黃芩抗糖尿病作用與機制的近十年研究進展

徐鋒 陳滕 汪祖華 石慧 俸婷婷 周英

黃芩為唇形科植物黃芩ScutellariabaicalensisGeorgi的干燥根，其味苦性寒，具有清熱燥濕、瀉火解毒、止血和安胎的功效，主治濕溫、暑濕等證[1]。現代研究表明黃芩的活性成分復雜，主要包括黃酮類、苯丙素類、甾體類、萜類等[2]。而藥理學研究發現，黃芩具有抗氧化、抗炎、保肝、抗腫瘤、調節免疫、抗糖尿病等活性[3-7]。近年來，對于黃芩及其活性成分抗糖尿病方面的研究較為豐富和深入，表明黃芩對于糖尿病的防治具有重要價值，但是關于其抗糖尿病的作用與機制尚未見系統分析和整理。因此，本文針對近十年來黃芩及其含有的黃酮類成分抗糖尿病作用及機制進行歸納和總結，助力挖掘和闡明黃芩抗糖尿病的作用機制與藥效物質基礎，以期為黃芩的臨床應用及其在抗糖尿病方面的進一步研究與開發提供參考。

1 黃芩對糖脂代謝的調節作用及其機制

據報道經黃芩及其有效成分黃芩苷治療后，可顯著降低2型糖尿病大鼠的血糖水平，表明黃芩降糖作用確切[8-9]。研究還發現黃芩中黃芩苷、漢黃芩苷和黃芩素均能明顯增加胰島素抵抗HepG2細胞的葡萄糖消耗量[10-11]，黃芩苷還能增加糖尿病大鼠肝糖原的含量[12]。而黃芩中的野黃芩苷能顯著降低棕櫚酸刺激HepG2細胞的脂質累積[13]。可見黃芩具有調節糖脂代謝的作用，該效應是黃芩抗糖尿病不可忽略的途徑之一。

1.1 黃芩對肝臟中酶活性的影響

糖尿病肝臟中磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、果糖-1,6-雙磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶、糖原磷酸化酶、葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶、糖原合酶、己糖激酶和糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β)酶的活性均與糖的代謝密切相關。黃芩可顯著降低2型糖尿病大鼠肝組織中磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、果糖-1,6-雙磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶和糖原磷酸化酶的活性，增加肝中葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶和糖原合酶的活性，從而影響糖尿病肝臟中糖的代謝[8]。另有研究發現黃芩苷能顯著提高己糖激酶的活性及抑制葡萄糖-6-磷酸酶、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶基因的表達和GSK-3β酶的活性[14-16]。黃芩素能增加胰島素抵抗HepG2細胞丙酮酸激酶和葡萄糖激酶的活性，降低葡萄糖-6-磷酸酶和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶基因的表達[11]。

可見，通過調節肝臟中與糖代謝相關酶的活性，進而促進糖酵解和抑制糖異生是黃芩調節糖代謝的重要途徑。針對性地調節肝臟中酶的活性，有望為黃芩治療糖尿病創新藥物的發現提供可行途徑。此外，黃芩對于其他臟器和組織糖代謝相關酶活性的影響也值得探討。

1.2 黃芩對腺苷酸活化蛋白激酶和胰島素相關信號通路的調節作用

腺苷酸活化蛋白激酶[adenosine 5′-monophosphate (AMP)-activated protein kinase，AMPK]能促進骨骼肌對葡萄糖的攝取和減少肝糖原的合成，提示AMPK是藥物發揮降血糖作用的重要靶點[17]。據報道黃芩苷能顯著增加糖尿病大鼠肝臟和骨骼肌中AMPK的磷酸化，表明黃芩苷可能通過激活肝臟和骨骼肌AMPK途徑，抑制肝臟糖異生和促進骨骼肌糖原合成，從而發揮抗糖尿病作用[14-16]。黃芩苷還能顯著提高高脂飲食(high-fat diet，HFD)誘導小鼠和HFD+鏈脲佐菌素誘導小鼠肝臟和骨骼肌的AMPK、乙酰輔酶A羧化酶(acetyl CoA carboxylase，ACC)、蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)和GSK-3β蛋白的磷酸化，以及顯著增加HepG2細胞AMPK、ACC、Akt和GSK-3β蛋白的磷酸化，抑制脂肪酸合成并促進糖原生成[18]。此外，黃芩的活性成分漢黃芩苷能激活AMPK，進而增加過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferators-activated receptor，PPAR)-α和脂聯素的表達，調節糖的代謝[19]；另有研究發現，黃芩素能增加細胞胰島素受體(insulin receptor，InsR)、胰島素受體底物1(insulin receptor substrate 1，IRS-1)、磷酸肌醇3激酶(phosphatidylin-ositol-3-kinase，PI3K)、Akt和葡萄糖轉運蛋白(glucose transporter，GLUT)-2的蛋白表達，表明黃芩素能促進葡萄糖攝取和糖酵解，抑制肝細胞糖異生，其可能是通過InsR/IRS-1/PI3K/Akt通路改善葡萄糖的代謝[11]。

黃芩能通過AMPK相關的途徑發揮調控葡萄糖代謝的作用，提示以AMPK為靶點，應用液相色譜—質譜聯用技術和分子對接技術可深入篩選黃芩抗糖尿病的活性成分。另外，雖然研究表明黃芩素能直接調節胰島素相關信號通路，但黃芩藥材整體能否作用于胰島素信號通路調節糖的代謝，目前尚缺乏直接證據。

1.3 黃芩對糖吸收的影響

減少糖吸收是藥物發揮抗糖尿病作用的重要途徑之一，臨床上應用的α-葡萄糖苷酶抑制劑(阿卡波糖、伏格列波糖)即是基于該途徑發揮降糖作用[20]。抑制α-葡萄糖苷酶可以延緩碳水化合物的吸收，降低糖尿病患者的餐后高血糖。現代研究表明黃芩對α-葡萄糖苷酶有良好的抑制作用，具有重要的開發潛力。有研究報道利用微透析/液相色譜—質譜聯用技術從黃芩中篩選出了10個潛在的α-葡萄糖苷酶抑制化合物[21]，另有學者應用UPLC Triple TOF-MS/MS技術從黃芩中鑒定出抗α-葡萄糖苷酶的活性化合物13個[22]。黃芩的富黃酮提取物能顯著抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的活性，從而發揮抗糖尿病作用[23]。黃芩含有的黃酮類成分也具有良好的抗α-葡萄糖苷酶活性，研究發現黃芩素、漢黃芩素、白楊素、千層紙素等與α-葡萄糖苷酶有良好的親和力，并在體外表現出強大的抗α-葡萄糖苷酶活性[24]。

黃芩含有抗α-葡萄糖苷酶活性的成分豐富，但目前關于黃芩抑制α-葡萄糖苷酶或α-淀粉酶活性的研究主要集中于黃酮類成分，其他大類成分是否也具有通過抑制酶活性影響糖吸收的作用，值得探索。

1.4 黃芩對脂代謝的調節作用

機體所需的能量主要來源于糖和脂肪，糖尿病體內的糖代謝和脂代謝關系密切，藥物在影響機體糖代謝的同時往往也會作用于脂代謝。整理文獻發現，黃芩主要通過4種途徑調節糖尿病中的脂代謝。

首先，研究已證實AMPK是調節脂肪酸和膽固醇的合成及三酰甘油分解的關鍵因子[17]。漢黃芩苷可通過激活AMPK增加PPAR-α和脂聯素的表達，PPAR-α能改善胰島素抵抗、調節胰島素分泌和加速脂質排泄，脂聯素能促進骨骼肌細胞的脂肪酸氧化、糖的吸收和增加糖異生作用及抑制肝臟中糖的生成，從而起到調節2型糖尿病脂質代謝的作用[19]。此外，漢黃芩素能升高3T3-L1脂肪細胞內脂聯素水平，并抑制3T3-L1脂肪細胞分泌脂聯素，其機制可能是通過蛋白激酶C-δ/AMPK/沉默信息調節因子1信號通路調節脂聯素的表達和分泌[25]。其次，有學者以1型糖尿病小鼠和3T3-L1脂肪細胞為載體，發現漢黃芩苷能通過抑制p38 MAPK和激活PPAR-α途徑下調脂肪細胞中骨橋蛋白的表達，間接發揮抗糖尿病的作用[26]。另外p-62 Dok蛋白作為受體酪氨酸激酶信號通路的下游信號轉導蛋白分子，參與了肝臟的脂代謝。漢黃芩素能刺激1型糖尿病小鼠肝臟中Dok-1和Dok-2的表達，進而作用于肝臟中的脂代謝，發揮抗糖尿病的作用[27]。研究還發現野黃芩苷能降低棕櫚酸刺激HepG2細胞的白細胞分化抗原36、脂肪酸合成酶和ACC的基因表達，下調雷帕霉素(mammalian target of rapamycin，mTOR)磷酸化和n-SREBP-1c蛋白水平，通過mTOR依賴性途徑降低肝臟的脂質蓄積[13]。

上述研究結果表明，黃芩的活性成分對糖尿病脂代謝具有良好的調節作用，提示黃芩可能通過多個途徑發揮調節糖尿病脂代謝的作用，這也為黃芩臨床用于治療脂代謝紊亂引發的疾病(如動脈粥樣硬化、心血管疾病等)提供了一定的依據，為黃芩的開發利用拓展研究空間。

1.5 黃芩通過腸道菌群和腸道代謝發揮調節糖脂代謝的作用

近年來，腸道菌群和腸道代謝成為藥物抗糖尿病作用的研究熱點，通過調控腸道菌群比例失衡和干預腸道代謝是創新藥物發現的重要途徑[28]。文獻報道黃芩能顯著增加2型糖尿病大鼠腸道中短鏈脂肪酸產生菌的數量，包括擬桿菌屬S24-7組、真核細菌組、傘形菌、傘形科UCG-001、Ruminiclostridium菌和Ruminiclostridium 9菌，提示黃芩可能通過調控腸道微生物和它們的代謝產物發揮抗糖尿病作用[29]。而黃芩素可以降低擬桿菌屬的相對豐度，減少氫氣的產生，還可以通過抑制淀粉水解產物來調節產短鏈脂肪酸的腸道微生物，進而改善糖尿病[30]。另有學者應用糞便代謝組學研究發現，黃芩對2型糖尿病大鼠的鞘脂類代謝及脂肪酸代謝有影響，同時對于三羥基三甲基吲哚酮、白三烯E4、亮氨酰脯氨酸和雌二醇的含量具有調節作用[31]。

黃芩可能一方面通過入血成分對糖尿病發揮較好的干預作用，另一方面通過作用于腸道菌群和腸道代謝起到抗糖尿病的效應。這也體現出中藥治療疾病是多途徑綜合作用的結果，具有復雜性和模糊性。

2 黃芩對胰島素抵抗的影響

胰島素抵抗指機體對胰島素的敏感性和反應性下降，常出現胰島素抵抗的組織主要包括肝臟、骨骼肌、脂肪等[32]。胰島素抵抗是代謝性疾病發病的重要原因，改善胰島素抵抗對于糖尿病的治療具有重要意義。研究表明黃芩對胰島素抵抗具有良好的改善作用，提示黃芩對2型糖尿病可能具有良好的治療效果，具有較好的開發前景。

2.1 黃芩對于糖尿病肝臟胰島素抵抗的作用

黃芩提取物能顯著上調2型糖尿病大鼠肝臟中胰島素信號通路關鍵靶標IRS-1、PI3K、Akt-2和GLUT-2基因，PI3K和Akt蛋白磷酸化及GLUT-2蛋白的表達，進而改善胰島素抵抗，發揮抗2型糖尿病的作用[8]。黃芩苷能顯著改善胰島素抵抗小鼠的胰島素抵抗、肝臟脂肪變性和脂質沉積，提高肝臟鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶β(calcium/calmodulin-dependent protein kinase β，CaMKKβ)、AMPK和ACC的磷酸化，提示黃芩苷改善胰島素抵抗的機制可能與其調節肝臟CaMKKβ/AMPK/ACC的脂肪酸合成有關[33]。而漢黃芩苷能下調胰島素抵抗HepG2細胞受細胞因子信號轉導抑制分子3調控的瘦素水平，激活胰島素通路相關蛋白瘦素受體、IRS-2、p-PI3K/PI3K(p85)、p-Akt/Akt和GLUT-1/2/4的表達，表明漢黃芩苷可促進IR-HepG2細胞的葡萄糖攝取和增加糖原合成，改善肝臟的胰島素抵抗[10]。此外，野黃芩苷可通過經SREBP-1c蛋白抑制的mTOR途徑調節肝細胞脂質代謝來改善肝的胰島素抵抗[34]。另有研究發現，野黃芩苷還可能通過調控肝臟中胰島素信號通路(IRS-l-PI3K-Akt-GSK3β)及AMPK信號通路，并降低c-Jun氨基末端激酶活性進一步活化胰島素通路，發揮改善胰島素抵抗的作用[13，35]。

2.2 黃芩對于糖尿病骨骼肌胰島素抵抗的作用

黃芩苷能改善胰島素抵抗模型小鼠骨骼肌的脂質沉積，提高蛋白AMPK、ACC、Akt和GSK-3β磷酸化，提示黃芩苷改善胰島素抵抗的機制可能與其調節骨骼肌AMPK/ACC通路介導的脂肪酸合成有關[36]。另有報道發現黃芩苷能降低PPAR-γ協同激活因子-1α(peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α，PGC-1α)的水平，提升肥胖小鼠骨骼肌和C2C12細胞肌管GLUT-4、PGC-1α、p-P38 MAPK、p-Akt和p-AS160蛋白及GLUT-4、PGC-1α、PPAR-γ和GLUT-1基因的表達，提高骨骼肌對胰島素的敏感性，進而改善胰島素抵抗[37]。可見黃芩苷對糖尿病骨骼肌胰島素抵抗具有良好的改善作用，但是關于黃芩其他黃酮類成分對骨骼肌胰島素抵抗的研究尚未見報道，相關分子機制也還未明確。

2.3 黃芩對于糖尿病脂肪胰島素抵抗的作用

黃芩苷能提升HFD誘導肥胖小鼠脂肪中p-p38 MAPK、p-ERK、p-Akt和PGC-1α蛋白及GLUT-4和PGC-1α基因的表達，逆轉動物的葡萄糖耐量、高血糖和胰島素抵抗[38]。據報道，肥胖是引發胰島素抵抗和2型糖尿病的主要危險因素，脂肪組織胰島素抵抗會導致炎癥的產生，而產生的炎癥因子又是引起胰島素抵抗惡化的重要因素[39]。據此可知，黃芩可能通過抑制脂肪炎癥發揮抗糖尿病作用。

3 黃芩對氧化應激指標的影響

機體的氧化應激對于糖尿病的發生發展具有重要影響，而黃酮類化合物具有良好的抗氧化活性，目前對黃芩的研究主要集中在黃酮類成分。因此，從抗氧化的角度探討黃芩對糖尿病的治療具有積極的意義。

3.1 黃芩對肝臟氧化應激指標的影響

黃芩苷能顯著增加2型糖尿病大鼠肝臟超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性，并能降低血漿脂質過氧化物的氧化應激標志物和蛋白質羰基的含量，表明黃芩苷通過增加抗氧化酶的活性來減少高血糖引起的氧化應激[40]。野黃芩苷可有效減輕HFD引起糖尿病小鼠肝臟中丙二醛水平，增加超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化氫酶的活性和總抗氧化能力，表明其治療糖尿病與抗氧化應激密切相關[35]。

3.2 黃芩對胰腺氧化應激指標的影響

有研究發現黃芩素治療糖尿病的機制可能為降低胰腺丙二醛水平和升高超氧化物歧化酶活性，從而降低氧化應激，抑制胰島細胞的凋亡[41]。在糖尿病早期，應用黃芩干預可能會起到抗氧化保護胰島β細胞的積極作用，這對糖尿病前期的防治意義重大。

4 黃芩對胰島β細胞的保護作用

胰島β細胞是機體唯一能分泌胰島素的細胞，且大量研究發現胰島β細胞的損傷是引發糖尿病的中心環節之一[42]。因此，從中藥中尋找保護胰島β細胞的新穎化合物，是糖尿病防治藥物發現的重要途徑。

4.1 黃芩從抗凋亡角度對胰島β細胞的保護作用

黃芩苷能提升Min6細胞的生存、抑制細胞凋亡、調節半胱氨酸蛋白酶3和B細胞淋巴瘤2的表達[43]，提示黃芩苷可以抑制胰島β細胞的凋亡，從而維持機體胰島素分泌水平，起到降血糖的作用。可以考慮采用現代高通量篩選技術對黃芩已報道的成分進行篩選，以尋找更多具有抗胰島β細胞凋亡的活性成分。

4.2 黃芩從抗炎角度對胰島β細胞的保護作用

黃芩苷能增加Min6細胞中誘導型一氧化氮合酶蛋白的表達，其機制可能為上調miR-205，進而激活PI3K/Akt途徑和抑制NF-κB途徑活化，發揮保護胰島β細胞的作用[43]。另有報道，黃芩素能通過細胞外調節蛋白激酶—血紅素氧合酶1依賴性途徑保護棕櫚酸誘導INS-1細胞免于內質網應激和炎癥損傷[44]。黃芩素還能改善胰島β細胞的存活率和質量，進而發揮抗2型糖尿病的作用[45]。黃芩苷和黃芩素均對胰島β細胞均有良好的抗炎保護作用，因此從抗炎角度解析黃芩抗糖尿病的作用具有重要的價值，可以適當關注黃芩入血后分布于胰腺的活性成分，從藥靶角度發現黃芩抗糖尿病的藥效物質基礎。

5 結語

中醫藥在糖尿病的治療上優勢顯著，對于一些作用顯著和副作用小的中藥挖掘是創新藥物發現的重要途徑。黃芩作為傳統中藥被廣泛用于組方治療糖尿病，現代研究也證實黃芩及其活性成分具有良好的抗糖尿病效果，可能通過影響糖脂代謝、改善胰島素抵抗、抗氧化、保護胰島β細胞等多方面發揮治療糖尿病的作用，這也充分體現了中藥治療疾病的多成分、多靶點、多途徑的作用特點。黃芩的抗糖尿病研究較為豐富，但是關于其抗糖尿病的物質基礎的研究還是略顯不足，大多數研究集中于黃芩中黃酮類成分，包括黃芩苷、黃芩素、漢黃芩苷、漢黃芩素、野黃芩苷等，黃芩的其他大類成分是否也有抗糖尿病的作用尚不可知。另外，大量單一地研究黃芩所含的活性成分是否具有代表性也值得思考。有學者認為2型糖尿病可視為一種慢性炎癥疾病，黃芩是否通過抗炎、調節免疫發揮抗糖尿病的作用，仍是值得探討的科學問題。隨著現代儀器分析技術和生物信息學的發展，綜合應用多種現代方法和技術，從整體上探討黃芩抗糖尿病的作用機制也是值得去嘗試的一件事。總而言之，黃芩抗糖尿病的作用確切，但是其整體藥效物質基礎和作用機制仍需要更多的研究闡明，以利于黃芩的進一步開發與應用。