丝胶对糖尿病并发症的干预作用研究进展

钟冰冰，吴凤婷，颜致宇，陈晓梅，徐祯，温平镜

（广西中医药大学，广西 南宁 530200）

0 引言

糖尿病(Diabetes mellitus,DM)是由于体内胰岛素分泌和（或）利用不足，引起以慢性高血糖为特征的代谢性疾病，患者常有糖、脂肪、蛋白质以及水、盐、酸、碱代谢紊乱[1]。汪会琴等[2]指出，2014年全世界有3.87亿糖尿病患者。预计到2035年，糖尿病患病人数将增长55%，达到6亿。随着糖尿病病程的延长以及持续的高血糖刺激，容易引发全身血管损伤，影响肾脏、眼部、肝脏、生殖系统、神经系统的正常生理功能，从而导致相关并发症的发生。

糖尿病在中医中称为“消渴症”，《本草纲目》记载：“蚕茧方书多用，煮汤治消渴，古方甚称之”，即用蚕茧汤治疗糖尿病。天然蚕茧由约70%的丝素蛋白、25%的丝胶蛋白和5%的糖类、黄酮类、酚类等物质构成。缫丝过程中丝素蛋白制成蚕丝，丝胶蛋白则溶于水中，其分子量为20～400 kD，丝胶含十八种氨基酸，其中包括人体必需的八种氨基酸，丝氨酸、天门冬氨酸和甘氨酸含量较高，分别为33.43%，16.70%和13.49%[3-5]。丝胶因溶于缫丝废水中被排走，不仅是对蛋白资源极大的浪费，还可能造成水资源的严重污染，因此，对丝胶进一步的研究开发对于环境保护、实际生产、医学进步具有重要意义。

随着丝胶结构和功能的研究逐渐深入，其越来越多的生物活性被发现。研究发现，丝胶对于糖尿病的血糖异常波动和脂代谢紊乱具有良好的预防作用[6-7]。近年发现，丝胶对糖尿病并发症，如糖尿病肾病(Diabetic nephropathy, DN )、视网膜病变、肝脏伤、生殖功能障碍、认知功能障碍等疾病治疗也取得较大进展。本文就目前国内外丝胶干预糖尿病并发症的研究进行综述，以期为丝胶进一步开发利用提供参考。

1 丝胶对DN的干预作用

DN是糖尿病的主要并发症之一，主要原因是糖尿病引起肾微血管病变，初期表现为肾小球滤过率的增加，后出现微量白蛋白尿、动脉血压升高、蛋白尿和体液潴留，最终导致肾衰竭[8-9]，30% ～ 40%的2型糖尿病（Type 2 diabetes mellitus,T2DM）患者最终会发展为终末期肾功能衰竭[10]。DN起病隐匿，一旦进入大量蛋白尿阶段，其发展至终末期肾病的速度大约是其他肾脏病的14倍[11]。

研究发现，丝胶可降低血糖，减轻肾脏肥大，明显改善DN大鼠的肾功能；丝胶预处理可有效预防糖尿病时肾功能损害的发生[12-20]。丝胶预处理可抑制DN肾脏中转化因子-β1(Transforming growth factor-β1,TGF-β1)/Smad 蛋 白3(drosophila mothers against decapentaplegic protein 3,Smad 3）信号通路的激活，防止基质金属蛋白酶组织抑制因子-1(Tissue inhibitors of maprix metalloproteinases-1,TIMP-1)蛋白高表达导致的基质金属蛋白酶(Matrix matalloproteinases,MMPs)活性的降低，从而预防DN 时细胞外基质(Extracellular matrix，ECM)的积聚和肾小球硬化[14]。丝胶可通过下调、血小板衍生生长因子(Platelet-derived growth factor,PDGF)和结缔组织生长因子(Connective tissue growth factor,CTGF )的表达，使ECM合成减少，恢复 ECM 合成和降解的平衡，延缓肾小球硬化和肾间质纤维化的发生发展[15]。张雷等[16]还发现丝胶对T2DM时肾脏损伤具有保护作用，其机制可能与丝胶能抑制肾脏氧化应激损伤和激活磷脂酰肌醇-3-激酶(Phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(Protein kinase B,Akt)信号通路有关。

此外，细胞外调节蛋白激酶(Extracellular regulated protein kinases,ERK)、Ras 同 源 基 因/Rho相关卷曲蛋白激酶(Ras homolog gene/Rhoassociated coiledcoilcontaining protein kinase,Rho/ROCK)和p38丝裂原激活蛋白激酶(Mitogenactivated protein kinase,p38MAPK)等信号通路的激活、细胞因子的参与等因素也在DN的发生、发展中起到了重要作用[17-19]。丝胶可降低血糖、肾脏ERK蛋白的表达，抑制ERK信号通路的激活，减轻ERK信号通路介导的肾小球系膜细胞增殖、肥大，改善肾脏功能[17]。丝胶还可通过降低T2DM大鼠肾脏蛋白激酶C( Protein kinase C,PKC)、ROCK1的表达，改善糖尿病时肾脏Rho/ROCK信号转导通路的异常，抑制细ECM聚积，延缓DN的发生发展[18]；Liu等[19]还发现丝胶可能通过下调肾脏丝裂原活化蛋白激酶6(Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase 6,MKK6)、p-p38MAPK、核因子-κB(Nuclear factor kappa-B,NF-κB)、核苷酸结合寡聚结构域样受体蛋白3(Nucleotide-binding oligomerization domainlike receptor protein 3,NLRP3)、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1(Cysteinyl aspartate specific proteinase,caspase-1)、白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)和白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)的表达，抑制糖尿病时肾脏p38MAPK信号转导通路的激活和NLRP3炎性体的活化，对糖尿病肾脏损伤有保护作用。综上所述，丝胶对大鼠DN具有治疗作用。

足细胞是肾小球血液滤过屏障的重要组成部分，足细胞受损可导致蛋白尿，足细胞损伤是 DN进展的核心事件[21]。研究发现，丝胶对高糖致足细胞损伤具有保护作用，可减少糖尿病时足细胞上皮间充质转分化、脱离以及凋亡的发生[22-23]。研究表明，丝胶可提高微小核糖核酸-346(MicroRNA-346,miRNA-346)的表达水平，抑制高糖诱导的足细胞炎症因子IL-6高表达，减轻炎症反应，进而保护足细胞[21]。丝胶可通过miR-30a-5p靶向抑制锌指转录因子1(Zinc finger transcription factor 1,Snai1)，上调上皮表型相关因子足突蛋白(podocin)、E-钙 粘 蛋白(Epithelial cadherin,Ecadherin)、紧密连接蛋白1(Zonula occludens-1,ZO-1)的表达、下调间质表型相关因子成纤维特殊 蛋 白1(Fibroblast specific protein 1,FSP-1)、α-平滑肌肌动蛋白(Alpha smooth muscle Actin,α-SMA)、肌间线蛋白(Desmin)的表达，影响足细胞的上皮间质转分化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)进程并降低足细胞的迁移率[22]。宋妤轩[23]发现丝胶干预组足细胞丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶1(Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 1,MEKK1)、丝裂原活化蛋白激酶激酶4(Mitogen-activated protein kinase kinase 4,MEKK4)、c-Jun氨基末端激酶1(c-Jun N-terminal kinase,JNK1)、丝裂原活化蛋白(c-Jun NH2-terminal kinases,c-Jun)的表达水平和足细胞早期凋亡率均明显低于高糖组，表明丝胶可能通过抑制JNK信号通路减少足细胞凋亡。综上所述，丝胶对足细胞具有保护作用，进而保护糖尿病肾脏损伤。

2 丝胶对糖尿病视网膜病变(Diabetic retinopathy,DR)的干预作用

DR是高血糖致眼底视网膜微血管发生的慢性病变，不可逆致盲是糖尿病眼病最严重的并发症[24]。DR的发病机制复杂，主要涉及炎症、氧化应激、多元醇途径、己糖胺途径、肾素-血管紧张素系统等[25]。研究发现，丝胶通过拮抗氧化应激和炎症介质损伤，抑制视网膜炎性，抑制视网膜神经细胞凋亡等机制改善DR[26-33]。

丝胶持续激活核因子E2相关因子2(Nuclear factor erythroid2-related factor 2,Nrf2) /抗氧化反应元件(Antioxidant responsive element,ARE)/血红素氧合酶1(Heme oxygenase 1,HO-1)抗氧化信号通路，同时抑制NF-κB、肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)表达，下调视网膜炎性因子水平，从而延缓DR发展[26]。DR早期的重要病理特征是血视网膜屏障(Blood-retinal barrier,BRB) 损伤所致的视网膜血管通透性增加，炎性介质可破坏BRB结构完整性[27]。丝胶可能通过降低视网膜TNF-α含量，下调细胞间黏附分子-1(Intercellular adhesion molecule 1,ICAM-1)表达，上调闭合蛋白(Occludin)表达，减轻BRB损伤[28]。丝胶还可通过下调视网膜PKC、血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)、低 氧 诱 导 因 子-lα (Hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)表达，抑制视网膜病理性新生血管的形成，改善视网膜微循环障碍[29-30]。细胞凋亡参与DR神经组织损伤的重要过程。近年发现，丝胶可下调磷酸化c-Jun氨基末端激酶( phosphorylation c-Jun N-terminal kinase,p-JNK)、细 胞 色素c(Cytochrome -c,Cyt-c)、半胱氨酸天冬氨酸激酶-9 ( Cysteine aspartate kinase 9, Caspase-9)的表达，降低半胱氨酸天冬氨酸激酶-3( Cysteine aspartate kinase 3, Caspase-3)的活性，抑制JNK信号转导通路，从而降低视神经细胞凋亡[31]。丝胶还可能通过下调T2DM大鼠视网膜葡萄糖调节蛋白78(Glucose regulated protein 78,GRP78)、半胱氨酸天冬氨酸激酶-12( Cysteine aspartate kinase 12,Caspase-12)和Caspase-3表达，从而抑制内质网应激介导的视神经细胞凋亡[32]。丝胶通过磷酸化Akt、下调促凋亡蛋白Bad(bcl-2-associated death protein,Bad)和 Caspase-9 来调控 PKB/Akt 信号转导通路，进而抑制视神经细胞凋亡[33]。以上研究表明，丝胶通过抑制视神经炎症、拮抗视神经氧化损伤及抑制视神经细胞凋亡，发挥对DR的保护作用。

3 丝胶对糖尿病肝脏伤的干预作用

肝脏作为糖脂代谢的重要器官，糖尿病发生时糖、脂肪、蛋白质以及水、盐、酸碱代谢紊乱会导致肝损伤，而服用降糖药物也可引起肝损伤，肝损伤又引起糖、脂肪代谢进一步紊乱，形成恶性循环[34]。丝胶可改善糖尿病大鼠的胰岛素抵抗，促进肝糖原合成，起到降低血糖作用，从而保护糖尿病大鼠的肝脏伤，且丝胶相对于传统降糖药物毒副作用极少[35-37]。

胰岛素是调节脂代谢的重要激素，胰岛素抵抗通过影响脂代谢途径，在T2DM相关肝损伤的发生发展中扮演重要角色[38]。丝胶可通过下调TRB3 的表达，上调肝组织中胰岛素受体(Insulin receptor,IR)、胰岛素受体底物-1(Insulin receptor substrate-1,IRS-1)、PI3K 和Akt等关键因子的表达，来增强肝脏胰岛素 PI3K/Akt信号通路的转导效应，进而降低血糖[35-37,39]。丝胶可能通过影响TNF-α的表达改善胰岛素抵抗，通过影响肝细胞核因子4α(Hepatocyte nuclear factor 4 alpha,HNF-4α)的表达改善机体患糖尿病的易感性，降低血糖并保护糖尿病肝损伤[40]。Dong等[41]发现，丝胶可改善胰腺β细胞和肝组织的病理损伤，降低与肝脏糖异生和脂质代谢相关的G6Pase、磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶( Phosphoenolpyruvate carboxykinase,PCK)和乙酰辅酶A羧化酶(Acetyl CoA carboxylase,ACC)的表达，并抑制炎症相关的TNF-α、IL-6、P65和IκB激 酶β(Inhibitor kappa B kinaseβ,IKKβ)的表达，进而改善糖尿病肝损伤。

胰岛素抵抗情况下，游离脂肪酸增多，肝脏无法代偿，大量的甘油三酯在肝脏内沉积，最终肝细胞变性、脂肪肝形成。丝胶能显著降低高脂饮食大鼠血清甘油三酯、胆固醇、磷脂、肝脏脂质和游离脂肪酸水平，提高血清脂联素和胰岛素水平，进而抑制血糖保护肝脏[42]。Ampawong[43-44]等还发现丝胶具有抗氧化作用，通过减少肝细胞内脂肪沉积，改善线粒体和内质网的完整性，降低血胆固醇从而改善脂肪肝；在高胆固醇血症条件下，丝胶通过凋亡、自噬、能量维持和抗氧化作用来维持肝脏线粒体结构，减轻肝脏脂肪变性，保护肝功能。综上所述，丝胶可通过抗氧化、改善胰岛素抵抗、调节糖脂代谢、抑制炎症、调节肝脏线粒体凋亡和自噬等机制改善糖尿病肝损伤。

4 丝胶对糖尿病患者生殖功能障碍的干预作用

随着糖尿病的发病率不断升高，且呈年轻化趋势，糖尿病引起的全身大血管和微血管损伤也会影响到生殖系统的正常功能，其并发生殖功能障碍越来越受到社会的重视。近年发现，丝胶可改善糖尿病模型大鼠生精功能，提高生殖功能[45-46]。糖尿病模型大鼠血清生长激素(Growth hormone,GH)水平升高，睾丸GH表达上调，血清胰岛素样生长因子-1 ( Insulin-like growth factor-1,IGF-1)水平降低，睾丸生长激素受体(Growth hormone receptor,GHR)、IGF-1 表达下调，表明糖尿病模型大鼠存在明显的GH /IGF-1 轴紊乱，生殖功能减退；丝胶可通过降低GH水平改善机体能量配布，上调GHR表达，减弱 GH 抵抗，提高 GH 介导的IGF-1 水平，改善糖尿病GH /IGF-1 轴紊乱，从而改善生精功能[47-48]。此外，丝胶可通过提高血清睾酮水平和上调睾丸增殖细胞核抗原(Proliferating cell nuclear antigen, PCNA)、c-fos 的表达，促进精原细胞向精母细胞转化，提高生精细胞的增殖能力，促进精子发生及睾酮分泌，从而提高糖尿病模型大鼠的生殖功能[45-46]。

另外，研究发现，在体外成熟卵母细胞（IVM）培养基中添加丝胶和细胞因子等相关因子可以提高青春期前卵母细胞的发育能力[49]；0.1%和0.5%蚕丝素溶液可促进绵羊离体胚胎的发育，丝胶对胚胎的加速作用可能与桑蚕丝胶的有丝分裂作用有关，但丝胶作用的确切机制尚不清楚[50]；丝胶的抗氧化和抗凋亡活性提高了牛胚胎的发育能力和质量，为体外培养高质量胚胎提供了可能[51]。

5 丝胶对糖尿病认知障碍的干预作用

据统计，约37%的阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD) 患者同时患T2DM。糖尿病可使认知能力下降的风险增加1.2 ～1.5倍，使患上痴呆症的风险增加1.6 倍[52]。糖尿病认知障碍主要表现为焦虑易怒，头晕头痛，注意力下降，记忆减退等症状[53]。糖尿病认知功能障碍由中枢神经系统结构改变、脑组织萎缩、海马体积减小、神经组织电生理改变、海马神经发生减少、神经前体细胞分化和增殖等病理改变所致[54]，其发病机制可能与糖-胰岛素代谢异常，血管-神经病变，细胞凋亡和炎症反应有关[55]。研究发现，丝胶可明显降低糖尿病大鼠血糖，逆转氧化应激，减少海马神经细胞凋亡，抑制神经炎症反应，可显著提高糖尿病大鼠的空间学习记忆能力，改善认知障碍[56-62]。

胰岛素及其信号通路调节障碍是糖尿病认知障碍发病及进展的因素之一[56]。丝胶可能通过降低糖尿病模型大鼠血糖和血清水平GH，下调海马GH表达，并上调海马中GHR和IGF-1的表达，进而通过改善海马 GH-GHR/IGF-1 轴的功能改善学习记忆能力[57-58]。

高血糖可导致线粒体功能障碍，增加线粒体细胞色素C释放，其进一步激活凋亡相关蛋白Caspase-3，导致神经元凋亡，诱发认知障碍[59]。丝胶可能通过上调T2DM大鼠海马p-Akt、NF-κB的表达，下调Bad的表达，通过调节Akt信号转导通路减少海马神经细胞凋亡、改善认知障碍[60]。

Mohammadi等[61]发现，丝胶处理可降低两脑区活性氧自由基(Reactive oxygen species,ROS)和脂质过氧化水平，恢复线粒体膜电位(Mitochondrial membrane potential,MMP)，提高总抗氧化能力和谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase,GPx)、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase, SOD)的酶活性；丝胶可降低血清皮质酮浓度，抑制海马体（Hippocampus,HIP）和前额叶皮层（prefrontal cortex ,PFC)的神经炎症反应，表现为NF-κB、TNF-α和IL -1β水平的降低；丝胶通过下调促凋 亡 蛋 白Bax、Cyt-c、Caspase-9和Caspase-3，上调Bcl-2蛋白，抑制线粒体依赖的凋亡通路；Seyedaghamiri等[62]发现，丝胶通过抑制促炎细胞因子TNF-α和IL-1β以及增加抗炎因子IL-10来调节海马炎症，通过增强抗氧化标志物(TAC、SOD和GPx)和抑制丙二醛(Malonaldehyde,MDA)来抑制氧化应激，丝胶可明显抑制海马组织的凋亡。以上研究表明，丝胶可能通过改善线粒体功能障碍、抑制氧化应激、抑制神经炎症和减少神经元凋亡来调节记忆和社交行为。

糖尿病脑病与海马突触可塑性的变化密切相关，包括突触结构和功能的可塑性损伤。结构方面表现为突触变性，功能方面主要体现在长时程增强(Long-term Potentiation,LTP) 的损伤[63]。陈志宏等[64]发现丝胶可明显提高糖尿病大鼠的空间学习记忆能力，丝胶可通过下调糖尿病大鼠海马神经元一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase,nNOS) 的表达，从而降低海马过量的一氧化氮(Nitric oxide,NO)，减轻NO等对神经元的毒性，增强海马的LTP效应，改善突触传递，从而改善糖尿病认知障碍。丝胶可显著降低糖尿病大鼠血糖、改善其海马形态结构，改善脑组织的缺血缺氧状态，从而下调血红素加氧酶1(Heme oxygenase 1,HO-1)的表达，减轻其代谢产物胆绿素、亚铁离子(Fe2+)、一氧化碳(CO)等对神经系统的毒性作用，改善认知障碍[65]。

6 总结与展望

糖尿病是胰岛素分泌不足或功能障碍所引起的慢性代谢综合征，其持续的高血糖水平会导致全身血管损伤，逐渐发展可致大血管损伤和主要器官受损，引起多种并发症，对人体的危害极大。糖尿病及其慢性并发症已成为全世界重点关注的问题之一。

近年来，随着对丝胶的药理作用研究的深入，发现丝胶在糖尿病慢性并发症的治疗中具有一定的作用。研究表明丝胶具有调节血脂、降低血糖、改善胰岛素抵抗、改善氧化应激、改善炎症反应的作用，对于糖尿病肾脏病变、视网膜病变、肝脏伤、生殖功能障碍、认知障碍具有一定的改善及保护作用，且丝胶是天然的蛋白质，具有较好生物相容性，可避免化学合成药物导致的毒副作用。

但丝胶对于糖尿病慢性并发症的许多研究还处于实验室阶段，目前仍无法解释丝胶对于糖尿病慢性并发症的具体作用机制，未来亟待我们更加深入的研究，并探索丝胶相关临床研究的可能性，以期为丝胶应用于糖尿病并发症的临床治疗提供更多理论依据。