因子88，继而活化NF-κB和促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信号通路，诱发炎症细胞因子的表达[21]。有研究证实，小檗碱抗炎活性与抑制TLR4介导的NF-κB和MAPK信号通路有关[22]。另有研究表明，小檗碱下调TNF-α、IL-6及单核细胞趋化蛋白-1的水平与激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ相关[23]。小檗碱通过激活巨噬细胞中的AMPK，抑制细胞内ROS和MAPK，下调IL-1β、IL-6、单核细胞趋化蛋白-1、环加氧酶2等促炎因子的表达[24]。

1.6抗氧化作用 氧化应激增加是肥胖和2型糖尿病及其并发症等多种疾病的共同特点。机体ROS、自由基和抗氧化之间的失衡是发生氧化应激的主要原因。有研究发现，小檗碱具有调节氧化和抗氧化平衡的潜能，可增加2型糖尿病小鼠抗氧化剂超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和过氧化氢酶的活性[25]。糖尿病大鼠口服小檗碱45 d，胰腺中脂质过氧化标志物硫代巴比妥酸活性物质和脂质过氧化物的水平降低，SOD、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽、维生素C及维生素E等抗氧化剂的活性升高，改善了糖尿病大鼠胰腺的氧化应激[6]。Chen等[26]发现，沉默信息调节因子1(silent information regulator 1，SIRT1)是miR-106b的靶基因，小檗碱通过抑制miR-106b和上调SIRT1降低丙二醛水平，增加SOD1水平，减轻糖尿病小鼠的氧化应激。Wang等[27]研究表明，小檗碱以AMPK依赖方式上调解偶联蛋白-2水平，抑制氧化应激。

2 小檗碱在糖尿病并发症中的作用机制

2.1糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM) DCM是糖尿病导致的一种特异性心脏病，独立于冠心病、高血压性心脏病、风湿性心脏病及其他已知的心脏病。DCM是糖尿病常见的、严重的慢性并发症之一，心肌纤维化是DCM的一个重要病理特征。小檗碱可下调糖尿病大鼠心肌成纤维细胞中胰岛素样生长因子1受体水平，降低基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)2/9、α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)和Ⅰ型胶原的表达，改善心肌纤维化及功能障碍[28]。鞘磷脂、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰胆碱是DCM的脂质生物标志物，在高糖、高脂和链脲佐菌素诱导的DCM大鼠模型中，小檗碱通过干扰鞘磷脂、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱的代谢，改善心脏舒张、收缩功能和心肌肥厚[29]。

糖尿病患者较非糖尿病患者更易患缺血性心肌病，因此在降糖基础上，还要减轻心肌缺血损伤，以降低DCM的发生率和病死率。Chang等[30]对2型糖尿病缺血再灌注大鼠予小檗碱预处理7 d，结果显示，与未经治疗的2型糖尿病组相比，小檗碱治疗的大鼠缺血再灌注损伤的梗死面积减小，心律失常减弱，表明小檗碱可以减轻糖尿病心肌缺血再灌注损伤，可能与激活AMPK、蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)磷酸化以及抑制糖尿病心脏非缺血区的糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK3β)相关。小檗碱通过激活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，减轻糖尿病大鼠缺血再灌注所致的心肌细胞凋亡[31]。此外，小檗碱治疗还可改善H9C2心肌细胞中的IR，增加葡萄糖消耗和摄取，且与AMPK活化相关[32]。

2.2糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN) DN是终末期肾衰竭的一个重要原因，DN的主要特点包括肾小球滤过率降低以及尿蛋白、血肌酐、尿素氮升高，严重者会导致糖尿病患者死亡。DN的发病机制包括肾小管上皮细胞发生上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)、肾小管间质纤维化、肾小球硬化、细胞外基质过度积累、系膜扩张等；此外，炎症和氧化应激也可能在DN的发生和进展中起重要作用。

长期高血糖会减少上皮细胞标志物上皮钙黏素的表达，增加间质细胞标志物α-SMA、波形蛋白和神经钙黏素的表达[33]，其中α-SMA常常作为纤维化的标志。小檗碱可降低DN大鼠24 h尿蛋白、血肌酐、尿素氮水平，下调转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、α-SMA、波形蛋白的表达，抑制DN肾脏纤维化[34]。TGF-β导致细胞外基质沉积，在DN病程进展中有重要作用。小檗碱通过激活核因子E2相关因子2(nuclear factor elytroid-derived 2-related factor 2，Nrf2)通路以及两个Nrf2靶向抗氧化基因磷酸酰胺腺嘌呤二核苷酸醌氧化还原酶-1和血红素加氧酶1(heme oxygenase-1，HO-1)，抑制TGF-β/Smad/EMT通路，消除高糖诱导的EMT和氧化应激，改善糖尿病大鼠的肾纤维化[35]。在高糖诱导的足细胞和链脲佐菌素诱导的DN小鼠中，小檗碱通过抑制TLR4/NF-κB通路减轻炎症反应，改善足细胞凋亡，降低FBG、肾体比、24 h尿蛋白、血肌酐及尿素氮水平[36]。Sun等[37]的研究也表明，小檗碱对DN的保护作用与抑制TGF-β/Smad3所致的肾脏纤维化及NF-κB介导的肾脏炎症相关。

小檗碱通过调控TGF-β介导的MMPs/基质金属蛋白酶组织抑制物(tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMPs)系统，增加MMP2/TIMP2和MMP9/TIMP1，抑制纤连蛋白和Ⅳ型胶原，从而减少细胞外基质积聚[38]。小檗碱还可通过降低晚期糖基化终末产物的生成抑制晚期糖基化终末产物受体的表达，从而抑制TGF-β和蛋白激酶C-β，改善DN[39]。Zhao等[40]发现，小檗碱改善DN与激活AMPK相关，AMPK可能是治疗DN的一个重要靶点。

2.3糖尿病神经病变 小檗碱可以通过血脑屏障，对糖尿病导致的神经病变具有一定疗效。糖尿病患者有发生认知功能缺陷的风险，有研究发现，小檗碱改善db/db小鼠的认知障碍，与激活SIRT1及抑制内质网应激相关[41]。糖尿病是阿尔茨海默病和血管性痴呆的危险因素，如果未有效干预2型糖尿病的认知功能障碍，其可能逐渐发展为生活自理能力缺陷和人格、个性改变，甚至出现痴呆症。Yin等[42]研究发现，小檗碱可抑制内皮细胞miR-133a异常表达，上调鸟苷三磷酸环化水解酶1的表达，改善糖尿病大鼠血管性痴呆。在链脲佐菌素诱导的糖尿病神经病大鼠模型中，小檗碱可抑制海马组织中p38 MAPK和c-Jun氨基端激酶水平，增加神经突蛋白的表达，显著改善大鼠的记忆能力[43]。糖尿病相关的认知缺陷与内侧前额皮质中糖的摄取及代谢有关，毒性因子 β淀粉样蛋白42(β-amyloid 42，Aβ42)是阿尔茨海默病的标志物，炎症和IR促进糖尿病生成Aβ42[44]。有研究发现，小檗碱通过激活PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白和MAPK通路，下调神经元中NF-κB和蛋白激酶C的表达，抑制糖尿病大鼠内侧前额皮质中促炎因子的释放和IR，促进大脑中糖的吸收，减少Aβ42的生成，从而改善糖尿病相关的认知缺陷[45]。

炎症和氧化应激在糖尿病神经病变中发挥着重要作用。糖尿病神经病变患者还具有感觉异常、痛觉过敏等症状，小檗碱可阻断蛋白激酶C通路，抑制瞬时受体电位香草酸亚型1的活化，降低促炎因子TNF-α的表达，减轻糖尿病神经性疼痛[46]。小檗碱通过调控PI3K/Akt/GSK3β信号通路，改善tau蛋白磷酸化，升高SOD水平，降低丙二醛水平，改善氧化应激，对糖尿病大鼠发挥神经保护作用[47]。Nrf2是抗氧化酶基因转录的一个重要调控因素，可以缓解氧化损伤。Hsu等[48]研究发现，小檗碱通过激活PI3K/Akt和Nrf2/HO-1，增加谷胱甘肽、SOD、Bcl-2水平，降低ROS、细胞色素C、Bax和胱天蛋白酶水平，减轻氧化应激和凋亡，表明小檗碱有神经保护作用。研究还发现，在高糖环境下，小檗碱可促进Nrf2易位，上调HO-1和神经生长因子的表达，减少ROS的生成，促进神经突生长[49]。

3 小 结

近年来，小檗碱的临床应用价值不断被发现。小檗碱具有降糖平稳、来源广泛、不良反应少、使用简便安全、价格低廉以及耐受性、依从性好、可长期使用等优势，而且妊娠期或分娩时也可用[50]。小檗碱用于治疗糖尿病及其并发症，可改善其症状、延缓病情进展。但有研究称，小檗碱是P-糖蛋白底物，其在肠道净吸收的降低，导致小檗碱生物利用度下降[51]。而P-糖蛋白抑制剂环孢菌素A和维拉帕米可增强小檗碱的吸收，具体作用机制还需进一步探讨。另外，小檗碱还存在临床用量、安全性和不良反应等问题，需进一步研究阐明。因此，小檗碱作为降糖药物还有许多问题亟待解决。