小檗碱抗糖尿病及改善脂肪组织胰岛素抵抗的机制研究

小檗碱抗糖尿病及改善脂肪组织胰岛素抵抗的机制研究

赵文文1张艳2刘康1刘保林1

赵文文1张艳2刘康1刘保林1

（1中国药科大学中药药理教研室江苏南京211198)

(2南京圣和药业有限公司江苏南京210038）

【摘要】小檗碱是从黄连等植物中提取的异喹啉类生物碱，具有抗炎、抗氧化、抗癌、抗心律失常、改善IR等广泛的药理作用。本文将重点讨论小檗碱干预脂肪组织IR的途径，并对其在糖尿病防治方面的应用前景作一简要概括。

【关键词】小檗碱胰岛素抵抗肥胖脂肪因子

【中图分类号】R961.1【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2012）08-0067-02

随着社会经济的发展，科技的进步，生活模式的现代化及社会的老龄化，糖尿病的发病率正在逐年增加，成为继肿瘤、心脑血管疾病之后第三位严重的慢性非传染性疾病。在发达国家，45岁以上人群中糖尿病患病率高达10-20%[1]；我国在近20年的时间里，糖尿病发病率从不到3%迅速增加到9.7%（2010年数据），迈进世界糖尿病中等患病率国家的行列[2]。

糖尿病不是一个独立的疾病，而是一种常见的临床综合征，它与很多疾病有着密切的联系，如脂肪肝、动脉粥样硬化等[3，4]。90%以上的糖尿病属2型糖尿病，其中胰岛素抵抗(insulinresistance，IR)处于核心地位。Reaven[5]等通过多年研究提出一个IR引发糖尿病进程的模式，即有糖尿病遗传易感性的个体在疾病早期即存在IR。IR是指机体对一定浓度胰岛素的生物学效用低于正常水平的现象，即包括肝脏、肌肉、脂肪等胰岛素敏感组织中胰岛素作用降低或丧失的一种病理生理状态。目前认为，IR是肥胖、高血压、血脂代谢紊乱、糖尿病和动脉粥样硬化等代谢性疾病的共同病理基础，是贯穿多种代谢相关疾病的主线[6，7]，其发生机制已成为目前的研究热点。

1.肥胖与IR之间的关联

在2型糖尿病患者中，肥胖者占80%。大量实验证实，肥胖可以诱发IR和高胰岛素血症。IR是肥胖者和非胰岛素依赖型糖尿病患者的一大特征[8]。引起IR的原因很多，主要原因是靶组织上胰岛素受体和受体后缺陷。

脂肪组织不仅调节脂肪量和营养平衡，还释放大量的生物活性介质调节血压、血脂和糖代谢、炎症、动脉粥样硬化。脂肪本身不仅是能量储存器官，也是一个功能活跃的内分泌器官，能分泌多种脂肪因子，其中一部分脂肪因子为脂肪组织特异分泌，如瘦素、抵抗素、脂联素等；另一部分则属非脂肪组织特异性表达的脂肪因子，如促炎因子肿瘤坏死因子(TNF-α)、白介素-6(IL-6)和白介素-1β(IL-1β)等。相对于健康人，肥胖者体内脂肪细胞体积明显增大，分泌大量促炎或炎症细胞因子，并存在更多巨噬细胞浸润，这两类细胞均可引起、介导或参与炎症反应，它们之间的“Cross-talk”导致进一步相互激活，引起持久的炎症，因此有科学家提出“肥胖是一种低程度的炎症状态[10]”。多种促炎因子进而导致胰岛素敏感细胞如肝细胞、肌肉细胞和脂肪细胞内的胰岛素受体底物-1(Insulinreceptorsubstrate1，IRS-1)丝氨酸残基磷酸化，抑制其酪氨酸残基磷酸化，使胰岛素信号转导受阻，从而诱发IR。此外，炎症因子可诱导脂肪组织脂质代谢异常(如TNF-α具有促脂解作用)，从而使血循环中游离脂肪酸（Freefattyacid，FFA）增加，后者通过促炎、氧化应激等方式亦可导致或加重IR，进一步使其他重要代谢性组织(如肝组织和肌肉)及心脑血管、肾脏、神经、视网膜等多种组织功能受损，引发代谢综合征及糖尿病[30]。

2.小檗碱对炎症的作用

小檗碱是异喹啉类生物碱，主要来源于黄连、黄柏等植物，中医药学认为此类中药性凉，能清除邪热或虚热，消除有害毒物。现代药理研究表明小檗碱不仅具有解热、抗炎的作用，还具有改善IR、降低血糖、纠正脂质紊乱、促进胰岛素分泌等作用。目前，小檗碱在临床上已经用于改善IR、治疗2型糖尿病(Type2Diabetes，T2DM)。虽然其改善IR的作用机制还未完全明确，但诸多研究揭示与其抗炎作用密切相关。

2.1炎症与脂肪组织IR之间的关系

炎症反应是指具有血管系统的活体组织对损伤因子所产生的防御反应。炎症反应时，机体分泌大量的炎性因子，如：TNF-α、L-6和C-反应蛋白等来对自身进行保护[9]。目前较新的观点认为IR是一个慢性亚临床炎症过程[10]，在这过程中，IR和炎症反应相互影响，引起一系列机体内环境的改变。在高血压、高血脂、动脉粥样硬化、T2DM、肥胖患者及肥胖模型动物可检测到IR的存在，同时这些人或动物的血浆中炎性因子浓度增加，如TNF-α、IL-6和C-反应蛋白水平明显升高。同时，炎症因子又可进入重要的代谢组织(如脂肪组织、肝组织和肌肉组织)，引起代谢组织功能异常，形成恶性循环，从而加重IR，故IR与炎症之间存在密切联系。因此，针对炎症与IR之间的关系进行深入研究可为临床控制和改善IR提供了一种新的思路。

2.2小檗碱对炎症因子的抑制作用

小檗碱通过抑制IKKβ而逆转肥胖和饮食诱导的IR。近年来的研究显示，胰岛素信号转导过程中的多种信号蛋白除受到酪氨酸磷酸化水平调节外，还受到Ser/Thr磷酸化程度的调节，如Ser/Thr蛋白激酶IKKβ的活化能促进胰岛素信号通路中关键蛋白IRS-1丝氨酸残基磷酸化，进而干扰胰岛素信号的转导，因而IKKβ已成为治疗IR的重要分子靶点[23]。小檗碱可抑制IKKβSer181磷酸化，改善IR。BongHyukChoi报道小檗碱下调3T3-L1细胞中TNF-α、IL-6水平[12]，而TNF-α、IL-6两种炎性因子可以通过多种分子机制导致IR[11]。郝钰等[13]发现小檗碱能抑制IL-1和TNF-α激活的内皮细胞与多形核白细胞(Polymorphonuclearleukocyte，PMN)的黏附，拮抗这两种细胞因子的作用。高志强等[14]利用高果糖饲养诱导的大鼠IR模型观察到小檗碱降低了IR大鼠肝脏组织的TNF-αmRNA的表达。这些研究表明，小檗碱对炎症因子有抑制作用，而炎症因子是引起脂肪细胞的IR的诱因之一，由此证实：小檗碱能改善由炎症引发的脂肪细胞IR。

3.小檗碱对脂肪因子的调节

3.1脂肪因子与脂肪组织IR的关系

近年来研究发现，脂肪组织是一个功能活跃的内分泌器官，它除了分泌游离脂肪酸以外，还可通过自分泌，内分泌和旁分泌的方式产生并释放多种脂肪细胞因子，例如：脂联素、抵抗素等。这些脂肪因子通过各种途径影响胰岛素的生物学效应，参与IR及其相关疾病如代谢综合征、2型糖尿病的发生、发展，在肥胖与IR的发病机制中起着重要作用。这些脂肪细胞因子中，与糖尿病相关的可分为两大类：一类是具有提高胰岛素功能的“胰岛素敏感因子”，如脂联素、内脏脂肪素、瘦素等。它们可以改善IR，提高胰岛素敏感性。另一类是具有减弱胰岛素功能的“胰岛素抵抗(IR)因子”，如抵抗素、TNF-α[17]等。后者能引起IR。

3.2盐酸小檗碱对脂肪因子的作用

除上述提及的致炎因子外，目前研究小檗碱对脂肪因子的影响主要集中在对脂联素和抵抗素的调节。小檗碱可以使脂联素的表达增加[20]。脂联素是脂肪组织释放的一种胰岛素增敏激素，能改善脂肪细胞的胰岛素抗性和动脉硬化症，从而改善脂肪组织的IR。同时，小檗碱可以使抵抗素的表达减少[29]。抵抗素的主要作用是诱导IR，通过损害细胞水平胰岛素刺激的葡萄糖摄取降低其胰岛素敏感性。通过调节脂联素/抵抗素产生，小檗碱可以有效改善脂肪组织IR。

4.小檗碱调节能量代谢

4.1能量代谢与脂肪组织IR的关系

能量代谢失衡是肥胖和IR等代谢综合征的主要原因。在调节细胞能量状态的蛋白激酶级联反应中，AMP激活的蛋白激酶（Adenosinemonophosphate–activatedproteinkinase,AMPK）是其中枢组成部分。AMPK是细胞内能量守恒的传感器，其活性受AMP／ATP比值的调节，可在一定程度上调节血糖和血脂的稳态[16，24]。AMPK可以通过增加某些激素的释放，如瘦素、脂联素来参与调节机体的稳态，同时AMPK还可通过减少脂肪细胞中某些细胞因子和脂肪酸的释放，来改善IR[15]。AMPK信号通路有可能成为治疗肥胖和代谢综合征的有效靶标。

4.2盐酸小檗碱对AMPK的调节作用

研究表明，小檗碱通过抑制线粒体内呼吸链上复合物的活性，从而激活能量代谢感应器AMPK。高糖高脂均能引起肌肉和脂肪组织的IR，糖尿病的糖代谢紊乱和脂代谢紊乱可以促进IR，诱发加重胰岛素分泌缺陷[25，26]。激活的AMPK能够启动分解代谢途径，如脂肪酸氧化和糖酵解，后者刺激肌肉组织和脂肪组织对葡萄糖的摄取，协调多种代谢过程，改善IR状态下脂肪细胞的胰岛素敏感性。这条通路独立于IR信号传导途径[16]。据报道，小檗碱在体外能明显激活肌小管和脂肪组织的AMPK活性，从而增强GLUT4在肌小管中的转运，减少脂肪组织中脂类物质的聚集。Lee[24]等人在肥胖小鼠研究中发现，在不影响摄食量的情况下，小檗碱能减少肥胖小鼠白色脂肪体积，促进脂解，从而抗病理性肥胖，而这一作用亦与其激活AMPK相关[24]。

5.小檗碱的抗氧化作用

5.1氧化应激与脂肪组织IR的关系

氧化应激是指机体内活性氧的生成增加和清除能力降低，导致机体内活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）的生成和清除失衡。在氧化应激的状态下，活性氧会影响葡萄糖转运体的转录，使GLUT1水平增加，GLUT4水平降低，从而导致脂肪组织糖摄取不足（即产生IR），引起血糖升高，而高血糖又导致过量活性氧产生，加重氧化应激[18]。

5.2小檗碱抵抗氧化应激

氧化应激是联系肥胖、IR、2型糖尿病的枢纽[19]。胰岛素受体-受体底物-磷脂酰肌醇3激酶途径的异常在靶组织葡萄糖转运障碍中起到关键作用。JNK、IKKβ/NF-кB是诱发该途径异常的重要上游信号分子，二者均参与了肥胖和IR过程中的炎症和氧化应激反应，在肥胖引起的脂肪细胞IR的发生中有重要的作用[28]。小檗碱可以通过抑制脂肪细胞的JNK、IKKβ/NF-кB信号活化来改善IR大鼠氧化应激[21]，从而改善IR。

6.盐酸小檗碱的衍生物小檗碱的盐酸盐形式即盐酸小檗碱最为常用。近年来的研究发现，与盐酸小檗碱相似，小檗碱衍生物在抗肿瘤、糖尿病、心血管疾病、高血脂、炎症、细菌和病毒感染、脑缺血性损伤、精神疾病、阿尔茨海默病、骨质疏松等多方面亦表现出较强的药理活性[27]。Kim等[22]研究了小檗碱9-酰氧基和9-苯甲酰氧基取代9-去甲基小檗碱对其抗菌活性的影响，发现取代基的亲脂性的大小对活性影响较大。王道武等[27]通过对小檗碱和小檗红碱进行结构修饰，制备了衍生物13-苄基小檗碱(P2)、13-(3’,5’-二硝基)苄基小檗碱(P3)、13-苄基小檗红碱(P6)和13(3’,5’-二硝基)苄基小檗红碱(P7)。研究发现，衍生物表现出比小檗碱和小檗红碱更高的抗菌活性。因此通过对盐酸小檗碱进行结构改造，提高其生物利用度及调节AMPK、抗炎、抗氧化应激等药理活性，有可能增强它对胰岛素抵抗的干预作用。

7.前景

综上所述,炎症因子、脂肪因子、能量代谢、氧化应激与肥胖和IR之间存在着密切联系。大量研究表明，小檗碱可以通过抗炎、调节脂肪因子、调节能量代谢、减轻氧化应激来改善脂肪细胞IR。这是一个动物、细胞试验和临床研究的新方向，其作用机制和分子靶位的深入探索对明确小檗碱在糖尿病治疗方向的应用前景具有重要意义。此外，通过合成盐酸小檗碱的衍生物，可能寻找到生物利用度相对较高、安全、有效的候选药物。

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