黃連在糖尿病及相關腎臟疾病治療中的效用機制研究

吳芳瑩，魏軍平

(1.北京中醫藥大學，北京 100029；2.中國中醫科學院廣安門醫院)

全球共有超過4 億的糖尿病(DM)患者，而我國20 到79 歲人群中有1.16 億糖尿病患者[1]。糖尿病對國家醫療支出及患者個人生活質量造成很大負擔，如果發生糖尿病相關腎病(DKD)，負擔會劇增。歐美發達國家25%～36%的患者罹患DKD，并且發病率仍在不斷上升[1]。DKD 病名源于糖尿病腎病(DN)。隨著人們對于疾病認知的不斷深入，將DN 等同于需要病理確診的糖尿病腎小球病(DG)。同時，大量病理活檢發現8%～81%的DN 患者的病理診斷為非糖尿病腎病(NDRD)[2]。因此，提出了DKD 的概念，假設患者的腎臟病源于糖尿病[3]，但糖尿病合并慢性腎臟病者不一定都是DKD[2]。我國糖尿病發病率全球最高，據評估約有超過2 000萬DKD 患者，其中60.5%的患者維持在尿蛋白輕度升高的狀態[4]，中醫藥在改善患者生存質量上優勢明顯，中西并重、積極干預對DKD 患者的生存預期與生活質量均有重要意義。

1 糖尿病及相關腎臟疾病中醫認識

糖尿病腎病的中醫療效有大量臨床報告，有腎臟病專科醫生如戴氏分期論治，早期以“健脾益氣、養陰固腎”為主法，中后期以“益氣活血、利濕降濁”為主法，晚期以“調理脾胃、舒暢氣機”為主法，并且提出明辨成因及兼并論治[5]；饒氏從“燥火桀驁，灼脾傷腎”和“傷陰耗氣，絡瘀濁生”兩種大體病因病機論治早期DKD，提出“控制血糖、血壓、蛋白尿等指標不是唯一目的”，應避免“DKD 孤島式管理”，避免因中焦濁毒等原因導致的心腦血管并發癥而影響患者預期壽命及生活質量[6]。而從內分泌專科角度而言，也頗有臨床經驗值得借鑒，仝氏[7]認為DKD 有“脾癉腎病”和“消渴腎病”之不同，病因病機分為“郁熱、虛”和“氣陰兩虛”。同時其認為自古至今中醫運用黃連治糖尿病(消渴)頗多，以清熱燥濕見長之黃連為主藥的經方，針對糖尿病的中滿內熱核心病機及郁熱虛損各階段病理特點，以大黃黃連瀉心湯、葛根芩連湯、小陷胸湯運用于糖尿病的初期熱的階段，干姜黃芩黃連人參湯、半夏瀉心湯、烏梅丸運用于糖尿病的中期虛實夾雜階段，均取得較好療效[8]。

2 從網絡藥理學角度探討黃連的治療效用機制

然而，中藥黃連對DM 和DKD 治療作用的分子機制及信號通路的闡述較為缺乏，本研究運用網絡藥理學(Network pharmacology)[9]提出預測性結論，為臨床及藥物研發提供可靠思路。研究中，具體運用TCMSP 數據庫、GeneCards 數據庫進行中藥有效成分、中藥靶點、疾病靶點的獲取；運用Cytoscape 進行調控網絡構建；利用String 數據庫進行PPI 網絡構建；并進行GO 功能、KEGG 通路分析。以上述方法，構建黃連與作用靶點和疾病等之間的相互作用網絡，從而來探討藥物黃連對糖尿病以及DKD 的潛在可能效用機制。

通過TCMSP 數據庫對黃連(Coptidis Rhizoma)進行有效成分及對應作用靶點篩選，有效成分篩選標準為口服生物利用度(OB)≥30%且類藥性(DL)≥0.18；后者按照上述條件下有效成分篩選相關的作用靶點[10]，分別得到14 個有效成分和129 個作用靶點。通過GeneCards 數據庫以關鍵詞“Diabetes”“Diabetic Kidney Disease”“Diabetic Nephropathy” “Diabetic Glomerulopathy” “non-diabetic renal diseases”檢索，共得到12 046 個疾病靶點。

得到以上資料后，運用R 語言對作用靶點和疾病基因靶點取交集，結果表示黃連對于糖尿病及相關腎臟疾病的作用靶點共有87 個。

繪制“黃連-有效成分-靶點-糖尿病及相關腎臟疾病”關系，得到71 個作用靶點與中藥黃連9種有效成分的關系(圖1)。圖中各節點之間的連接線段表示其聯系，“黃連有效成分”與“疾病基因靶點”之間的連線密集程度提示有效成分與疾病靶點之間的關聯性，圖1 表明槲皮素(quercetin)是黃連中與疾病治療靶點關聯最密切的有效成分。槲皮素作為黃酮類化合物，其本身具備的保護血管內皮、抗氧化、抗炎等藥理作用[11-13]，對糖尿病及相關腎臟疾病的治療價值明顯。而在流行病學研究中，也證實了槲皮素的攝入量與2 型糖尿病患病率存在顯著負相關關系，提示槲皮素對某些糖尿病患者可能存在保護作用[14]。通過網絡關系圖預測的這一結論獲得諸多研究證實，網絡藥理學的預測結果具有現實意義。關系圖中其他有效成分對于此類疾病同樣具有確切的藥理作用，并且被多個研究證實，在此不加以贅述。

中藥黃連有效成分作用于DM 及DKD 等類疾病的作用靶點關系進一步可以運用于STRING 數據庫分析，以人類蛋白組為條件，可得到黃連作用靶點與疾病靶點的蛋白互相作用關系圖(關聯置信度0.900，如圖2)。圖中表明了87 個相關疾病靶點基因蛋白產物的相互作用，其中：節點表明某種蛋白產物；連線表明可互相作用；線條顏色表明證實此互相作用的證據類型(文本挖掘、實驗、數據庫等來源)。這揭示了中藥黃連治療糖尿病及相關腎臟疾病的分子作用機制，為進一步分析其作用通路提供數據，同時也為藥物研發提供發現新靶點的可能性。

根據圖2 的蛋白產物互相作用數據，預測出黃連治療糖尿病及相關腎臟疾病發揮治療作用的基因靶點；進一步通過GO 和KEGG 基因組學數據庫分析，發現黃連通過調整晚期糖基化終末產物及其受體系統(AGEs-RAGE 通路)產物的表達，從而發揮對DM 及相關腎臟疾病的治療作用。檢索、對比不同靶點在各個信號通路的作用后得知，黃連對于糖尿病及相關腎臟疾病的治療作用，其影響體現在以下幾方面：①腎小球系膜擴張，②血管形成，③炎癥，④血管內皮事件(血栓形成及動脈粥樣硬化)，⑤細胞凋亡，⑥腎體積增大。總體而言，中藥黃連對于糖尿病及相關腎臟疾病的治療作用不僅僅體現在已被廣泛證實的降糖作用上。其中部分結論已經得到動物實驗支持，研究證實了黃連的有效成分可以保護腎臟的結構和功能，并且抑制系膜細胞的增生以保護足細胞——即通過對這一信號通路的調節，中藥黃連不僅可以減少動物模型的腎臟損傷，也可以對其腎臟的形態學損害起到修復作用[15]。

3 討論

圖1 黃連-有效成分-靶點-糖尿病及相關腎臟疾病關系圖

圖2 糖尿病及相關腎臟疾病基因蛋白產物與黃連互相作用關系圖

糖尿病自古就可見于中醫藥文獻中，古文獻中“消渴”并不完全等同于“糖尿病”。魏軍平也曾撰文提出觀點，認為消渴陰虛燥熱證可能與現代1 型糖尿病(T1DM)類似，而2 型糖尿病(T2DM)病機復雜，臨床不應受制于陰虛為本、燥熱為標的局限認識，消渴不能反映現代糖尿病的全部[16]——因此遣方用藥、研究探索時不必完全拘泥于古法。古代文獻中無DKD 相似癥狀及證候記載，然而日益增多的糖尿病相關腎臟疾病患者尋求中醫藥干預，提示中醫應當從臨床出發，謹慎鉆研探索。雖然目前已經有一定數量的文獻，報道中醫藥在糖尿病相關腎臟疾病治療中的效果，但是仍然需要高質量的臨床試驗，作為有說服力的臨床證據以闡述中醫藥的診療地位并且證明有效性及安全性。目前的文獻中，仍存在DKD、DN、DG 等基礎概念混淆，需要進一步厘清，邏輯梳理順暢后方可以在理論上追求進步。此外，隨著時代發展，患者的生活方式改變巨大，醫生的診療目標也隨之有所改變。因此，中醫藥對于糖尿病及相關腎臟疾病的治療思路應該著重于中西醫配合；致力于阻止疾病進展和提高患者生活質量；精研于臨床以求總結出有確切療效的經驗。本研究預測出的分子作用機制，提示了中藥黃連治療糖尿病的關鍵藥理作用是影響晚期糖化終產物(AGEs)-晚期糖化終產物受體(RAGE) 受體系統的表達。AGEs 是在復雜病理生理情況下產生的復合物，其過度合成和積累可以導致機體組織、器官發生病理變化[17]；RAGE 是AGEs 一種重要的受體，其表達過量會加重糖尿病相關腎臟疾病的程度并加快其發生速度[18]，RAGE 分布于腎臟足細胞、系膜細胞和近曲小管等細胞內[15]，而AGEs 和RAGE 過度結合會使細胞內氧化應激反應過度發生，從而對細胞、組織及器官的損害更大。因此，AGEs-RAGE 受體系統介導的信號通路在慢性腎臟疾病病理過程中，起到調控腎組織炎癥的作用[19]。動物體內實驗證實，高血糖水平可以誘導AGEs 產生，而RAGE 的表達也會隨之提升。中藥黃連的有效成分可以間接降低AGEs 的表達，從而降低RAGE 的表達，進一步減少AGEs 與RAGE 的過度結合。然而，中藥黃連的有效成分并不能降低已經存在于組織內的AGEs，這提示中藥黃連干預糖尿病相關腎臟疾病的時機越早，其治療意義就更大——證明了中醫藥適合盡早干預糖尿病治療，以預防并發癥尤其是相關腎臟疾病的發生和進展。