當藥黃素治療2 型糖尿病的作用機制及研究進展

謝耀慧，李昕蓉，何軍剛，魏小成，謝鑫明，李成義

甘肅中醫藥大學，甘肅 蘭州 730000

2 型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）作為世界高發病證之一，主要臨床表現為煩渴、頻尿、體質量驟減、多食或疲倦等[1]。截至2021 年年底，全世界T2DM 患者已經達到5.37 億，我國也是糖尿病大國之一[2]。T2DM 是一種胰島素分泌缺陷、糖脂代謝或相關代謝失衡的慢性代謝性疾病[3]，目前主流學說認為發病可能是胰島素分泌缺陷、肌肉組織對葡萄糖的攝取減少、肝糖原輸出量增加、脂代謝紊亂、腸促胰島素效應減弱、腎臟對葡萄糖的處理失調和神經遞質紊亂，導致胰島素信號通路相關蛋白表達受限，葡萄糖代謝過程中關鍵酶表達異常，骨骼肌和白色脂肪組織對葡萄糖的攝取減少，造成機體血糖升高、血脂代謝異常，伴隨有一系列炎癥和應激反應的發生，造成機體的不可逆損傷[4]。中藥高效、不良反應小的優勢被廣泛用于T2DM 的治療，當藥黃素是黃酮類化合物，常溫下呈現淡黃色粉末或結晶性粉末，化學式C22H22O10，相對分子質量為446，可溶于甲醇、二甲基亞砜等有機溶劑[5]，具有抗氧化[6]、抗糖尿病[7]、抗抑郁[8]、抗炎[9]、抗病毒[10]、抗輻射[11]等藥理作用。近年來，已有研究證明，當藥黃素能夠治療T2DM 及其引起的癡呆、認知功能障礙等[12]。當藥黃素主要是通過增加機體胰島素的分泌，減少胰島β 細胞凋亡，促進胰島β 細胞增殖，調節胰島素信號通路相關蛋白的表達，增強胰島素的敏感度；調節葡萄糖代謝過程中關鍵酶的表達，增加骨骼肌和白色脂肪組織對葡萄糖的攝取效率；抑制炎癥和氧化應激反應的發生，進而調節機體的血糖和血脂水平，使其維持穩態。隨著蛋白組學、基因組學、代謝組學在治療T2DM 治療方面的應用，間接增強當藥黃素在治療T2DM 臨床方面的應用，證明其在治療T2DM 方面的巨大潛力?；诖?，本文對近年來國內外當藥黃素治療T2DM 的研究現狀進行歸納整理分析，以期為后續T2DM 的研究提供一定的理論思路。

1 改善胰島β 細胞的胰島素分泌缺陷

胰島素是機體唯一能夠降低血糖的激素，因此在治療T2DM 過程中，增強機體胰島素的分泌是一條較為有效的途徑[13]，當藥黃素作為一種新型的胰島分化誘導劑，能通過激活絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路誘導機體干細胞或祖細胞分化產生胰島素產生細胞（insulin producing cells，IPCs），IPCs 誘導胰島β 細胞的生成與分化，促進胰島β 細胞增殖，生成胰島素；還可以通過干預胰島前體細胞神經發生素-3（neurogenin-3，Ngn-3）的過性表達，促進下游因子同源結構域蛋白Nkx2.2、Nkx6.1 生成，增強編碼基因的轉錄活性，增大胰島α、β、PP 細胞增殖和分化，調控轉化生長因子-β（transforming growth factorβ，TGF-β）通路Smad 的轉錄，誘導絲氨酸、蘇氨酸及其配體的信號傳導，激活I型膜受體，激活Smad的C 端磷酸化，與共介質Smads 和Smad4 形成復合物，易位至細胞核中與啟動子結合，促進胰島β細胞增殖，產生胰島素，升高機體內的胰島素含量，達到降低血糖的目的[14?15]。同樣，當藥黃素可誘導T2DM 小鼠胰腺內胰島祖細胞的增殖分化，調控肌腱纖維肉瘤癌基因同系物 A （ v-Maf musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homolog A，MAFA）轉錄，刺激內分泌祖細胞增殖分化成胰島β 細胞，選擇性表達誘導內生性胰島素mRNA 的生成，加強胰島β 細胞去分化能力，促進胰島細胞的成熟，增強結構域蛋白Nkx6.1 轉錄，誘導胰腺切除小鼠模型體內的胰島新生潛能，對于恢復胰腺細胞的分泌功能具有重要作用[7]。增強小鼠胰島胚胎成纖維細胞生長繁殖潛力，上調補充失去胰島β 細胞和胰腺內分泌功能所需的轉錄因子配對盒-4（paired box-4，Pax-4）和Pax-6，促進胰島內分泌因子運動神經元同框基因1（motor neuron and pancreas homeobox 1，MNX1）和白細胞介素（interleukin，IL）蛋白的生長，觸發胰腺祖細胞形成胰島α、β、δ 細胞，保持小鼠體內血糖正常穩定狀態[9,15]。此外，當藥黃素還可以作為β 細胞的潛在分子，促使機體產生β 和α 細胞的功能性胰島樣細胞群，減少胰島β 細胞的凋亡，促使胰島β 細胞增殖，體內胰島素含量上升，達到治療的目的[16]，綜上，當藥黃素可增強機體胰島素的分泌，刺激胰島β 細胞的活性，釋放胰島素，降低機體血糖水平，進而達到緩解T2DM 的目的，具體作用機制見圖1。

圖1 當藥黃素改善胰島素分泌缺陷的作用機制Fig.1 Mechanism of action of swertisins in ameliorating defective insulin secretion

2 改善肌肉組織和肝臟對葡萄糖攝取量

葡萄糖代謝失調是T2DM 的主要病理特征，骨骼肌作為全身最大的器官，也是胰島素刺激葡萄糖攝取吸收的器官之一，而骨骼肌不足時，機體血糖發生波動，胰島素敏感性降低、抗性加重，機體產生的胰島素效用減弱，血糖調節能力變差，從而無法正常攝取葡萄糖，骨骼肌作為胰島素的靶器官，占機體葡萄糖攝入總量的80%左右，攝入量由轉運蛋白葡萄糖轉運體1（glucose transporter type 1，GLUT1）和GLUT4 調節，已有研究表明GLUT4比GLUT1 在人類骨骼肌基因中的轉錄高400 倍，胰島素反應性葡萄糖轉運蛋白[17-20]。骨骼肌通過激活胰島信號通路蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）和肌肉收縮，誘導腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine phosphate activated protein kinase，AMPK）磷酸化，介導GLUT4 易位攝取葡萄糖。當藥黃素可改善鏈脲佐菌素（streptozotocin，STZ）60 mg/kg 誘導的T2DM 大鼠肝臟和胰腺中胰島素受體底物-1（insulin receptor substrate-1，IRS-1）、轉運蛋白GLUT2、GLUT4和葡萄糖激酶（glucokinase，GCK）的mRNA 表達，加快胰島素底物磷酸化的進程，激活結構域蛋白SH2 的蛋白酶活性，改善其構型，產生磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）、磷酸酪氨酸磷酸酶、生長因子受體連接蛋白2（growth factor receptor-bound protein 2，GRB2）等諸多磷酸化產物，增大轉運蛋白GLUT2、GLUT4 的轉錄水平，增強骨骼肌對葡萄糖的攝取能力，同時，當藥黃素還可以干預GCK的“快慢循環”過程，催化葡萄糖磷酸化為葡萄糖-6-磷酸（glucose 6-phosphate，G6P）的轉化，關閉三磷酸腺苷-K+通路，誘導膜電位去極化反應發生，激活Ca2+通路，促進胰島素的釋放，刺激肝細胞中肝糖原的合成，調節血糖的穩態[21-23]。同時，當藥黃素還可通過啟動PI3K/Akt 信號通路，活化Akt，促使肝糖原和肌糖原結合激酶3 基因N 端的殘基，徹底磷酸化失活，解除機體糖原合酶的抑制，促使機體糖原合成，增加機體葡萄糖攝取效率，增加組織細胞的敏感性，減輕胰島素抵抗癥狀，維持機體血糖的動態穩定[23-25]。綜上，表明當藥黃素可以干預骨骼肌肝臟對葡萄糖的攝取利用，維持機體血糖處于正常水平，具體作用機制見圖2。

圖2 當藥黃素改善肌肉組織和肝臟對葡萄糖攝取的作用機制Fig.2 Mechanism of action of swertisins in improving glucose uptake in muscle tissue and liver

3 調節脂質代謝的紊亂

T2DM 引起的高脂血癥是糖尿病大血管病變的主要因素之一，表現為血脂異常、高血糖和胰島素抵抗等代謝綜合征，一定程度上會導致機體動脈粥樣硬化的發生。其主要表現為三酯甘油和低密度脂蛋白（low densith lipoprotein，LDL）水平顯著升高，高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）水平降低，而三酯甘油水平的升高是導致T2DM 脂質代謝紊亂的核心因素[26]。因此，調節脂質代謝紊亂，使其恢復正常，進而改善T2DM 的病證是一種較為有效的方式。當藥黃素能抑制核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）、應激活化c-Jun 氨基末端激酶（c-JunN-terminal kinase，JNK）和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等信號通路，協同調節促炎性脂肪因子TNF-α、IL-6、IL-1β 分泌，改善因炎癥誘發的β 細胞轉錄功能障礙，抑制T、B淋巴細胞和單核-巨噬細胞釋放炎性趨化因子，同時，當藥黃素還能調節胰島素受體和胰島素受體底物絲氨酸磷酸化的水平，激活PI3K 通路活性，抑制固醇調節元件結合蛋白-1c（sterol regulatory element binding-protein-1c，SREBP-1c），增強AMPK 通路活性，抑制脂肪的生成，促進脂肪細胞分化，進而抑制肥胖小鼠的脂質積聚。改善磷脂代謝能力，抑制長鏈脂肪酸的形成，加快短鏈脂肪酸的合成水平，改善因脂質代謝紊亂受損的胰島素的正常釋放，恢復胰島細胞的敏感性[13,24,27-29]。此外，當藥黃素還可以通過激活Akt 信號通路，加速脂質代謝，增強血管平滑肌增殖，誘導炎癥因子凋亡，防止血管平滑肌細胞異常壞死，抑制LDL 的聚集，調節SREBPs、肝 X 受體和過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptors，PPARs）的合成，干預膽固醇的合成、運輸和分泌[30]。綜上，當藥黃素可通過改善脂質合成、運輸、代謝等，抑制脂質在機體的積聚，調節血脂、血糖代謝，改善高血脂、高血糖的癥狀，達到防治T2DM 的目的，具體作用機制見圖3。

4 改善腸促胰島素效應

腸促胰島素是一組調節血糖水平，通過血糖依賴機制增加胰島β 細胞釋放胰島素，使其維持正常水平的代謝激素，包括胰高血糖素樣肽-1（glucagonlike peptide-1，GLP-1）和葡萄糖依賴性促胰島素多肽，通過激活GLP-1 受體（GLP-1 receptor，GLP-1R），保護胰島β 細胞的功能，增強胰島素分泌，抑制胰高血糖素的分泌，促進葡萄糖的攝取和利用，減少胃排空，延緩營養物質進入血液的吸收速度，減慢肝糖原的輸出轉化，增強中樞性的食欲抑制，減少進食量，降低機體血糖[31-32]。GLP-1R 可經口服進入機體，抑制血管平滑肌細胞和內皮細胞增殖，有效降低T2DM 伴隨的心血管類疾病的發生，且其吸收速率快、風險低和安全性高，可聯合二甲雙胍等化學藥用于臨床研究[33]。當藥黃素能改變小鼠胚胎成纖維NIH3T3 細胞形態，促使其分化為內分泌細胞，改善成纖維細胞向肌成纖維細胞分化失調、肌成纖維細胞活性中斷和細胞外基質不足等癥狀，加速巨噬細胞M1向M2型的轉換，產生胰島素生長因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）和血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），促進胰島素、血管、傷口上皮再生成，加快機體對糖原的攝取速率，維持機體內細胞和全身葡萄糖的穩態[34-35]。同時，當藥黃素還可以抑制大鼠腸道內α-葡萄糖苷酶的活性，直接干預淀粉與葡萄糖的轉化過程，抑制體內淀粉的過度水解，降低體內糖原轉化率，有效阻斷碳水化合物向葡萄糖的轉變，且其對消化酶的作用是可逆的，不會對胃黏膜造成損傷，一定程度上保護胃黏膜的完整性，抑制糖分過度堆積對血管壁造成的壓力，使體內血糖維持正常水平。此外，還可以抑制人胚胎腎293 細胞對葡萄糖的攝取，干擾鈉鈣通路的開合，抑制組蛋白的增殖，防止機體血糖水平的異常，保護胰島細胞活性，維持機體血糖穩態[36]。由上可以看出，當藥黃素能促使腸道L 細胞產生GLP-1，改善糖化血紅蛋白活力，抑制胰高血糖素合成，維持機體血糖正常，具體作用機制見圖4。

圖4 當藥黃素改善腸促胰島效應的作用機制Fig.4 Mechanism of action of swertisins in improving intestinal islet effect

5 加強腎臟對葡萄糖的處理能力

腎臟是管理機體血糖穩態的重要器官之一，在T2DM 早期，近端腎小管重吸收增加會減少遠端的傳遞，導致TGF-β 受損，腎小球入球小動脈擴張，內壓增加，導致糖尿病腎?。╠iabetic nephropathy，DN）的發生[37]。T2DM 導致的DN 使腎體積增大，腎小球濾過率增加，機體長時間處于高濾狀態，導致尿蛋白、水腫、高血壓、尿毒癥的發展，這也是T2DM 的死亡原因之一[38]。當藥黃素是一種c-葡萄糖基黃酮，目前已可以利用靶標預測工具探索當藥黃素對鈉-葡萄糖共轉運蛋白2（sodium-glucose cotransporter 2，SGLT2）的抑制作用，SGLTs 作為葡萄糖轉運體，附著在小腸黏膜表面和腎臟近曲小管S3 端，少量在心臟和氣管，是一類高親和力、低轉運能力的轉運體，當藥黃素還能調節SGLT1、SGLT2抑制劑的mRNA 表達，干預腎小球濾過液中葡萄糖的重吸收，阻斷近曲小管對葡萄糖的重吸收速率，增大腎臟尿排量，排除多余葡萄糖，從而達到降糖de 目的，且在一定程度上可降低腸道內α-葡萄糖苷酶的活性，干預GLU 介導的葡萄糖運輸，使得腎臟中SGLT2和蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）的mRNA 表達降低，干預腎臟內膜Na+、Ca2+轉運通路活性，抑制T2DM 并發癥的發生，同時，當藥黃素能保護機體胰島β 細胞功能，維持機體細胞對葡萄糖的敏感性，刺激T2DM 患者體內胰島β 細胞表達，釋放胰島素，抑制胰高血糖素的分泌，改善機體高血糖癥狀[39-40]。此外，當藥黃素可降低尿酸、尿蛋白含量，抑制高血糖、腎素-血管緊張素系統的過度激活，降低機體血糖，抑制腎臟血管緊張素I、II和醛固酮的分泌，減少Ca2+濃度增長，起到保鈉、排水的作用[41]?？傊?，當藥黃素通過改善DN 的諸多不良癥狀，進而治療T2DM 及其并發癥對機體的損傷，維持機體糖-尿代謝平衡，具體作用機制見圖5。

圖5 當藥黃素加強腎臟對葡萄糖處理能力的作用機制Fig.5 Mechanism of action of swertisins in strengthening ability of kidney to process glucose

6 改善神經遞質功能紊亂

T2DM 造成的高血糖可通過影響神經微血管舒張，微血管的收縮緊張性增加，舒張性減弱致使神經血流量減少，血液黏稠度增加，增強神經黏連蛋白（neurocan）與神經元細胞膜上特異性受體神經黏附分子和神經元膠質細胞黏附分子結合能力，損害中樞神經系統的形成和修復，而Neurocan 的過度表達，抑制神經軸突生長，破壞血液-神經屏障，生長過氧化根和活性氧，介導腎臟炎癥和神經氧化應激反應的發生，激活PKC 和晚期糖基化終末產物（advanced glycation end products，AGE）和AGE 受體-NF-κB，使得神經內膜缺血、缺氧，脂解作用增強，導致腎上腺素、腎上腺皮質激素和胰高血糖素含量上升，隨之機體血糖升高，誘導γ-亞麻酸含量驟降，引起中樞血小板和血小板合成酶的聚集，造成中樞血栓和粥樣硬化的發生。此外，多元醇途徑代謝過度活躍，使得體內葡萄糖含量積累，加重高血糖相關癥狀。4-羥基壬烯醛過度表達，使得神經元、神經元附屬纖維和支持細胞提前凋亡，引發慢性炎癥性脫髓鞘性多神經病變（ chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy，CIDP），造成內臟自主神經及交感神經節細胞不可逆變性，心腦血管內皮細胞增生，血管壁增厚、管腔變窄、透明變性，毛細血管數量減少，小血管閉塞，出現腦梗、腦萎縮和腦硬化等不可逆癥狀[42-45]。當藥黃素能減弱T2DM 伴隨認知功能障礙小鼠的AGE 和NF-κB 水平，逆轉識別記憶障礙，緩解神經受損導致的內膜缺血、缺氧癥狀，增強中樞脂解作用，抑制腦內血栓和粥樣硬化的形成，在前額葉皮層，當藥黃素可使Akt 和分子磷酸化水平恢復正常狀態，有效抑制膽堿能組織記憶損傷的生物學效應，增強海馬或皮質蛋白激酶的水平，舒張神經血管緊張狀態，增加血流速率和血小板的形成、運輸、轉運，恢復中樞神經軸突的生長性和生長能力，穩定血液-神經屏障的動態穩定，維持神經遞質的正常傳遞[46]。同時，當藥黃素可以抑制乙酰膽堿酯酶和活性氧的活性，抑制炎癥因子的釋放和氧化應激反應的發生，保護胰島β 細胞免受活性氧的損傷，胰島β 細胞正常信號傳導，胰島素分泌水平上升，抑制單核細胞的黏附，防止遷移至動脈內膜里，給動脈造成壓力，抑制單核細胞向巨噬細胞的轉化，減少其攝取脂蛋白，形成泡沫細胞對神經元的損害，抑制LDL 活性，恢復中樞血管舒張功能。此外，當藥黃素還能改善東莨菪堿大鼠認知功能障礙行為，抑制CIDP 的發生[47]。綜上，當要黃素可通過改善中樞神經血-腦屏障的正常傳遞，維持機體血糖穩態，保障中樞神經遞質傳遞功能的正常，進而改善T2DM 及其并發癥的發生，具體作用機制見圖6。

圖6 當藥黃素改善神經遞質紊亂的作用機制Fig.6 Mechanism of action of swertisins in improving neurotransmitter disorders

7 其他

除以上因素外，T2DM 患者還伴隨有炎癥和水腫等癥狀的發生，當藥黃素能夠有效抑制相關炎癥因子的表達，抑制氧化應激反應過程蛋白的釋放，進而避免炎癥反應的發生，同時，還可加快機體腎臟及泌尿系統的代謝，加速食物代謝，維持機體血糖穩態[48-49]。

8 結語與展望

目前，臨床上依然沒有能夠治愈T2DM的藥物，但通過改變人們的生活方式，外加藥物進行干預，使得患者血糖接近甚至于達到正常水平，患者可以正常生活。近年來，諸多藥物被用于T2DM 的治療，這些藥物通過針對患者的不同病理特征、生理性缺陷等來控制和改善機體的血糖循環[50]，如纖維類、黃酮類和鞣質類化合物，通過調節機體的生物酶活性、荷爾蒙和糖脂代謝相關的器官等起到調節血糖，維持機體血糖正常穩態的作用[51?53]。

當藥黃素作為一類易獲得的中藥黃酮苷類成分[54]，具有多靶點、多通路、多信息等優勢，且該成分提取方便，含有其成分的中藥種類繁多，可從以下幾個方面增強中藥中當藥黃素的含量及溶出：（1）采用中藥轉基因等技術，在保證中藥藥效整體性基礎上，提升當藥黃素的含量，黃辰昊[55]利用中藥轉基因技術，篩選出的APWRKY19 能通過干預穿心蓮萜類次生代謝過程，正調控穿心蓮萜類成分的合成；（2）通過中藥的現代發酵技術，使當藥黃素的溶出率提高，李保珍等[56]通過沼澤紅假單胞菌發酵黃芪，顯著提升黃芪甲苷的含量；（3）通過細胞工程技術，針對性建立細胞模型，形成新的高質量藥材，從源頭上保證藥物的藥性，余響華等[57]利用植物細胞工程技術，通過大量前體物質和細胞相關酶系的催化，大量合成高效、低度、廣譜抗癌藥紫杉醇；（4）利用免疫酶技術，干預有效成分蛋白質代謝過程，提升當藥黃素的轉錄代謝效率，葉和春等[58]利用免疫酶技術合成青蒿素合成途徑的四個關鍵酶基因，通過Ti 和Ri 質粒介導，使轉基因材料青蒿素含量顯著；（5）采用多維色譜提高有效成分的分離效率，提升當藥黃素成分的分離率及檢出率，Qiao 等[59]通過建立全二維液相色譜，增大甘草和葛根芩連湯中成分的分離效率，增強甘草311 種和葛根芩連湯280 種化學成分的檢出率。由此，可進一步提升當藥黃素及其中藥的資源和利用空間。

當藥黃素主要是從改善胰島β 細胞分泌缺陷、加快肌肉組織和肝臟對糖原的攝取、調節脂質代謝和神經遞質傳遞紊亂，改善腎臟代謝糖的能力等起到治療T2DM 的作用。目前對于當藥黃素治療T2DM 的細胞學和分子生物學所涉及的具體機制尚不清楚，且當藥黃素與其他藥物的聯合用藥和不良反應研究也相對較少，需要進一步深入研究。從以上機制分析結果來看，諸多可能影響T2DM 患者代謝途徑的作用機制并未研究透徹，如當藥黃素是否可以通過干預神經系統中多巴胺的釋放和合成來調控胰島素的合成和釋放、來控制脂肪的積累；是否能夠做到一對一、一對多的靶向治療；是否具備成為胰島素敏化劑的潛質，亟需更深的研究去實驗證明。后續研究應注重當藥黃素治療T2DM 的具體分子機制和聯合用藥的開發，探究其不良作用的影響，加大其在藥動學、藥效學和臨床應用等方面的研究，探索其與現有治療T2DM 藥物間的組合效應，為臨床研發和利用提供科學依據。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突