基于信號通路的中藥治療2 型糖尿病胰島素抵抗的研究進展＊

李 俊，柏力萄，魏軍平＊＊

（1.北京中醫藥大學研究生院 北京 100029；2.中國中醫科學院廣安門醫院 北京 100053）

胰島素抵抗（Insulin Resistance，IR）是一種病理狀態，其中靶組織（主要是骨骼肌，肝臟和脂肪組織）對胰島素刺激所產生的生物反應受損。前瞻性研究強調了胰島素抵抗在2 型糖尿病（Type 2 diabetes mellitus，T2DM）發病機制中的重要性，并提示胰島素抵抗是未來T2DM診斷的重要預測指標[1]。現有研究發現，脂質代謝紊亂，炎癥反應，氧化應激等常引起的胰島素信號通路異常而導致胰島素抵抗[2,3]。2型糖尿病在全球呈一種高速增長的態勢，成人糖尿病患者人數從1980年的1.08億增加到2014年的4.22億，預計到2040年這一數字將增加到6.42 億[4]。目前針對2 型糖尿病胰島素抵抗的干預措施主要是強化生活方式和應用噻唑烷二酮類、二甲雙胍等藥物，在取得療效同時其副作用也值得注意。近年來許多研究表明中藥干預IR安全有效，本文旨在從信號轉導通路對近年來中藥治療2型糖尿病IR的研究作一總結。

1 胰島素信號轉導通路

胰島素的生理學涉及由胰島素受體激活開始的復雜的信號傳導網絡，胰島素受體與細胞受體的結合會引發自身磷酸化，然后磷酸化細胞內受體底物1 和2（IRS-1/IRS-2）[5]。現有研究已經確定了胰島素信號傳導途徑中的幾種上游和下游關鍵信號分子：包括磷酸肌醇3-激酶途徑（PI3K/Akt），已知其參與葡萄糖轉運蛋白4（GLUT4）從細胞內囊泡向細胞的轉運并促進脂肪組織和骨骼肌的葡萄糖攝取；絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）和c-Jun 氨基末端激酶（JNK）途徑等。這些信號轉導過程中的關鍵參與者無疑是藥物干預胰島素抵抗的潛在目標。胰島素抵抗的特征在于受體濃度和激酶活性降低等多種信號通路缺陷，包括PI3K活性，IRS-1和IRS-2的濃度和磷酸化，葡萄糖轉運蛋白的易位。代謝紊亂和炎癥促進IL-6、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等細胞因子釋放常導致胰島素信號通路異常，也為我們提供了理解生理應激，肥胖和飲食等促進胰島素抵抗的框架。

2 中藥治療胰島素抵抗的可能信號靶標

2.1 胰島素受體底物

胰島素受體屬于受體酪氨酸激酶亞家族，大多數胰島素信號通過酪氨酸調節IRS-1 或其同源物IRS-2的磷酸化，IRS-1 是胰島素受體的主要底物[6]。IRS 在介導胰島素作用方面具有組織變異性，IRS-1和IRS-2分別在骨骼肌和肝臟中起作用[7]。研究表明，肝臟IRS-1和IRS-2在肝臟代謝控制中具有互補作用，IRS-1 與葡萄糖穩態密切相關而IRS-2 與脂質代謝的關系更密切[8,9]。IRS-1 和IRS-2 的表達不足可導致胰島素抵抗[10]。金利達顆粒可通過增加IRS-1 mRNA 和蛋白的表達來提高脂肪誘導的胰島素抵抗ApoE-/-小鼠骨骼肌中的胰島素敏感性[11]。IRS 的異常磷酸化也是胰島素抵抗的重要機制之一。在磷酸化位點Ser307處的絲氨酸/蘇氨酸磷酸化IRS-1 可以抑制胰島素信號傳導并減弱酪氨酸磷酸化水平[12]。降脂顆粒可通過增加IRS 酪氨酸磷酸化水平改善大鼠的肝臟胰島素敏感性[13]。腫瘤壞死因子-α降低胰島素受體底物酪氨酸磷酸化，是肥胖和糖尿病中胰島素抵抗的重要介質[14]。二陳湯和苓桂術甘湯可降低飲食誘導的胰島素抵抗大鼠TNF-α水平來改善胰島素抵抗[15]，與噻唑烷二酮類的藥理作用相似。

2.2 磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B

葡萄糖主要通過磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）和5'-AMP激活激酶（AMPK）兩種信號途徑在胰島素敏感組織中代謝，前者是經典的[16]。胰島素受體底物的酪氨酸磷酸化激活PI3K，活化的PI3K 催化4,5-2 磷脂酰肌醇（PIP2）并產生PIP3，其作為第二信使激活Akt，并通過調節作用激活Akt促進代謝生物效應的下游分子[17]。六味地黃湯可改善T2DM 大鼠肝臟胰島素抵抗，與作用與PI3K/Akt 通路相關蛋白的磷酸化和上調相關[18]。PI3K 由調節亞基p85 和催化亞基p110 組成，PI3Kp85調節亞基的基因突變常使肌肉和脂肪組織中激活PI3K的能力降低而致胰島素抵抗[19]。交泰丸通過上調骨骼肌PI3Kp85亞單位的表達，增強PI3K通路胰島素信號傳導，減輕T2DM 大鼠模型中糖尿病的發展[20]。蛋白激酶Akt2/PKB 基因突變引起的信號通路缺陷通常會削弱胰島素降低肝臟和骨骼肌血糖的能力[21]。芍藥苷可改善脂肪細胞中TNFα誘導的胰島素抵抗，與脂肪細胞中胰島素刺激的Akt 磷酸化恢復有關[22]。Akt2是瘦素缺乏或高脂肪飲食誘導的肥胖和胰島素抵抗狀態下肝臟脂質積聚所必需的[23]。加味苓桂術甘湯通過抑制肝臟瘦素和PKB的異常升高，改善代謝綜合征大鼠的肝臟脂肪堆積和胰島素抵抗[24]。

2.3 腺苷酸活化蛋白激酶

腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）是一種保守的、普遍表達的異源三聚體絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在調節細胞能量代謝中發揮關鍵作用[25]。AMPK 在外周組織和下丘腦中整合瘦素，脂聯素，睫狀神經營養因子和生長素釋放肽等營養/激素信號，在調節體內食物攝入，體重，葡萄糖和脂質代謝平衡中起重要作用[26,27]。在生理條件下，AMPK 主要以與Mg-ATP 復合的無活性形式存在，AMP濃度的增加激活AMPK。AMP與c-調節結構域的結合促進上游激酶的磷酸化并引起變構激活，并且抑制激酶結構域激活環中Thr172的去磷酸化調節AMPK磷酸化水平[28]。AMPK可以響應細胞應激、運動和藥物而被激活。脂聯素是主要的胰島素敏化脂肪因子，有研究顯示脂聯素及其受體AdipoR1 和AdipoR2 通過激活外周組織中的AMPK 來調節葡萄糖，脂肪酸代謝并增強胰島素敏感性[29]。胡椒堿能顯著改善胰島素抵抗細胞模型糖代謝紊亂，其機制與上調脂聯素和瘦素的表達而激活AMPK信號通路有關[30]。脂肪細胞中的AMPK對于維持線粒體完整性以及防止營養過載誘導的NAFLD 和胰島素抵抗至關重要[31]。加味四妙散可正調節AMPK 磷酸化有效地抑制3T3-L1脂肪細胞炎癥并改善胰島素信號傳導[32]。

2.4 葡萄糖轉運體

處理外源葡萄糖負荷的主要細胞機制是胰島素刺激葡萄糖轉運到骨骼肌中，介導這種攝取的主要葡萄糖轉運蛋白是GLUT-4[33]。營養過剩引起的氧化應激通常會通過羰基化和氧化誘導GLUT-4 失活，相關基因變異也常導致GLUT-4缺乏和骨骼肌和脂肪組織的下調[34]。梔子苷對HepG2細胞胰島素抵抗有明顯改善作用，其作用可能與動態調節GLUT4 的表達有關[35]。GLUT4 生理作用的關鍵步驟是易位，其中GLUT-4 在Akt 底物AS160 rab GTP 酶活化蛋白的調節下從細胞內池重新分配到質膜[36]。木蝴蝶莖皮提取物顯著增強成熟3T3-L1脂肪細胞的胰島素敏感性，這可通過增加骨骼肌GLUT-4易位來證明[37]。GLUT-1和GLUT-2在葡萄糖轉運過程中的作用，也有研究表明二者同樣是中藥干預胰島素抵抗的靶點。

2.5 糖原合成激酶3

糖原合成激酶3（GSK-3）是一種普遍存在的細胞溶質絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在哺乳動物中主要表達為GSK-3α和GSK-3β兩種同種型，其中以GSK-3β的研究較多。GSK-3在靜止條件下具有組成型活性，并通過糖原合成酶（GS）和其他底物的磷酸化來調節人體代謝[38]。胰島素刺激的糖原和蛋白質合成需要抑制GSK-3，其抑制作用對于胰島素激活的信號通路的正常功能至關重要，2 型糖尿病患者的骨骼肌GSK-3 活性及其表達水平顯著增加[39]。甘草黃酮能顯著降低2型糖尿病大鼠肝臟中GSK-3β的蛋白表達量，這可能是其改善胰島素抵抗的重要機制[40]。GSK-3的異常過度活性也可能通過IRS-1 的磷酸化限制IR 介導的信號傳導。白藜蘆醇可增加磷酸化GSK-3β并增加糖尿病大鼠肝臟和胰島素抵抗HepG2細胞中磷酸化IRS的蛋白質水平[41]。

2.6 核因子-κB

核因子-κB（NF-κB）是序列特異性轉錄因子，是炎癥反應的主要調節因子，包括對炎癥和氧化應激的反應[42]。在靜止狀態下，NF-κB 以無活性形式與細胞質中的抑制劑亞基IκB 結合。IKK-β是急性炎癥期間激活所必需的，磷酸化激活的IKKβ誘導IκB 激酶α的磷酸化，IκBα磷酸化IκB 并導致IκB 的蛋白水解，隨后暴露核識別位點的NF-κB，NF-κB 被刺激細胞核，導致相關靶基因如炎性細胞因子的表達[43]。阻斷核因子-κB 信號傳導改善胰島素抵抗并防止糖尿病的發展。交泰丸可逆性增加SD 大鼠睡眠喪失引起的全身炎癥和胰島素抵抗標志物，這些變化與NF-κBmRNA的表達下調關系密切[44]。杜仲多糖改善鏈脲佐菌素致糖尿病小鼠胰島素抵抗的作用與降低胰腺中NF-κB蛋白含量有關[45]。因此，NF-κB可能是肥胖，胰島素抵抗，糖尿病等有潛力的治療靶標。

2.7 P38絲裂原活化蛋白激酶

絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）及其下游靶標是細胞對環境物理和化學性質變化的反應的重要信號模塊[46]。已知MAPK 在哺乳動物細胞中至少存在p38 激酶、ERK1/2、ERK5 和Jun 氨基末端激酶（JNK1-3））四個亞家族。胰島素響應組織中的肥胖和炎癥相關的應激反應激活肝臟中MAPK，這被認為會損害胰島素作用和脂質代謝[47]。黃芩苷在逆轉飲食誘導的肥胖小鼠中高脂飲食誘導的葡萄糖耐受不良和胰島素抵抗中起重要作用，其機制與下調p-p38 MAPK 水平有關[48]。ROS 介導的p38MAPK 應激反應信號的激活已被認為是胰島素信號傳導損傷和肝胰島素抵抗的原因之一。中藥制劑津力達具有抗氧化作用和上調胰島素信號通路的作用，與降低p38MAPK減輕高脂喂養大鼠的氧化應激有關[49]。

2.8 c-Jun-N末端激酶

c-Jun-N 末端激酶（JNK）是絲裂原活化蛋白激酶家族的成員，哺乳動物中存在三種JNK同種型，其表達存在組織特異性。細胞因子、ROS、內質網應激和游離脂肪酸等激活JNK，并在代謝紊亂如肥胖，胰島素抵抗和2型糖尿病中發揮關鍵作用[50]。枸杞多糖處理可有效抑制高脂飲食誘導小鼠的磷酸化JNK 水平，并通過PI3K/AKT/Nrf2軸降低活性氧（ROS）水平，作為新型抗高脂血癥誘導的胰島素抗性氧化劑[51]。非酯化脂肪酸等應激因素通常被認為通過JNK途徑誘導IRS-1的絲氨酸磷酸化抑制并損害胰島素信號[52]。桑葉提取物對大鼠高能量飲食和有毒化學物質誘導的高血糖及胰島素敏感性恢復有潛在保護作用，可能與上調肝臟中JNK 和其他相關蛋白的磷酸化以促進IRS-1磷酸化有關[53]。

2.9 核因子E2相關因子2/抗氧化反應原件

核因子紅細胞2 相關因子2（Nrf2）是抗氧化信號的關鍵調節因子，在維持氧化還原穩態中起著至關重要的作用。在生理條件下，Nrf2 通過與內源性抑制劑Keap1 結合而保留在細胞質中，后者介導蛋白酶體的快速蛋白質化和隨后的Nrf2 降解。在外源和內源氧化脅迫下，Nrf2 變得穩定并從Keap1/Nrf2 復合物中釋放，Nrf2 降解被抑制，Nrf2 在細胞核中積累，協同增強各種抗氧化酶基因的表達[54]。許多研究表明，增加Nrf2 信號可以抑制氧化應激，改善胰島素和瘦素抵抗[55]。枸杞多糖誘導Nrf2/ARE 途徑減少高脂飲食喂養的小鼠肝臟和HepG2 細胞中的氧化應激以維持外周胰島素敏感性[51]。

2.10 過氧化物酶體增殖物激活受體

過氧化物酶體增殖物激活受體（PPARs）是參與脂肪細胞分化，脂質和碳水化合物代謝以及脂肪因子合成的基因轉錄控制的核受體。PPARγ在脂肪細胞，肌肉細胞，肝臟和腎臟中高度表達，并且被認為是葡萄糖穩態的主要調節劑[56]。現有的胰島素增敏藥物噻唑烷二酮類是PPARγ的有效激動劑。肝組織中的PPARγ表達和PPARγ共激活因子1α（PGC1α）是PPAR介導的脂肪酸氧化轉錄共激活因子[57]。糖耐康治療可以去乙酰化以激活PGC1α并與PPAR表達協同增強脂肪酸氧化并改善大鼠的胰島素水平，可改善糖尿病前期患者的葡萄糖代謝異常[58]。

2.11 蛋白酪氨酸磷酸酶1B

蛋白酪氨酸磷酸酶1B 屬于蛋白酪氨酸磷酸酶（PTP）家族，并且具有以含有半胱氨酸（Cys215）和精氨酸（Arg221）的11 個氨基酸序列基序為特征的催化結構域。作為胰島素信號級聯的負調節因子，PTP1B過表達抑制IR和IRS-1的酪氨酸磷酸化，增強絲氨酸磷酸化，從而終止胰島素信號傳導[59]。荔枝核多酚可顯著降低PTP1B的表達，降低IRS-1的絲氨酸磷酸化，改善胰島素抵抗HepG2 細胞的胰島素敏感性[60]。因此，PTP1B抑制劑是一類有前景的胰島素敏化劑。

3 總結與展望

IR 是2 型糖尿病發病的主要機制，貫穿于發病的始終，中醫藥干預胰島素抵抗具有多通路、多環節、多靶點的優勢，而且著眼于整體調節，可以明顯改善患者癥狀和提高生活質量，應用前景廣闊。本文基于胰島素轉導信號通路對中藥治療胰島素抵抗的主要靶標作了概述，有助于深入了解中藥治療2 型糖尿病胰島素抵抗的作用機制，其它如mTOR 通路、NOS 通路、ncRNA和miRNA等也在胰島素抵抗中起著重要作用，還有待進一步研究和驗證。從以上文獻可以看出，中藥干預胰島素抵抗的研究主要集中在中藥單體和活性成分相關的動物、細胞實驗，且對胰島素抵抗缺乏規范統一的診斷和療效評價標準。另一方面，信號靶點機制在中醫整體觀、系統論理念方面尚有不足，因此從臨床出發，以信號通路為靶標的復方新藥研發策略或許是中藥研究的新思路[61]，可以實現整體最佳的療效目標，充分發揮多種治療原則和多種作用機理導向下所開發的各種中藥活性成分的優勢。