黄精多糖对糖尿病动物模型的保护机制研究进展

任群利，刘建国，胡 欢，李 晋，王 倩，2，王 苗

（1.遵义医科大学生命科学研究院贵州省普通高等学校微生物资源与药物开发特色重点实验室，贵州遵义563000；2.遵义医科大学生命科学研究院 贵州省普通高等学校口腔疾病研究特色重点实验室，贵州遵义563000；3.遵义医科大学口腔医学院，贵州 遵义563000；4.遵义医科大学生命科学研究院 贵州省普通高等学校传染病与生物安全特色重点实验室，贵州遵义563000）

黄精为百合科植物黄精P.sibiricumRed.、滇黄精P.kingianumColl.et Hemsl.或多花黄精P.cyrtonemaHua的干燥根茎，是中国传统的药食同源植物和大宗药材，具有补气养阴、健脾、润肺、益肾等功能［1-2］。而黄精多糖（polygonatum sibiricum polysaccharides，PSP）是黄精的主要活性成分［3］。近年来发现黄精多糖对糖尿病及其并发症有较好的预防保护和治疗作用，可改善糖脂代谢、降血糖，是治疗糖尿病的药效物质基础，也是质量标志物的主要选择［4］，具有广泛的应用价值及市场前景。糖尿病的患病率呈现速度不断上升和年轻化的趋势，我国糖尿病患者的总数位居世界第1位，对糖尿病的研究具有深远意义。本研究根据已有的动物实验研究结果，对黄精多糖防治糖尿病的作用机制以及对重要器官的保护作用做一综述。

1 黄精多糖抑制糖尿病的作用途径

黄精多糖治疗糖尿病常用大小鼠制备动物模型，可通过空腹大剂量一次注射和小剂量多次注射链脲佐菌素、链脲佐菌素加高脂高热量饲料喂养、长期饲喂高糖高热量饲料以及四氧嘧啶诱导糖尿病。链脲佐菌素（streptozotocin，STZ）诱导的糖尿病模型是目前国内外使用较多的一种制备糖尿病动物模型的方法，对照组腹腔注射等量无菌柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液［5-13］。利用链脲佐菌素注射的同时，可辅助添加高脂高热量饲料，高脂饲料的添加可在注射链脲佐菌素之前，之后或者同时进行［14-17］。长期饲喂高糖、高热量饲料也容易诱发糖尿病［18-19］。四氧嘧啶诱导糖尿病模型与人类Ⅰ型糖尿病类似，故作为黄精多糖治疗糖尿病模型的常用药物［20-21］。

在糖尿病动物模型构建成功的基础上，研究表明黄精多糖能降低其实验性动物血糖和血清糖化血红蛋白、调节糖代谢、降低血脂。由于黄精多糖在降血糖方面的多功能活性，近年来对其治疗机制和作用途径研究日益增加。

1.1 提高胰岛素水平、抑制胰岛细胞凋亡

李友元等［22］实验中发现黄精多糖可显著降低糖尿病鼠血糖和血清糖化血红蛋白浓度，并明显提高胰岛水平及C肽水平。公惠玲等［7］研究发现，黄精多糖能提高血清胰岛素（insulin，INS）含量，改善胰岛形态，增强INS表达，抑制胰岛细胞凋亡率和caspase-3表达。徐茂红等［21］研究显示PSP能够降低四氧嘧啶糖尿病小鼠血清中的一氧化氮及一氧化氮合酶含量，保护其胰岛，促进胰岛素分泌。王艺等［13］研究发现，黄精多糖能改善STZ诱导的糖尿病大鼠胰腺组织形态，增多胰岛细胞，明显提高组织胰岛素及C-肽表达量、增强胰岛素敏感性，改善糖尿病大鼠胰岛素抵抗。PSP可以降低实验小鼠空腹血糖值、空腹胰岛素水平，提高胰岛素受体IRS-2的表达［18］。

1.2 减少氧化应激损伤

超氧化物歧化酶（orgotein superoxide dismutase，SOD）和丙二醛（malondialdehyde，MDA）反映了细胞氧化应激的水平，是氧化应激病理的重要生化指标。有研究显示，PSP能提高血清和肝脏组织中的总超氧化物歧化酶（total SOD，T-SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSHPx）活性，降低MDA含量，说明PSP可能通过抗氧化作用对糖尿病小鼠有一定的保护作用［20］。周媛媛等［23］研究发现在使用黄精多糖的小鼠中，各组SOD水平均高于对照组，而MDA水平均低于照组低，黄精多糖能增强其抗氧化能力。对血浆中的SOD、MDA的活性含量进行测定，结果显示黄精多糖能够抑制氧化应激反应，减轻STZ诱导糖尿病大鼠的高血糖和减少氧化应激［24］。

1.3 抑制糖基化终产物受体mRNA的表达量

脑组织糖基化终产物（advanced glycation end product，AGE）mRNA表达研究表明，糖尿病模型组实验鼠值增加，糖基化终产物受体（receptor for AGE，RAGE）/β-actin相对值明显增高，应用黄精多糖治疗后，治疗组各值较模型组降低［25］。李友元等［22］发现黄精多糖可通过显著下调糖尿病鼠心、肾组织糖基化终产物受体mRNA的高表达来抑制糖基化终产物的结合位点及与其受体结合后的一系列细胞生物反应。王艺等［12］在PSP延缓糖尿病大鼠眼部并发症的进程中得到黄精多糖可保护糖尿病诱发的眼部病变，是通过抑制糖基化终产物。

1.4 改善纤维化、抑制炎症

AGE及RAGE活化后可参与多种病理过程，通过介导活化核因子κB（NF-κB）、白介素-1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）产生炎症反应［26］。研究发现，黄精多糖能明显减少Toll样受体4（TLR4）、NF-κB、巨 噬 细 胞 游 走 抑 制 因 子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）蛋白表达，能通过抑制炎性反应保护心肌［9］。付婷婷等［10］研究得出，黄精多糖能降低肾脏组织中转化生长因子-β1（TGF-β1）、内皮素-1（endothelin-1，ET-1）、I型胶原蛋白抗体（Col-I）蛋白表达，能抑制纤维化因子。此外，张忠英等［11］发现黄精多糖可能促进心肌组织中骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein 7，BMP-7）影响TGF-β1/Smads信号通路表达从而改善糖尿病大鼠心肌纤维化。

1.5 减轻肝细胞脂肪变性

糖尿病过程中糖脂代谢紊乱，结果造成糖原和脂质在肝脏的堆积及肝微血管病变最终形成脂肪肝甚者形成肝硬化，HE染色结果显示黄精多糖可使糖尿病肝脏的脂肪变性得到及时控制，肝细胞脂肪变性减小，肝细胞排列基本规则，其机制可能与明显降低固醇调节元件结合蛋白-1c（sterol-regulatory element-binding protein-1c，SREBP-1c）和硬脂酰辅酶A去饱和酶-1（steroylcoA desaturase-1，SCD-1）蛋白表达有关［15］。

1.6 调节肠道菌群结构和功能

肠道菌群酵解多糖后产生的短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCFAs）不仅为宿主细胞提供能量，也为肠道菌群的繁殖提供营养，促进益生菌或共生菌的生长。王艳芳［19］通过16SrDNA测序结果分析发现，滇黄精多糖能够下调Firmicutes和Bacteroidetes比例，降低Proteobacteria相对丰度，同时降低Lactobacillus和Psychrobacter的相对丰度，可有效改善肠道菌群组成，提高SCFAs菌的相对丰度，增加SCFAs含量，促进肠上皮细胞的修复，降低肠道通透性。

2 黄精多糖保护糖尿病机体的重要器官

2.1 保护肾脏、胸腺和脾脏

黄精多糖能通过降低小鼠肾组织RAGEmRNA的表达改善糖尿病肾病症状，从而保护肾脏［27］。研究表明，黄精多糖能抑制高血糖介导的一系列肾脏损伤反应，减轻肾组织氧化应激损伤，直接或间接抑制局部肾素-血管紧张素系统活性，降低肾组织内血管紧张素Ⅱ（AgⅡ）水平，减少AgⅡ相关的肾脏损害，改善肾脏肥大指数，改善反映肾脏病变的尿微量白蛋白，血肌酐，尿素氮水平［28］。付婷婷［10］研究证实ET-1显著上调血清诱导的扩散和TGF-β1诱导细胞外基质沉积，因而ET-1表达降低可致TGF-β1表达降低［29］，从而减少细胞外基质（extracellular matrix，ECM）生成和积聚所引起的糖尿病肾脏损伤。此外，公惠玲等［20］研究发现，黄精多糖可以提高糖尿病小鼠的胸腺和脾脏指数，表明PSP可能降低氧化应激，对糖尿病小鼠胸腺和脾脏起到一定的保护作用。

2.2 保护心、脑血管及肝脏

黄精多糖对心、脑血管及肝脏有较好保护作用，可下调心脏组织中RAGE mRNA的表达，保护乳鼠心肌细胞及肝脏的氧化应激损伤［13,30］。PSP能保护高血糖状态下及RAGE介导的应激反应所致的缺血、缺氧状态下受损脑组织的作用［25,27］，灌胃PSP后，检测糖尿病小鼠海马组织P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）的表达水平为显著增加，其可能是一种P-gp诱导剂，对糖尿病小鼠脑组织损伤具有保护作用［8］。糖尿病模型中肝损伤较为严重，PSP可调解糖尿病大鼠糖脂代谢及降低肝脏SREBP-1c和SCD-1蛋白表达［15］，也可降低氧化应激［20］，从而保护肝脏。

2.3 保护眼

研究表明，糖尿病并发症会引起眼部损伤，由白内障引起的失明是糖尿病的一种重要的长期并发症，糖尿病性视网膜病变也是糖尿病最重要的致盲的并发症之一。有研究通过建立STZ糖尿病模型，发现黄精多糖呈剂量-效应降低大鼠眼白内障发病时间及发病率，以及改变视网膜病变的严重程度及视网膜功能，对糖尿病眼部病变发挥保护作用［12］。

3 展望

黄精是中国传统的药食同源植物和大宗药材［2］，产量较大，经济效益较高。随着对黄精药理作用、药物化学及临床研究的逐步深入，已知黄精具有降血糖，抗氧化和抗衰老，抑制老年痴呆和改善学习记忆，扩张血管，抗菌和抗病毒及免疫调节等作用［31］。但目前随着黄精属药用植物的广泛应用以及价格不断上涨，出现混用、滥用现象，在一定程度上限制了黄精的临床规范应用。黄精活性成分黄精多糖治疗糖尿病的机制从分子生物学领域，再到微生物学，开拓了研究视野，从微生物组学的角度探讨黄精多糖对糖尿病的控制机制，为黄精多糖在糖尿病患者饮食辅助的治疗应用中提供重要的参考价值，对糖尿病防控和促进中药黄精资源的深度开发有着重要意义［32-33］。目前，对于黄精多糖治疗糖尿病微生物方面研究尚少，本研究从黄精多糖抑制糖尿病的作用途径及机制出发，总结其对器官的保护作用，了解微生物与糖尿病之间的关系。将微生物调控作为预防和治疗糖尿病的机理仍有待深入研究，并为糖尿病的监测、预防和治疗提供新的思路。