黃連素治療2型糖尿病作用機制的研究進展

武雪揚，崔德芝

1 山東中醫藥大學，濟南250013；2 山東中醫藥大學附屬醫院

糖尿病是一組以高血糖為特征的代謝性疾病，是由胰島β細胞功能失調及胰島素抵抗引起的胰島素分泌相對和（或）絕對不足，可以導致機體廣泛的神經、血管病變。2019 年國際糖尿病聯合會（IDF）發布的最新數據（第9 版）顯示，2019 年全球20～79歲成年人中約有4.63 億罹患糖尿病，占全部人口的1/11，其中2 型糖尿病（T2DM）占糖尿病患者90%以上［1］。目前臨床上廣泛應用的治療T2DM 的藥物主要有胰島素、胰島素類似物和口服降糖藥［2］。由于長期皮下注射帶來的不良反應，以及現有口服藥物的潛在毒性和不良反應（如體質量增加、骨質流失和心血管事件風險增加），研發有效、低毒的T2DM 治療藥物對于糖尿病的控制具有重要意義。黃連素又名鹽酸小檗堿，是中藥黃連的主要有效成分，是一種安全有效的天然產物，具有多重藥理作用。黃連素可以通過緩解胰島素抵抗、保護胰島β 細胞等來治療T2DM，其機制與調節血糖、改善血脂紊亂、抗氧化應激、抗炎作用和調節腸道菌群的作用有關。黃連素口服生物利用度極低，腸道菌群可能成為其治療T2DM 的新靶點。現就黃連素治療T2DM 的作用機制進行綜述，以期為T2DM 及其并發癥的治療提供新思路。

1 調節血糖

高血糖是T2DM 的最主要特征，也是導致T2DM患者廣泛血管、神經病變的病理基礎。ZHANG 等［3］證實口服黃連素（1.0 g/d，3 個月）能有效、安全地改善糖尿病和血脂異常患者的血糖、糖化血紅蛋白和血脂水平。黃連素調節血糖的作用與其促胰島素分泌、增加胰島素敏感性、促外周組織葡萄糖吸收利用、抑制葡萄糖產生有關。

1.1 促胰島素分泌 KO 等［4］發現，黃連素通過激活胰島素/類胰島素生長因子-1級聯反應，促進Min6細胞的增殖以及葡萄糖刺激依賴性胰島素分泌。SHEN 等［5］發現黃連素可以通過調控胰島素基因Ins2 啟動子，激活肝和肌肉中AMP 活化蛋白激酶（AMPK），促進胰島β 細胞釋放胰島素。值得注意的是，黃連素促進胰島素分泌尚存爭議。在CHEN等［6］研究中，黃連素沒有促進胰島素分泌的作用。

1.2 增加胰島素敏感性 胰島素抵抗是周圍靶組織細胞對胰島素的敏感性降低導致葡萄糖攝取和利用障礙而產生的一系列臨床表現，是T2DM 的重要發病機制之一。KO 等［4］在 3T3-L1 脂肪細胞中觀察到黃連素有顯著的胰島素增敏活性，這與黃連素增強胰島素信號通路和胰島素受體底物-1（IRS-1）的磷酸化有關。CHEN等［6］研究表明，黃連素通過抑制3T3-L1 脂肪細胞中蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B）的活性，增加了胰島素受體（InsR）、IRS-1 和Akt 的磷酸化。黃連素通過激活蛋白激酶C（PKC）依賴性InsR啟動子，來誘導InsR基因表達［7］。

1.3 促外周組織葡萄糖吸收利用 黃連素可以促進外周組織對葡萄糖的吸收。CHEN等［6］研究表明，黃連素可以增加3T3-L1 脂肪細胞和L6 肌細胞的葡萄糖攝取能力，起到降血糖作用。血液中的葡萄糖主要由葡萄糖轉運體（GLUTs）轉移進入細胞。其中GLUT1 在所有組織中均有表達，GLUT4 主要表達于胰島素敏感的骨骼肌、脂肪細胞和心肌中。黃連素可以通過激活并增強GLUT1 的表達來增加3T3-L1脂肪細胞的葡萄糖轉運活性，刺激細胞對葡萄糖的攝取。視黃醇結合蛋白4（RBP4）是脂肪細胞分泌的細胞因子，近年來發現其與胰島素抵抗狀態下GLUT4 的表達呈負相關，且與胰島素抵抗及T2DM有密切關系。黃連素可以通過降低血清RBP4 水平［8］，或激活 IRS-1-PI3K-Akt-GLUT-4 通路［4］，上調組織GLUT4表達，增加3T3-L1脂肪細胞葡萄糖攝取及對胰島素的敏感性。

黃連素還可以促進外周組織對葡萄糖的消耗利用。AMPK 信號通路的激活與抑制合成代謝、促進分解代謝有關。黃連素可以通過激活AMPK，上調線粒體解偶連蛋白2（UCP2），增加能量消耗，促進葡萄糖分解代謝［5］。

1.4 抑制肝臟葡萄糖異生 肝臟在糖脂代謝中起重要作用，黃連素主要通過調節核內轉錄因子來調節糖脂代謝。參與糖原和脂質合成的轉錄因子有多種，包括FoxO1、SREBP1、ChREBP。XIA 等［9］證明黃連素可以通過下調上述三種轉錄因子以及葡萄糖異生基因PEPCK和G6Pase的表達，抑制糖原合成。此外，黃連素通過直接抑制肝臟糖異生來降低血糖。肝核因子-4α（HNF-4α）可以抑制糖異生，WANG等［10］研究表明黃連素通過增加HNF-4α mRNA 的表達，來抑制糖異生并降低血糖。

2 改善血脂紊亂

肥胖是一種慢性疾病，其特征是持續的低級別炎癥，并改變腸道蠕動，影響機體代謝，引起胰島素抵抗，是T2DM 的重要致病因素［11］。黃連素的抗肥胖作用已在許多實驗模型中得到證實，其在大鼠和人類中都具有降甘油三酯（TG）、膽固醇和低密度脂蛋白水平，升高高密度脂蛋白、一氧化氮濃度作用以及中等的減肥效果［12］。在一項臨床研究中，肥胖受試者（白種人）口服500 mg 黃連素，每天3 次，持續12 周，平均每位受試者體質量減輕5 磅，TG 降低23%，膽固醇降低12.2%［13］。

黃連素的降脂作用主要是通過激活肝臟的AMPK 依賴性 Raf-1 信號通路［14］，以及通過激活 Jun激酶（JNK）的方式［15］，來穩定和上調低密度脂蛋白受體（LDLR）的表達。黃連素還可以干擾腸內膽固醇的膠束化、抑制腸Caco-2細胞的膽固醇攝取［16］。

3 降低炎癥反應

炎癥反應與胰島素抵抗以及胰島β細胞損傷密切相關。黃連素是改善炎癥，尤其是腸道相關炎癥性疾病最有效的天然產物之一［17］。黃連素的抗炎作用主要是通過調節炎癥細胞因子的轉錄、保護腸道上皮屏障實現的［18］。

一方面，黃連素主要通過激活AMPK 以作用于其下游靶點，包括抑制核因子-κB（NF-κB）和雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號通路，激活紅系衍生的核因子2 相關因子（Nrf2）信號通路，減少促炎細胞因子的表達來抑制炎癥。JEONG等［19］研究表明黃連素可以通過活化巨噬細胞AMPK抑制促炎反應。在肥胖小鼠的脂肪組織中，黃連素顯著下調多種促炎基因，如腫瘤壞死因子（TNF-α）、白細胞介素-1β（IL-1β）、白細胞介素-6（IL-6）、單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）、一氧化氮合酶（Inos）和環氧合酶-2（COX-2）的表達，抑制蛋白激酶MAPKs，如p38、細胞外信號調節激酶（ERK）和Jun 激酶（JNK）的磷酸化，降低巨噬細胞中活性氧（ROS）的水平。AMPK 抑制劑消除了黃連素的抗炎作用進一步證實了上述結論。FAN 等［20］的研究顯示黃連素通過阻斷AMPK/mTOR 信號通路，降低了氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）誘導的炎癥反應。JING 等［21］的研究顯示，大鼠結腸炎模型中Nrf2信號通路被病理性抑制，而黃連素可以逆轉這一趨勢，提高Nrf2的表達以達到抗炎作用。

另一方面，黃連素可以逆轉內毒素血癥導致小鼠腸閉鎖蛋白、緊密連接蛋白和肌動蛋白表達水平病理性下降，保護腸道黏膜屏障，減少內毒素入血［22-23］。體外研究表明，黃連素有改善促炎細胞因子誘導的腸上皮緊密連接損傷的能力［24］。

4 抗氧化應激反應

黃連素可以增強抗氧化防御系統且減輕氧化應激，提高細胞活力同時減少細胞內活性氧的產生和細胞凋亡［25］。其抗氧化功能可以起到保護胰島β細胞的作用。黃連素抗氧化應激的作用，主要是通過激活AMPK，以作用于其下游靶點，包括激活SIRT1/FOXO 和 Nrf2 信號通路，阻斷 mTOR/S6K 和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）信號通路來實現的；此外，激活AMPK 信號也可以直接減少活性氧的產生同時提高抗氧化酶的活性，起到抑制線粒體氧化應激的作用［26］。

5 黃連素調節腸道菌群

腸道菌群被稱為“第二基因組”，受多種因素的影響，處于動態變化過程，并與多種腸外疾病相關。YAZIGIZ 等［27］發現，將肥胖小鼠的腸道菌群移植到消瘦無菌小鼠腸道后，消瘦無菌小鼠的體質量和血脂均升高，說明腸道菌群和肥胖及機體代謝紊亂間存在關系。黃連素口服生物利用度極低（參考LIU等［28］為 0.36%，參 考 CHEN 等［29］為 0.68%）。 研究［30-32］表明，口服黃連素可以引起實驗動物腸道菌群數量和結構的變化，誘導腸道有害菌的細胞死亡，同時顯著增加有益菌，如雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌和阿克曼菌的組成，提示腸道菌群可能是黃連素發揮多藥理作用的靶點。黃連素通過調節腸道菌群，影響其代謝產物，并發揮腸道菌群對微生物—腦—腸軸、內毒素相關免疫炎癥反應、腸內激素和氧化應激反應的調節作用，最終起到治療T2DM的作用。

短鏈脂肪酸（SCFAs）作為微生物的代謝產物，主要包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽，影響腸道內環境穩定及糖脂代謝，反之，SCFAs的水平也受到共生腸道菌群比例的顯著影響［33］。SCFAs（尤其是丙酸鹽）可以刺激腸道L細胞，促進腸內激素［胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）和內分泌調節肽（PYY）］的分泌［34］。SCFAs 也被證明是一種大腦的食欲調節劑，通過激活下丘腦弓狀核（ARC）神經元，減少促食欲神經肽agouti相關肽（AgRP）的表達，可以在注射后1～2 h導致急性食物攝入減少［35］。

SCFAs還可以通過抑制內毒素相關炎癥和保護腸黏膜屏障，緩解胰島素抵抗。黃連素可以通過調節腸道菌群增加腸道中SCFA 含量，增加腸道上皮閉鎖蛋白和ZO-1緊密連接蛋白的表達，下調內毒素相關基因（TLR4 和 Myd88）和促炎基因（MCP-1、TNF-α、IL-1、IL-1β、IL-6 和IFN-γ 等）的表達［36］；維護腸道上皮細胞的完整性和杯狀細胞的分泌功能，增加固有層淋巴細胞（LPL）活性［37］；降低結腸PH 值，抑制有害菌生長［38］，最終起到修復腸黏膜損傷，緩解炎癥反應和胰島素抵抗的作用。

黃連素可以通過調節膽固醇代謝和膽汁酸（BAs）穩態，發揮降脂作用，緩解胰島素抵抗。膽固醇7α-羥化酶（CYP7A1）是催化膽固醇在肝內分集的限速酶，決定BAs 池大小；甾醇27-羥化酶（CYP27A1）和氧甾醇-7α-羥化酶（CYP7B1）含量與BAs 生產量成正相關。黃連素通過調節腸道菌群，提高 CYP7A1、CYP27A1、CYP7B1 的表達與活性來增加BAs 生成。腸道菌群是膽汁鹽水解酶（BSH）的來源［39］。黃連素通過調節腸道微生物抑制了BSH活性，顯著增加了牛磺膽酸在腸道中的含量，由此激活腸道法氏體X 受體（FXR）信號通路，起到顯著的降脂作用［40］。

6 總結與展望

糖尿病是一種需要長期治療的慢性疾病，在治療過程中，會出現藥物耐藥、不良反應和嚴重的伴隨癥狀。黃連素是一種安全有效的天然產物，可以作為糖尿病長期治療和管理的潛在選擇。此外，考慮到代謝性疾病、心血管疾病和神經系統疾病之間的密切聯系，黃連素有望應用于糖尿病及其并發癥的預防和治療。黃連素口服生物利用度極低，腸道菌群是其多藥理作用的靶點，黃連素通過對病理條件下腸道菌群結構和數量的逆轉，發揮對T2DM 及其并發癥的治療作用。腸道菌群作為一個功能復雜的虛擬的內分泌器官，其代謝作用對于體內多種化合物均具有生產和調節的能力，并有影響遠端器官和系統的功能。例如，碳水化合物的腸道代謝產物SCFAs對于宿主消化系統具有廣泛的調節作用。近年來提出的“微生物—腸—腦軸”概念，更提示腸道菌群通過激素、信號通路等途徑實現其與中樞神經系統的相互聯系。微生物—腸—腦軸功能復雜且作用廣泛，目前尚未完全清楚。研究腸道菌群，明確各菌群的特殊功能，尤其是腸道菌群代謝產物的多重藥理作用，不僅有助于開發黃連素對T2DM 的治療潛力，更有助于為多系統疾病的治療提供新思路。