黄连素降糖作用机制研究进展

第四军医大学第一附属医院内分泌代谢科 （西安710032）

李晓苗 王海军＃ 李 源▲ 付建芳 王 莉 周 洁 邢 影 高 彬 综述 姬秋和 审校

黄连素是从毛茛科黄连属植物黄连Coptis chinensis franch、三角叶黄连Cdeltoided Cychenget hsido或云连Cteetoidescycheng的根茎中提取到的一种有效化学成分。目前发现其它中药如黄柏、关黄柏等数十种植物中也含有黄连素。黄连素（Berberine，BBR）又称为小檗碱，是一种从黄连、黄柏和白毛莨等植物中提取的季铵型异喹啉类生物碱，是一种广谱抗菌药物。其作为一种胃肠道抗感染药，疗效确切，除此之外还有显著的抗癌、抗心力衰竭、抗心律失常、降低血压、抗动脉粥样硬化、改善脂肪肝等作用。近十年来研究发现黄连素有较好的降血糖作用，但其降糖作用确切机制尚不明确。本文就目前研究发现的黄连素降糖作用机制进行综述。

1 黄连素性质

黄连素的分子式［C20H18NO4］＋Cl－，分子量371.8，黄色针状结晶，熔点145℃，可溶于热水、乙醇。能与氯仿和丙酮等生成复合物，其水溶液具有黄绿色荧光。黄连素的含量测定方法主要有HPLC法、紫外可见分光光度法、原子吸收法等。

2 黄连素降糖作用

在实验研究中陈其明等［1］首次报道黄连素有降血糖作用，能降低正常小鼠、四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠和自发性糖尿病小鼠的血糖，并能改善自发性糖尿病KK小鼠的糖耐量。宋菊敏等［2］用黄连素治疗链脲佐菌素诱发的T2DM大鼠，发现用黄连素30、60、120min后，大鼠血糖水平降低，血清胰岛素水平也降低。高从容等［3］采用葡萄糖一胰岛素耐量试验观察黄连素对高脂饮食诱发的胰岛素抵抗大鼠胰岛素敏感性的影响，结果显示黄连素能增强其胰岛素敏感性，其作用与二甲双胍无显著性差异；此外，黄连素还能提高其肝糖原含量。倪艳霞［4］首次临床报道用黄连素治疗2型糖尿病患者60例，给予黄连素0.3～0.5g，3次／d，结果患者血糖明显下降，血清胰岛素水平上升，总有效率达90%，且无明显副作用。张明等［5］在选用磺脲类药物治疗2型糖尿病的基础上，A组加用黄连素，B组加用二甲双胍，研究结果显示两组治疗后空腹血糖均明显下降（P＜0.05），血清胰岛素及C肽水平均下降（P＜0.01），两治疗组比较无显著性差异，说明黄连素与二甲双胍都能增加周围组织对胰岛素敏感性。魏敬［6］报道黄连素对于2型糖尿病合并脂肪肝的患者，可降低患者的谷丙转氨酶水平，提高其胰岛素敏感性，改善胰岛素抵抗。

3 黄连素降血糖作用机制

3.1 黄连素对胰岛素分泌影响：胰岛素分泌不足及胰岛素抵抗是糖尿病的发病机制。目前就黄连素对于胰岛素分泌的影响报道不一。翁建平［7］等研究表明2型糖尿病大鼠模型经黄连素处理后，肝脏胰岛素信号通路没有变化，但肝脏的糖异生基因（PEPCK，G6Pase）和肝脏脂肪沉积基因（FAS）显著下调，具体机制与抑制肝核转录因子 FoxO1、SREBP1、ChREBP密切相关，黄连素对线粒体的抑制和AMPK的激活是其减少肝糖异生基因和脂肪合成基因的作用通路。在培养肝细胞，黄连素可减少耗氧细胞内三磷酸腺苷（ATP）的水平。提出黄连素改善糖脂代谢不依赖于胰岛素作用，黄连素下调空腹血耱和肝脏脂肪变性的可能机制与线粒体抑制和AMPK激活有关。孙卫平［8］进一步深入探讨了早期胰岛素处理对2型糖尿病大鼠肝脏内质网应激的影响。发现早期胰岛素处理能缓解内质网应激（下调Bip，IREla，XBP1），逆转了肝脏内质网应激导致的胰岛素信号通路阻滞（IRS－1－AKT），同时对JNK，EBP1也有明显抑制，引起肝脏内脂肪向脂肪组织再分布转移，提高胰岛素敏感性，部分解释了早期胰岛素治疗改善胰岛素敏感性的病理生理机制。殷峻［9］证实黄连素使人肝癌细胞株Hep G2细胞呈非胰岛素依赖性的葡萄糖消耗量增加，推测其降糖作用是通过增加肝细胞的葡萄糖耗氧量，并不是直接刺激胰岛素的分泌。Zhou L等［10］发现黄连素显著增加胰岛细胞的AMPK活性，通过cAMP信号通路调节胰岛素的分泌。黄连素以不同浓度（1、3、10、30μmol／L）孵育24h能增强原代分离大鼠胰岛细胞和胰腺癌 MIN6细胞的葡萄糖刺激的胰岛素分泌（GSIS）和游离脂肪酸诱导的胰岛素分泌。黄连素还可通过胰岛素样生长因子（IGF）－1的级联反应增加葡萄糖刺激的胰岛素分泌。Wang ZQ等［11］黄连素能增加胰岛细胞的肝细胞核因子（HNF）4αmRNA和蛋白质的表达水平，促进胰岛素基因的转录活化、维持胰岛细胞正常功能，发挥对胰岛细胞的保护作用及调节葡萄糖代谢等方面都起重要的作用。黄连素呈浓度依赖性地增加胰岛细胞的HNF4amRNA和蛋白质的表达水平，发挥对胰岛细胞的保护作用。Yin J等［12］运用胰岛B细胞瘤细胞3（BTC3）细胞株做胰岛素释放实验，却没有发现黄连素具有促胰岛素释放作用。

3.2 黄连素改善胰岛素抵抗：胰岛素抵抗是指胰岛素作用的靶器官（主要是肝脏、肌肉和脂肪组织）对胰岛素作用的敏感性降低。组织中胰岛素作用主要涉及胰岛素受体及其调节过程、受体后信息传递至发挥效应的过程以及影响体脂含量和分布异常的过程等。脂毒性是2型糖尿病发病机制中的重要因素。血循环中FFA浓度过高以及非脂肪细胞（主要是肌细胞、肝细胞、胰岛β细胞）内脂质含量过多可通过各种有关途径导致胰岛素抵抗，最终导致糖尿病。

Lee YS［13］等在胰岛素抵抗和胰岛素受体两种动物模型中证实了黄连素可以改善其胰岛素抵抗。结果表明：在不改变饮食的情况下，黄连素可以减轻高脂饲养的Wistar大鼠血浆中的甘油三酯含量，改善其胰岛功能。黄连素在两种动物模型中均可减轻大鼠的体脂量并且改善其糖耐量异常，蛋白质印迹结果证实黄连素下调脂肪和肌肉组织的脂质合成基因表达，如脂肪酸合成酶、ADD1／SREBPlc、PPAR等表达水平，使脂肪组织和肌肉组织的能量消耗增加。并且研究发现黄连素能够增加3T3－L1脂肪细胞和L6肌管中AMP启动蛋白激酶的活性，提示黄连素改善胰岛素抵抗可能通过干涉AMPK启动蛋白激酶2通路发挥作用。郑伟［14］发现黄连素可使胰岛素抵抗大鼠的TNFa、FFA水平明显降低，提示黄连素通过抑制FFA和TNFa的过度分泌而减轻胰岛素抵抗。Ko BS［15］证实黄连素能够显著增加脂肪细胞对胰岛素的敏感性，改善游离脂肪酸诱导的胰岛素抵抗，其机制可能为黄连素促进磷酸肌醇3激酶和胰岛素信号通路蛋白质的表达。可以增加3T3－L1脂肪细胞中的胰岛素刺激的葡萄糖摄取，增强胰岛素受体底物（IRS）1酪氨酸磷酸化以及磷脂酰肌醇3激酶－蛋白激酶B（PI3KAkt）通路中丝氨酸磷酸化，且细胞膜上葡萄糖转运蛋白－4（GLut4）也增多，提示黄连素通过激活IRS－1－PI3K－Akt－GLUT－4通路，增加胰岛素刺激的葡萄糖摄取。黄连素具有不同于传统降脂药物的作用机制。刘栩晗［16］究结果显示高脂饮食及结合小剂量链脲菌素建立的2型糖尿病及胰岛素抵抗模型地鼠脂肪变的肝脏中SREBPs基 因、SREBPs切割激活蛋白（SCAP）基因、蛋白酶S1P和S2P基因和SREBPs靶基因的表达增加，胰岛素诱导基因（Insigs）的表达降低，表明黄连素有效地改善胰岛素抵抗，同时逆转SREBPs、其调控基因及靶基因表达的改变。SREBPs转录调控系统参与黄连素治疗2型糖尿病地鼠脂诱性肝胰岛素抵抗。ZhouL［10］等研究结果显示黄连素降低糖尿病大鼠中肝脏重量及肝脏指数，能够恢复增高的血糖、TC和TG，并降低其低密度脂蛋白和载脂蛋白Al的水平。试验结果还显示，糖尿病大鼠中PPARa表达明显增加，黄连素能够调节PPAR受体的活动，改善高血糖、高血脂以及脂肪变性。Yi P［17］发现软脂酸（0.5mmol／L）诱导的胰岛素抵3T3－L1脂肪细胞，与黄连素同时孵育能够升高胰岛素刺激的葡萄糖摄取能力，胰岛素受体底物（IRS）－1和PI3Kp85表达增加，磷酸化IKB激酶（IKK）B（Ser181）和IRS－1（Ser307）蛋白质表达下降，同时核 NFKBp65表达减少。

3.3 黄连素与GLP－1：1974年人们发现了葡萄糖依赖性促胰岛素多肽（Glucose－dependent insulinotropic polypeptide，GIP），到80年代中期胰高糖素样肽－1（Glucagon like peptide－1，GLP－l）也随之发现。GLP－1主要由远端肠道的L细胞分泌，还分泌胰高糖素样肽－2（GLP－2）。GIP和GLP－1分泌后在体内由DPP－Ⅳ快速裂解而失去生物学效应。在成人肠道中L细胞分布不均，各段肠管L细胞的密度由近端向远端递增，直肠最多，其次是结肠和回肠。GLP－1可作用于胰岛β细胞，促进胰岛素基因的转录、胰岛素的合成和分泌，并可刺激胰岛β细胞的增殖和分化，抑制胰岛β细胞凋亡，增加胰岛β细胞数量。此外，GLP－1还可作用于胰岛α细胞，抑制胰高血糖素的释放，并作用于胰岛δ细胞，促进生长抑素的分泌。还可延缓胃排空，延缓食物吸收而发挥降糖作用［18］。Yu Y［19］研究发现小檗碱可提高正常小鼠糖负荷后GLP－1分泌，促进Roglucagon mRNA表达及肠道L细胞增生，在体外NCI－H716细胞中小檗碱促进GLP－1分泌呈浓度依赖性。抑制PKC及AMPK途径均可抑制小檗碱介导的GLP－1分泌。研究结果表明，小檗碱通过促进GLP－1分泌及生物合成发挥降糖作用，一些信号通路包括PKC途径参与了这一过程。

3.4 黄连素对胰岛β细胞的影响： Tang［20］证实黄连素可以恢复糖尿病大鼠受损的胰腺组织。Ko BS等［15］黄连素可引起Min 6胰岛13细胞株的葡萄糖刺激后胰岛素分泌，促进胰岛B细胞增生。倪艳霞等［1］通过实验动物的病理学检查，观察黄连素对糖尿病大鼠胰岛B细胞的影响，结果提示黄连素有促进胰岛B细胞修复的作用。

3.5 黄连素对葡萄糖吸收的影响：Cormet Boyaka E等［21］通过Caco－2细胞模型对黄连素的吸收和对肠道葡萄糖吸收酶活性影响的研究表明：黄连素在肠道内几乎不吸收，但能有效抑制小肠上皮细胞上二糖酶的活力，对葡萄糖在Caco－2细胞上的摄取也有一定抑制作用，提示黄连素的降血糖作用像α糖苷酶抑制剂一样在肠道发挥作用。推测其主要是通过抑制蔗糖酶、麦芽糖酶等二糖酶的活力，从而减少葡萄糖吸收，降低餐后高血糖。在葡萄糖为11.1mmol／L，5～100μmol／L黄连素增加HepG2肝细胞的32%～60%葡萄糖摄取，这一作用随着葡萄糖浓度的增加而降低，葡萄糖5.5mmol／L时黄连素促葡萄糖摄取能力达到最佳，而在葡萄糖浓度增加至22.2mmo1／L时则作用消失，另外黄连素对肝脏细胞的促葡萄糖摄取作用与二甲双胍类似，即基础状态的葡萄糖摄取增加［13］。黄连素能够浓度和时间依赖性的增加3T3－L1脂肪细胞的葡萄糖摄取，12h达到最佳，还能促进前脂肪细胞的葡萄糖摄取，对脂肪细胞的促葡萄糖摄取作用与胰岛素有相加作用，不同于胰岛素的是，PI3K抑制剂Ortmannin和P38MAPK抑制剂SB203580均不能阻断黄连素的促葡萄糖摄取作用［10］。葡萄糖吸收入血后，首先需要依赖于GLUTs才能进入细胞开始在体内的代谢。现已发现的GLUTs有14种。GLUT1在人类所有组织中均存在，对葡萄糖分子有很高的亲合力，因此在相对低浓度胞外葡萄糖的状态下也能转运葡萄糖分子。GLUT4主要存在于胰岛素敏感的骨骼肌、脂肪细胞和心肌中，分布在胞浆内和胞膜上，直接介导葡萄糖向细胞内转运［22］。在没有胰岛素刺激时，主要位于细胞内的GLUT4储存囊泡中，当胰岛素与受体结合后，激发一系列级联效应，导致富含GLUT4的囊泡向细胞外膜移动，囊泡膜与细胞外膜融合，GLUT4转位至细胞外膜，与葡萄糖结合并发生结构改变，将葡萄糖转运至细胞内后恢复原来结构。黄连素显著增加胰岛素的敏感性，尽管黄连素处理的3T3－L1脂肪细胞和L6骨骼肌细胞GLUT4的表达量未发生改变，但能激活AMPK和PI3K信号通路的作用下增加GLUT4向细胞膜的转位［23］。黄连素还可通过AMPK磷酸化（部分通ERK1／2磷酸化）增加GLUT4的表达和转位活性，增加正常状态和胰岛素抵抗状态的3T3－L1脂肪细胞基础葡萄糖摄取和胰岛素刺激的葡萄糖摄取能力。

4 展 望

目前黄连素降血糖作用的主要机理是降低体内胰高血糖素水平，促进胰岛β细胞再生与功能恢复，使血清胰岛素水平升高，抑制肝脏糖原异生，促进外周组织对葡萄糖的酵解以及抑制醛糖还原酶等；小檗碱对内脂素表达的调节作用可能是其改善机体胰岛素抵抗、降低血糖的机制之一；小檗碱可显著改善2型糖尿病合并血脂异常患者血糖、血脂及胰岛素抵抗指标的水平，对代谢综合征可能具有治疗作用。小檗碱通过抑制NF－κB的活化转位调节相关基因的表达而改善游离脂肪酸诱导的胰岛素抵抗［5］。我们在前期的临床工作中发现黄连素对远端肠道黏膜的生长、修复有其作用，表明黄连素可能通过肠道促使GLP－1分泌而发挥降糖作用。黄连素最初是用于抗菌止泻药，作用部位主要在肠道，其药代动力学表明黄连素在各肠段均有吸收，吸收量以空肠最多，其次为十二指肠、回肠段和结肠段。因此提示黄连素降糖的效应部位是否也在远端肠道某一部位。研究发现在肠粘膜的L细胞中肠促胰素系统异常可能是2型糖尿病的重要发病机制。那么小糪碱是否作用于L细胞，调控肠促胰素GLP－1发挥降糖作用，还是通过调节肠道菌群，刺激GLP－1分泌，或抑制了葡萄糖的吸收，促进葡萄糖在肾脏的排泄而降低血糖呢？系统地研究黄连素作用于肠道降低血糖的作用与肠道L细胞分泌GLP－1的关系，是否具有促进肠道L－细胞分泌胰高糖素样肽－1（GLP－1）以及其分子机制，为黄连素能够治疗糖尿病带来新的视角并为临床治疗和药物开发提供新的靶点和思路。

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