葛根素对糖尿病及其并发症的治疗作用和机制研究进展

摘要:葛根素是传统中药葛根中黄酮类化合物的主要有效成分之一，近年来发现其在治疗糖尿病及其并发症方面具有一定效果。葛根素治疗糖尿病的相关机制主要有降低血糖水平，改善胰岛素抵抗、提高胰岛素敏感性，抗氧化应激、清除自由基及抑制Maillard反应、减少非酶糖基化终产物(AGEs)形成等。葛根素还可通过减少AGEs生成、抑制蛋白激酶C(PKC)激活、抑制肾素—血管紧张素系统激活、抗氧化应激等作用延缓糖尿病性心血管病变、糖尿病肾病及糖尿病视网膜病变的进展。葛根素单独应用效果并不理想，可作为糖尿病及其并发症辅助治疗的一种选择。

doi: 10．3969/j．issn．1002-266X．2015．015．037

基金项目:澳门科学技术发展基金(021/2012/A1) ;澳门大学研究基金(MRG007/CXP/2013/ICMS)。

通信作者:陈修平

葛根为豆科多年生落叶藤本植物或甘葛藤根，是中医临床常用的解表中药，具有发表解肌、生津止渴、升阳止泻等功效。葛根主要含淀粉和黄酮类成分，后者被认为是其主要药效物质基础，包括葛根素、大豆甙元、大豆甙、甲氧基葛根素、染料木素、刺芒柄花素等。葛根素是葛根黄酮中含量最多的有效成分。研究表明，葛根素治疗酒精依赖、心绞痛、心肌梗死 ［1］、脑缺血 ［2］等均有一定效果。近年来，不少学者将葛根素用于糖尿病及其并发症的治疗，取得积极的疗效。现就葛根素治疗糖尿病及其并发症的作用和机制的研究进展综述如下。

1　葛根素对糖尿病的治疗作用及机制

1．1　降血糖　在链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病大鼠模型中，葛根素可显著降低血糖水平，增加动物体质量，作用呈剂量依赖性 ［3］，快速静注葛根素在降低糖尿病大鼠血糖水平的同时也降低正常大鼠的血糖水平，但对后者的作用较前者弱;在糖尿病小鼠模型试验中，葛根素也能显著降低血糖水平 ［4］。研究表明，葛根素的降糖作用可能机制包括:升高血清胰岛素水平，上调胰岛内胰岛素受体底物-1(IRS-1)和胰岛素样生长因子-1表达;促进骨骼肌对葡萄糖的摄取，诱导葡萄糖转运体4(GLUT4) mRNA及其蛋白表达;上调骨骼肌胰岛素受体(InsR)和过氧化物酶体增殖活化受体α(PPARα)表达;促进脂肪细胞分化，上调过氧化物酶体增殖活化受体γ (PPARγ)、脂肪细胞特异性脂肪酸结合蛋白aP2及GLUT4表达 ［4］等。此外，激活α 1肾上腺受体，促进β-内啡肽的分泌也可能是其作用机制之一。有学者 ［5］对STZ诱导的糖尿病大鼠模型行双侧肾上腺切除术，发现葛根素的降糖作用及增加β-内啡肽分泌的作用消失。

1．2　改善胰岛素抵抗(IR) IR的发生机制复杂，不仅与遗传因素有关，还和胰岛素信号转导缺陷、物质代谢异常、脂肪源性细胞因子的异常、氧化应激及炎症介质等诸多因素有关。但IR的确切机制尚未明确。在氢化可的松琥珀酸钠(HCSS)诱导的IR小鼠模型中，葛根素可显著降低小鼠血清胰岛素水平，并提高胰岛素敏感性指数，作用具有剂量依赖性 ［4］。有学者 ［4］对2型糖尿病患者采用静滴葛根素治疗2周，发现患者IR得到明显改善，胰岛素敏感性提高。葛根素改善IR的机制可能与以下几方面有关:降低血清胰岛素和血糖水平，保护胰岛β细胞，提高机体对胰岛素的敏感性。葛根素能显著改善实验性糖尿病IR，其作用机制包括:通过降低血清胰岛素水平和血糖来保护胰岛β细胞与肝细胞功能，另则通过降低血浆中TC、TG、TNF-α水平，调节肝细胞NOS活性与NO合成，抑制胰岛素降解酶(IDE)基因表达，改善肝脏及外周组织对胰岛素的敏感性。

1．3　抗氧化应激　氧化应激在糖尿病及其并发症的发生发展中起重要作用，其机制可能与抑制诱导型—氧化氮合酶(iNOS)表达和NF-κB活化有关。使用抗氧化剂改善氧化应激对机体造成的损伤，可推迟或阻断糖尿病及血管并发症的发生发展 ［6］。研究证实，葛根素有清除自由基及抗氧化应激的作用。在STZ诱导的糖尿病大鼠模型中，葛根素可显著提高超氧化物歧化酶(SOD)活性，增加过氧化氢酶(CAT)及谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、一氧化氮(NO)水平，降低丙二醛(MDA)水平，提高机体抗氧化能力，减轻脂质过氧化损伤 ［7］，其抗糖尿病作用被认为是通过抑制氧化应激与抑制TGF-β 1/ Smad2通路而实现的 ［3］。在EA．hy926内皮细胞，葛根素可通过作用于雌激素受体依赖的PI3K/AKT通路及钙依赖的钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ/ AMPK通路诱导内皮型一氧化氮合酶(eNOS)磷酸化，刺激NO生成，抗氧化剂如超氧化物歧化酶(SOD)可恢复内皮功能 ［8］。此外，葛根素还可下调糖尿病大鼠的视网膜色素上皮(RPE)细胞过氧亚硝基、iNOS、补体3和Fas/FasL的表达，减少RPE细胞的凋亡 ［9］。

1．4　抑制Maillard反应　Maillard反应又称蛋白质非酶糖基化反应。即葡萄糖与蛋白质在体内发生非酶促反应形成早期糖基化产物，通过氧化、重排、交联等途径，形成不可逆的非酶糖基化终产物(AGEs)。AGEs能和蛋白质发生交联，影响蛋白质的正常功能和结构，这和糖尿病微血管并发症的发生与发展有密切的联系。AGEs的蓄积与糖尿病并发症的发生有关。在体外研究中，葛根素可抑制血清白蛋白和D-葡萄糖共孵育时及葡萄糖腹膜透析液中的AGEs的形成 ［10］。葛根素可抑制AGEs对牛视网膜微血管周细胞的损伤、抑制AGEs与氧化性低密度脂蛋白诱导的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)凋亡 ［11］。在D-半乳糖诱导的糖基化模型大鼠中，葛根素可降低大鼠血糖水平，增加胰岛素敏感指数，抑制AGEs生成。此外，有研究显示，在STZ诱导的糖尿病大鼠模型中，葛根素可显著减少主动脉中AGEs的沉积、下调主动脉中AGEs受体RAGE mRNA表达。葛根素还能抑制AGEs诱导的HUVECs的内皮型—氧化氮合酶(eNOS)活性下降，但对内皮细胞内MDA含量无影响。还有研究发现，葛根素可降低糖尿病大鼠肾脏、视网膜中AGEs水平及RAGE的表达 ［7，12］。

2　葛根素对糖尿病并发症的治疗作用及机制

2．1　心血管并发症　糖尿病心血管并发症是糖尿病致死、致残的主要原因，其发生机制与高血糖、高胰岛素、多元醇途径激活、氧化应激反应增强、蛋白激酶C(PKC)激活、血管炎症和血管细胞因子异常表达等有关。内皮细胞损伤、功能失调在其中发挥重要作用。研究表明，腹腔注射葛根素可降低糖尿病大鼠的血糖水平、减少血清心肌酶(CK-MB)水平、抑制心肌组织中RAGE mRNA的表达，从而减轻AGEs对心肌的损伤 ［13］。在STZ诱导的1型糖尿病模型中，葛根素可显著降低心肌胶原含量及心肌线粒体MDA含量、下调心肌线粒体ROS水平、增强线粒体SOD活性，从而减轻心肌线粒体氧化应激损伤，改善心功能 ［14］。有学者发现，葛根素可减轻糖尿病大鼠心肌过氧化损伤，抑制心肌组织中NF-κB表达，改善心功能和心肌超微结构 ［15］;并可上调VEGF、eNOS表达，诱导血管新生，改善心肌梗死大鼠的心肌功能 ［16］。张玲等 ［17］认为葛根素能激活成肌细胞C2C12上的α1A受体，增加葡萄糖的摄入，改善IR;上调心肌细胞中Bcl-2的表达，降低线粒体膜对细胞色素C的通透性，抑制Caspase-3通路激活，减少心肌细胞凋亡。此外，葛根素还可增加糖尿病大鼠心肌组织中PPAR-γ、GLUT-4的表达，促进心肌细胞对葡萄糖的摄取，减轻氧化应激导致的心肌损伤 ［18］。

2．2　糖尿病肾病　糖尿病肾病是常见的糖尿病并发症，可能与AGEs的生成、PKC的激活、肾素—血管紧张素—醛固酮系统(RAS)的激活、氧化应激增强等有关。临床试验结果显示，葛根素注射液能明显降低糖尿病患者的尿白蛋白 ［19］。葛根素灌胃12周可显著下调糖尿病大鼠肾小球细胞膜上PKC的活性，减少尿白蛋白排泄，延缓肾脏病理改变。还有研究表明，葛根素有抗氧化作用，可降低醛糖还原酶活性，抑制多元醇途径的激活，减少肾组织中AGEs形成，下调TGF-β 1表达，减轻高糖引起的肾损伤并抑制氧化应激反应 ［12］，延缓肾脏早期病理变化。此外，葛根素还可降低大鼠肾脏中Ang-Ⅱ水平并抑制RAS系统激活 ［20］，抑制2型糖尿病大鼠肾脏组织中Ⅳ型胶原、纤维连接蛋白(FN)、血小板衍化生长因子-BB(PDGF-BB)、RAGE表达 ［21～24］，从而改善糖尿病大鼠肾脏功能。

2．3　糖尿病视网膜病变　糖尿病视网膜病变是导致糖尿病患者失明的主要原因之一，其发生多与AGEs、氧化应激、多元醇代谢、IGF-1及VEGF表达增加、PKC激活、RAS激活等有关。在STZ诱导的糖尿病大鼠模型中，葛根素可显著提高血清和视网膜中SOD活性，抑制RAGE和VEGF的表达 ［7］，阻断AGE-RAGE途径 ［25］。葛根素还能减轻AGEs对牛视网膜微血管周细胞的损伤，抑制AGEs诱导的RPE细胞增殖，下调低氧诱导因子-1(HIF-1)表达;并可阻止p38MAPK通路活化，抑制氧化应激反应 ［26］。在STZ大鼠，葛根素可显著降低过氧化亚硝基阴离子水平，下调RPE和晶状体上皮细胞中iNOS的表达，抑制RPE细胞的凋亡 ［27，28］。陈放等 ［29］研究表明，葛根素可抑制NF-κB激活，减少视网膜神经细胞凋亡，改善神经视网膜功能，延缓视网膜病理超微结构的改变。

总之，葛根素具有降糖、改善IR、拮抗AGEs-AGE系统等作用，对治疗糖尿病及其并发症均有一定效果。但葛根素与临床常用的抗糖尿病药物相比药效较弱，单独应用难以达到理想治疗效果，将来可用于糖尿病及其并发症的辅助治疗。