黄连生物碱抗糖尿病机制的研究进展

糖尿病在中医属于消渴病的范畴，历代医书记载了大量治疗消渴病的中药及方剂，现代研究人员根据古方，开发了很多治疗糖尿病的中药复方和单味药。很多中药方剂都含有黄连或其主要成分黄连生物碱。黄连属毛茛科多年生草本植物，药用其干燥根茎，主要有效成分为多种生物碱。濮社班等对同样条件下生长的不同黄连植株中的黄连生物碱含量进行了比较，发现其个体之间差异较大，其中最高的是小檗碱(berberine)，又称黄连素，占6．88％～13．64％；其次为巴马汀(palmatine)占1．28％～2．12％、药根碱(jatrorrhizine)占O．77％～1．32％、表小檗碱(epiberberine)占O．42％～O．91％、黄连碱(coptisine)占O．42％～O．85％，还有一些含量更低的如甲基黄连碱(worenine)和木兰碱(magnoflorine)。由于这些生物碱都具有相似的分子结构，因此统称黄连生物碱。 l黄连及其生物碱治疗糖尿病总体效果评价 动物实验和临床研究均表明，黄连及其主要有效成分生物碱对于改善糖尿病及其并发症的各种症状具有明显效果。 1．1 黄连及有效成分：陈其明等在黄连及其生物碱药理作用的动物实验方面做过系统而详尽的研究，归纳起来，有以下几个方面：黄连水煎剂和小檗碱都可以降低正常小鼠的血糖，且呈现一定的量效关系。小檗碱可以对抗注射葡萄糖或肾上腺素的升血糖作用，还可以使正常小鼠肝脏和膈肌糖原含量降低，并抑制以丙氨酸为底物的糖原异生作用。对于注射四氧嘧啶或自发形成的糖尿病小鼠，小檗碱可以降低其血糖并改善糖耐量异常。此外，还发现小檗碱具有降低小鼠血清胆固醇、抑制二磷酸酰酐(ADP)诱导的家兔血小板聚积，也提示小檗碱在防治糖尿病心血管并发症方面具有应用前景。通过建立高脂饮食胰岛素抵抗大鼠模型观察了小檗碱对胰岛素敏感性的影响，结果显示，小檗碱能够显著增强大鼠的胰岛素敏感性，其作用强度与二甲双胍相似，同时还能提高大鼠的肝糖原含量。何浩等则从自由基损伤晶状体DNA的角度探讨了自由基清除剂和抗氧化酶保护剂小檗胺(小檗碱的结构类似物)对于防治糖尿病白内障的意义。 1．2含黄连的中药复方：千金黄连丸(黄连、生地)原载唐代孙思邈的《千金方》中，谢明智参考该方的治则和组方制成了金芪降糖片，并对其进行了较系统的药理学研究。发现金芪降糖片的主要药理学作用有以下几个方面：改善糖代谢，可降低类型I型和Ⅱ型糖尿病动物的高血糖，且降血糖的维持时间较长；改善糖耐量；促进肝糖原合成；降低血乳酸；缓解动物的脂质代谢异常；明显改善胰岛素抗性，恢复机体对胰岛素的敏感性；还有一定的增强体液免疫及细胞免疫的功能，并预测可能有益于糖尿病心血管并发症的防治。金芪降糖片在1992年被批准上市，在随后的临床应用中进一步证实了其降血糖和血甘油三酯的作用Ⅲ。叶菲等选用黄连与黄芪、女贞子、麦冬配伍组成复方，也显示了较好的降血糖作用。黄连解毒汤(黄连、黄芩、黄柏、栀子)能够明显降低血糖和调节血脂。糖尿宁(小檗碱、生大黄、肉桂)具有改善糖尿病大鼠的胰岛素抗性，调节血脂和抗氧化的作用。糖复康(黄连、黄芪、首乌)也有防治糖尿病及其血管并发症的疗效。 2黄连生物碱治疗糖尿病潜在的分子靶点 2．1 葡萄糖代谢：一些研究表明，黄连生物碱对于影响细胞糖消耗有着类似于胰岛素的直接作用。殷峻等观察了小檗碱对HepG2细胞作用，结果提示小檗碱的降糖作用部分是通过增加肝细胞的葡萄糖消耗量来实现的。与二甲双胍类似，是不依赖于胰岛素的独立作用结果。小檗碱不但可以增加脂肪细胞的葡萄糖消耗量，还用动态的方法观测脂肪细胞对于外源葡萄糖的转运能力，发现其在小檗碱的作用下有明显提高。陈其明等观察到小檗碱对正常动物和四氧嘧啶糖尿病动物都有明显降血糖作用，认为其兼有磺酰脲类和双胍类化合物特点。小檗碱还可以提高大鼠的肝糖原含量。 细胞对葡萄糖的消耗增加，这是一个表象，可以将其视为葡萄糖代谢增加和糖原分解释放减少净作用的结果。其中涉及到很多环节分子水平的变化，这些生物大分子都有可能成为黄连生物碱作用的靶点。归纳起来，比较重要的生物大分子有以下几个：(1)葡萄糖运载体(GLUT)是肌肉、脂肪等胰岛素敏感组织细胞膜上的特异性从胞外向胞内转运葡萄糖的蛋白，这种蛋白在细胞膜上数量的多少，以及是否能在受到外界刺激(例如胰岛素的作用)时被充分激活从胞浆移位到细胞膜上参与葡萄糖的转运，直接影响细胞对于葡萄糖的摄取，可以说是细胞消耗葡萄糖的第一个关卡。(2)葡萄糖酵解和Krebs循环中各代谢步骤中的酶：酵解和Krebs循环是使葡萄糖最终氧化变成水和二氧化碳并产生能量物质(ATP)的重要生物化学过程。涉及的酶很多，但其中有几个限速酶影响到整个反应链的速度，例如：位于胞浆中的己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶以及线粒体中的柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α－酮戊二酸脱氢酶等。(3)肝糖原分解过程中的酶，如果能抑制分解酶的活性，就有助于减少肝糖向血液的输出从而降低血糖。而糖原分解的第一个步骤就是由糖原磷酸化酶催化的，因此这个酶就成为一个重要的药物作用研究靶点。(4)一些能感受细胞能量缺乏的蛋白激酶，如AMPK，此酶可以在运动时增加骨骼肌对葡萄糖的摄取，并且在能量缺乏时增加氧化产能的反应。 2．2脂质代谢：一些针对小檗碱或含小檗碱中药复方的药效研究都观察到了小檗碱有助于改善糖尿病大鼠模型或病人的脂质代谢紊乱，降低血清胆固醇、甘油三酯的含量，并预测可能对于防止心血管的并发症有帮助。另外的研究则只观察到了小檗碱的轻微地、不明显地改善脂质代谢的现象。但还有几则临床应用小檗碱给予糖尿病人降脂治疗的短篇报道则给出了较为肯定的结论。 脂质代谢紊乱对机体影响很大，甚至是造成糖尿病人胰岛素抵抗的直接原因。现在已经明确发现，循环系统中游离脂肪酸(FFA)浓度增加就足以导致肝组织的胰岛素抵抗，肌肉组织中甘油三酯的堆积也可以导致该组织的胰岛素抵抗，如果胰岛β细胞中甘油三酯过多则会损害其分泌胰岛素的功能。 在影响脂质代谢的大分子中，比较重要的有：合成代谢转录因子SREBP－1，此因子可以使产生脂肪合成酶系的相关基因表达增加；受AMP激活的蛋白激酶(AMPK)，这种酶在细胞内部能量缺乏时被激活，使下游的酶磷酸化，从而增加脂肪氧化减少脂肪合成，而且还能对SREBP－1起到抑制作用；乙酰COA羧化酶(ACC)，它就是一个AMPK的底物，被磷酸化后失活，从而使脂肪合成停止。 2．3炎症因子：一些炎症因子对于胰岛素抵抗的发生起着重要的作用，从起初的肿瘤坏死因子(TNF-α)和白介素一6 (IL-6)，到后来的脂联素、抵抗素等。在肥胖者的脂肪组织细胞中TNF-α的表达水平明显增高且与胰岛素水平呈正相关，如果体重下降，其表达水平亦随之减少；TNF-α能调控很多脂肪细胞分泌的细胞因子，从而作用于脂肪的摄取和代谢。TNF-α的净效应是增加脂解，减少脂肪的合成，增加了FFA向循环系统的释放，同时它还能抑制GLUT蛋白的基因表达，下调细胞内GLUT的含量，以及削弱胰岛素信号传导通路。总之，TNF—a是引起胰岛素抵抗的重要因素。 同样，在肥胖者的脂肪组织中IL一6的含量也增加，其增加肝细胞甘油三酯的输出，减少脂蛋白脂肪酶(LPL)的含量，增加FFA的输出，导致胰岛素抵抗。 C反应蛋白(CRP)是由肝细胞合成的一种非特异性的炎症因子，是急性时相反应的标志物。而急性时相反应与Ⅱ型糖尿病及其大血管、微血管并发症有着直接的关系。很多证据表明，CRP已经成为Ⅱ型糖尿病发病的重要预测因子．由于脂肪细胞分泌的TNF－α和IL-6是刺激肝脏合成CRP的主要因素，因此检测血清CRP水平可以成为衡量TNF－α和IL-6浓度高低的一个间接的方法。目前尚未见到直接研究黄连生物碱作用于炎症因子报道。但有人在研究黄连及小檗碱抗炎症机制的时候探讨过其对IL-1和TNF的影响。郝钰等发现小檗碱能抑制IL-1和TNF激活的内皮细胞与多形核白细胞(PMN)的黏附，拮抗这2种细胞因子的作用，并能下调由IL-1和TNF诱导的HUVEC表面ICAM-1分子的高表达，同时可以减少TNF诱导的PMN CDl8表达增多。王利津等。也发现黄连解毒汤(黄连、黄芩、黄柏、栀子)对IL-1的生成有抑制作用。 2．4 抗氧化、清除自由基：细胞代谢中时刻存在着氧化反应，产生大量的自由基，适当浓度的自由基对于激发细胞功能，抵抗细菌、病毒的攻击，有着重要的意义。但一旦细胞中的某些清除自由基的功能发生了障碍，过多聚集的自由基就会攻击细胞内蛋白、膜脂、核酸等重要生命活动所需的分子，造成细胞功能的障碍，严重时可以引起细胞的凋亡。Ⅱ型糖尿病后期出现的胰岛素分泌绝对不足，向I型糖尿病转变的过程，很大程度上要归因于胰岛β细胞的凋亡。 现在有证据表明，增高的FFA对于β细胞会产生毒性，而一些细胞因子如IL-1、TNF-α、IFN-γ也促使β细胞的凋亡。共同的作用机制诱导了一氧化氮合酶(NOS)的产生，从而合成了大量的自由基分子NO，而NO会损害β细胞的DNA，并通过还尚不明确的机制，使细胞凋亡。此外，Ⅱ型糖尿病人胰岛β细胞持续地分泌胰岛素需要线粒体旺盛的氧化磷酸化过程产生ATP，同时也产生了大量的活性氧自由基。这些自由基如果得不到清除，则会逐渐损伤线粒体，同时还可以进一步诱导β细胞的凋亡。 很多研究都发现了小檗碱有抗氧化、清除自由基的功能。黄连解毒汤对红细胞的自氧化和H2O2所致的氧化均有显著的抑制作用，并有一定的清除羟基自由基的活性。金昔陆等发现小檗碱结构类似物能抑制脂质过氧化和清除羟基自由基。Naoko等认为小檗碱对于地塞米松诱导的鼠胸腺细胞的凋亡有抑制作用。席刚明等发现小檗碱可以增加小鼠全脑缺血后海马CA1区bcl-2基因的表达，降低Bax基因的表达，从而减少凋亡的发生。小檗碱可以减少脂质过氧化物生成，提高谷胱甘肽(GSH)含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性。何浩等观察到了小檗胺能参与清除活性氧自由基并保护SOD、CAT及GSH-Px等清除自由基的酶类，使它们的活性维持更长的时间。孙翠梅等在研究同属黄连生物碱的巴马汀的药理作用时发现它可以降低脑缺血组织中NO的含量，从而保护缺血组织。 2．5 细胞K+离子通道和细胞内Ca2+浓度：胰岛β细胞分泌胰岛素的机制与其细胞膜上的K+通道和细胞内Ca2+浓度的变化有着密切的关系。当β细胞外葡萄糖浓度升高时，就通过β细胞膜上葡萄糖运载体2(GLUT2)向细胞内转运并通过糖酵解和Krebs循环过程产生ATP。升高的ATP浓度则特异性地关闭ATP依赖型的K＋通道，从而引起β细胞膜的去极化，继而引起细胞外Ca2＋的流人和细胞内源性Ca2＋的释放。细胞内Ca2＋浓度的上升就可以使含有胰岛素的分泌囊泡从内质网向细胞膜转移并将胰岛素释放到胞外。磺酰脲类降糖药物就是通过作用于胰岛β细胞膜K+通道上的磺酰脲受体(SURl)，引起K＋通道的关闭而起到促进胰岛素分泌的药理作用的。 目前，一些研究表明小檗碱能够阻断心肌细胞对ATP敏感的K＋通道，其结构类似物也是一种肝细胞K＋通道的阻断剂。但是有报道表明小檗碱未能增加正常小鼠的胰岛素分泌，也不增加给葡萄糖负荷后的胰岛素释放。所以，小檗碱是否同样能作用于β细胞的与胰岛素分泌密切相关的K＋通道，效果是否也是其阻滞剂，仍是一个未知的课题。此外，有研究观察到小檗碱有减少平滑肌细胞内Ca2+浓度的作用，假设他们也作用于胰岛β细胞，降低胞浆中的Ca2+浓度的话，则会对胰岛素的分泌产生抑制作用。澄清这些问题有助于更好地阐明胰岛细胞是否是黄连生物碱作用的靶点之一。 3黄连生物碱治疗糖尿病研究的设想 现在对黄连生物碱抗糖尿病药理作用的探讨还主要停留在观察其对各种糖尿病病症的改善程度上。具体的分子机制，虽然已经有不少人做了一些工作，但还处在刚刚开始的阶段，且推测居多，有明确结论的鲜见。黄连中含有多种生物碱，目前针对小檗碱和巴马汀的研究较多，对于其他生物碱的研究少见报道。 随着国际上对糖尿病发病机制的各种分子生物学研究广泛开展，发现引起糖尿病的机制越来越复杂，而且各种因素相互作用，相互影响。在这种背景下，如果评价一种药物还仅仅停留于表象的观测，就有可能发现同一种药物如果在不同糖尿病模型中使用会产生相差甚远甚至截然相反的实验结果。黄连生物碱作用靶点和具体作用机制的探讨，还几乎是一片空白的领域。 4结语 阻碍中药走向世界的一个很重要原因是现在尚无很好的方法能阐明中药单一成分作用和多成分共同作用的关系，因此很难被西医的用药理念所接受。但是中药也很难放弃本身的特色，即中医方药对疾病的治疗作用是综合作用的体现。黄连生物碱为解决这一个问题提供了很好的尝试对象，其成分清楚，各成分药理作用类似，单用或合用最后的实验结果应该比较接近。如果以此人手，便于从实验结果发现规律，总结关系，为今后复杂成分的中药方的归纳分析奠定一个良好的基础。 摘自：《中草药》文/邹晨辉，申竹芳

(如果您认为转载内容侵犯了您的权益，请及时联系我们，本网站将在收到信息核实后24小时内删除相关内容。)