基于信號(hào)通路的中藥治療2 型糖尿病胰島素抵抗的研究進(jìn)展＊

李 俊，柏力萄，魏軍平＊＊

（1.北京中醫(yī)藥大學(xué)研究生院 北京 100029；2.中國中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院 北京 100053）

胰島素抵抗（Insulin Resistance，IR）是一種病理狀態(tài)，其中靶組織（主要是骨骼肌，肝臟和脂肪組織）對(duì)胰島素刺激所產(chǎn)生的生物反應(yīng)受損。前瞻性研究強(qiáng)調(diào)了胰島素抵抗在2 型糖尿?。═ype 2 diabetes mellitus，T2DM）發(fā)病機(jī)制中的重要性，并提示胰島素抵抗是未來T2DM診斷的重要預(yù)測指標(biāo)[1]。現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)代謝紊亂，炎癥反應(yīng)，氧化應(yīng)激等常引起的胰島素信號(hào)通路異常而導(dǎo)致胰島素抵抗[2,3]。2型糖尿病在全球呈一種高速增長的態(tài)勢(shì)，成人糖尿病患者人數(shù)從1980年的1.08億增加到2014年的4.22億，預(yù)計(jì)到2040年這一數(shù)字將增加到6.42 億[4]。目前針對(duì)2 型糖尿病胰島素抵抗的干預(yù)措施主要是強(qiáng)化生活方式和應(yīng)用噻唑烷二酮類、二甲雙胍等藥物，在取得療效同時(shí)其副作用也值得注意。近年來許多研究表明中藥干預(yù)IR安全有效，本文旨在從信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對(duì)近年來中藥治療2型糖尿病IR的研究作一總結(jié)。

1 胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

胰島素的生理學(xué)涉及由胰島素受體激活開始的復(fù)雜的信號(hào)傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，胰島素受體與細(xì)胞受體的結(jié)合會(huì)引發(fā)自身磷酸化，然后磷酸化細(xì)胞內(nèi)受體底物1 和2（IRS-1/IRS-2）[5]。現(xiàn)有研究已經(jīng)確定了胰島素信號(hào)傳導(dǎo)途徑中的幾種上游和下游關(guān)鍵信號(hào)分子：包括磷酸肌醇3-激酶途徑（PI3K/Akt），已知其參與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（GLUT4）從細(xì)胞內(nèi)囊泡向細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)并促進(jìn)脂肪組織和骨骼肌的葡萄糖攝取；絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）和c-Jun 氨基末端激酶（JNK）途徑等。這些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的關(guān)鍵參與者無疑是藥物干預(yù)胰島素抵抗的潛在目標(biāo)。胰島素抵抗的特征在于受體濃度和激酶活性降低等多種信號(hào)通路缺陷，包括PI3K活性，IRS-1和IRS-2的濃度和磷酸化，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的易位。代謝紊亂和炎癥促進(jìn)IL-6、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等細(xì)胞因子釋放常導(dǎo)致胰島素信號(hào)通路異常，也為我們提供了理解生理應(yīng)激，肥胖和飲食等促進(jìn)胰島素抵抗的框架。

2 中藥治療胰島素抵抗的可能信號(hào)靶標(biāo)

2.1 胰島素受體底物

胰島素受體屬于受體酪氨酸激酶亞家族，大多數(shù)胰島素信號(hào)通過酪氨酸調(diào)節(jié)IRS-1 或其同源物IRS-2的磷酸化，IRS-1 是胰島素受體的主要底物[6]。IRS 在介導(dǎo)胰島素作用方面具有組織變異性，IRS-1和IRS-2分別在骨骼肌和肝臟中起作用[7]。研究表明，肝臟IRS-1和IRS-2在肝臟代謝控制中具有互補(bǔ)作用，IRS-1 與葡萄糖穩(wěn)態(tài)密切相關(guān)而IRS-2 與脂質(zhì)代謝的關(guān)系更密切[8,9]。IRS-1 和IRS-2 的表達(dá)不足可導(dǎo)致胰島素抵抗[10]。金利達(dá)顆?？赏ㄟ^增加IRS-1 mRNA 和蛋白的表達(dá)來提高脂肪誘導(dǎo)的胰島素抵抗ApoE-/-小鼠骨骼肌中的胰島素敏感性[11]。IRS 的異常磷酸化也是胰島素抵抗的重要機(jī)制之一。在磷酸化位點(diǎn)Ser307處的絲氨酸/蘇氨酸磷酸化IRS-1 可以抑制胰島素信號(hào)傳導(dǎo)并減弱酪氨酸磷酸化水平[12]。降脂顆粒可通過增加IRS 酪氨酸磷酸化水平改善大鼠的肝臟胰島素敏感性[13]。腫瘤壞死因子-α降低胰島素受體底物酪氨酸磷酸化，是肥胖和糖尿病中胰島素抵抗的重要介質(zhì)[14]。二陳湯和苓桂術(shù)甘湯可降低飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗大鼠TNF-α水平來改善胰島素抵抗[15]，與噻唑烷二酮類的藥理作用相似。

2.2 磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B

葡萄糖主要通過磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）和5'-AMP激活激酶（AMPK）兩種信號(hào)途徑在胰島素敏感組織中代謝，前者是經(jīng)典的[16]。胰島素受體底物的酪氨酸磷酸化激活PI3K，活化的PI3K 催化4,5-2 磷脂酰肌醇（PIP2）并產(chǎn)生PIP3，其作為第二信使激活A(yù)kt，并通過調(diào)節(jié)作用激活A(yù)kt促進(jìn)代謝生物效應(yīng)的下游分子[17]。六味地黃湯可改善T2DM 大鼠肝臟胰島素抵抗，與作用與PI3K/Akt 通路相關(guān)蛋白的磷酸化和上調(diào)相關(guān)[18]。PI3K 由調(diào)節(jié)亞基p85 和催化亞基p110 組成，PI3Kp85調(diào)節(jié)亞基的基因突變常使肌肉和脂肪組織中激活PI3K的能力降低而致胰島素抵抗[19]。交泰丸通過上調(diào)骨骼肌PI3Kp85亞單位的表達(dá)，增強(qiáng)PI3K通路胰島素信號(hào)傳導(dǎo)，減輕T2DM 大鼠模型中糖尿病的發(fā)展[20]。蛋白激酶Akt2/PKB 基因突變引起的信號(hào)通路缺陷通常會(huì)削弱胰島素降低肝臟和骨骼肌血糖的能力[21]。芍藥苷可改善脂肪細(xì)胞中TNFα誘導(dǎo)的胰島素抵抗，與脂肪細(xì)胞中胰島素刺激的Akt 磷酸化恢復(fù)有關(guān)[22]。Akt2是瘦素缺乏或高脂肪飲食誘導(dǎo)的肥胖和胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)下肝臟脂質(zhì)積聚所必需的[23]。加味苓桂術(shù)甘湯通過抑制肝臟瘦素和PKB的異常升高，改善代謝綜合征大鼠的肝臟脂肪堆積和胰島素抵抗[24]。

2.3 腺苷酸活化蛋白激酶

腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）是一種保守的、普遍表達(dá)的異源三聚體絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在調(diào)節(jié)細(xì)胞能量代謝中發(fā)揮關(guān)鍵作用[25]。AMPK 在外周組織和下丘腦中整合瘦素，脂聯(lián)素，睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子和生長素釋放肽等營養(yǎng)/激素信號(hào)，在調(diào)節(jié)體內(nèi)食物攝入，體重，葡萄糖和脂質(zhì)代謝平衡中起重要作用[26,27]。在生理?xiàng)l件下，AMPK 主要以與Mg-ATP 復(fù)合的無活性形式存在，AMP濃度的增加激活A(yù)MPK。AMP與c-調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域的結(jié)合促進(jìn)上游激酶的磷酸化并引起變構(gòu)激活，并且抑制激酶結(jié)構(gòu)域激活環(huán)中Thr172的去磷酸化調(diào)節(jié)AMPK磷酸化水平[28]。AMPK可以響應(yīng)細(xì)胞應(yīng)激、運(yùn)動(dòng)和藥物而被激活。脂聯(lián)素是主要的胰島素敏化脂肪因子，有研究顯示脂聯(lián)素及其受體AdipoR1 和AdipoR2 通過激活外周組織中的AMPK 來調(diào)節(jié)葡萄糖，脂肪酸代謝并增強(qiáng)胰島素敏感性[29]。胡椒堿能顯著改善胰島素抵抗細(xì)胞模型糖代謝紊亂，其機(jī)制與上調(diào)脂聯(lián)素和瘦素的表達(dá)而激活A(yù)MPK信號(hào)通路有關(guān)[30]。脂肪細(xì)胞中的AMPK對(duì)于維持線粒體完整性以及防止?fàn)I養(yǎng)過載誘導(dǎo)的NAFLD 和胰島素抵抗至關(guān)重要[31]。加味四妙散可正調(diào)節(jié)AMPK 磷酸化有效地抑制3T3-L1脂肪細(xì)胞炎癥并改善胰島素信號(hào)傳導(dǎo)[32]。

2.4 葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體

處理外源葡萄糖負(fù)荷的主要細(xì)胞機(jī)制是胰島素刺激葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)到骨骼肌中，介導(dǎo)這種攝取的主要葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是GLUT-4[33]。營養(yǎng)過剩引起的氧化應(yīng)激通常會(huì)通過羰基化和氧化誘導(dǎo)GLUT-4 失活，相關(guān)基因變異也常導(dǎo)致GLUT-4缺乏和骨骼肌和脂肪組織的下調(diào)[34]。梔子苷對(duì)HepG2細(xì)胞胰島素抵抗有明顯改善作用，其作用可能與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)GLUT4 的表達(dá)有關(guān)[35]。GLUT4 生理作用的關(guān)鍵步驟是易位，其中GLUT-4 在Akt 底物AS160 rab GTP 酶活化蛋白的調(diào)節(jié)下從細(xì)胞內(nèi)池重新分配到質(zhì)膜[36]。木蝴蝶莖皮提取物顯著增強(qiáng)成熟3T3-L1脂肪細(xì)胞的胰島素敏感性，這可通過增加骨骼肌GLUT-4易位來證明[37]。GLUT-1和GLUT-2在葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的作用，也有研究表明二者同樣是中藥干預(yù)胰島素抵抗的靶點(diǎn)。

2.5 糖原合成激酶3

糖原合成激酶3（GSK-3）是一種普遍存在的細(xì)胞溶質(zhì)絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在哺乳動(dòng)物中主要表達(dá)為GSK-3α和GSK-3β兩種同種型，其中以GSK-3β的研究較多。GSK-3在靜止條件下具有組成型活性，并通過糖原合成酶（GS）和其他底物的磷酸化來調(diào)節(jié)人體代謝[38]。胰島素刺激的糖原和蛋白質(zhì)合成需要抑制GSK-3，其抑制作用對(duì)于胰島素激活的信號(hào)通路的正常功能至關(guān)重要，2 型糖尿病患者的骨骼肌GSK-3 活性及其表達(dá)水平顯著增加[39]。甘草黃酮能顯著降低2型糖尿病大鼠肝臟中GSK-3β的蛋白表達(dá)量，這可能是其改善胰島素抵抗的重要機(jī)制[40]。GSK-3的異常過度活性也可能通過IRS-1 的磷酸化限制IR 介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)。白藜蘆醇可增加磷酸化GSK-3β并增加糖尿病大鼠肝臟和胰島素抵抗HepG2細(xì)胞中磷酸化IRS的蛋白質(zhì)水平[41]。

2.6 核因子-κB

核因子-κB（NF-κB）是序列特異性轉(zhuǎn)錄因子，是炎癥反應(yīng)的主要調(diào)節(jié)因子，包括對(duì)炎癥和氧化應(yīng)激的反應(yīng)[42]。在靜止?fàn)顟B(tài)下，NF-κB 以無活性形式與細(xì)胞質(zhì)中的抑制劑亞基IκB 結(jié)合。IKK-β是急性炎癥期間激活所必需的，磷酸化激活的IKKβ誘導(dǎo)IκB 激酶α的磷酸化，IκBα磷酸化IκB 并導(dǎo)致IκB 的蛋白水解，隨后暴露核識(shí)別位點(diǎn)的NF-κB，NF-κB 被刺激細(xì)胞核，導(dǎo)致相關(guān)靶基因如炎性細(xì)胞因子的表達(dá)[43]。阻斷核因子-κB 信號(hào)傳導(dǎo)改善胰島素抵抗并防止糖尿病的發(fā)展。交泰丸可逆性增加SD 大鼠睡眠喪失引起的全身炎癥和胰島素抵抗標(biāo)志物，這些變化與NF-κBmRNA的表達(dá)下調(diào)關(guān)系密切[44]。杜仲多糖改善鏈脲佐菌素致糖尿病小鼠胰島素抵抗的作用與降低胰腺中NF-κB蛋白含量有關(guān)[45]。因此，NF-κB可能是肥胖，胰島素抵抗，糖尿病等有潛力的治療靶標(biāo)。

2.7 P38絲裂原活化蛋白激酶

絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）及其下游靶標(biāo)是細(xì)胞對(duì)環(huán)境物理和化學(xué)性質(zhì)變化的反應(yīng)的重要信號(hào)模塊[46]。已知MAPK 在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中至少存在p38 激酶、ERK1/2、ERK5 和Jun 氨基末端激酶（JNK1-3））四個(gè)亞家族。胰島素響應(yīng)組織中的肥胖和炎癥相關(guān)的應(yīng)激反應(yīng)激活肝臟中MAPK，這被認(rèn)為會(huì)損害胰島素作用和脂質(zhì)代謝[47]。黃芩苷在逆轉(zhuǎn)飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠中高脂飲食誘導(dǎo)的葡萄糖耐受不良和胰島素抵抗中起重要作用，其機(jī)制與下調(diào)p-p38 MAPK 水平有關(guān)[48]。ROS 介導(dǎo)的p38MAPK 應(yīng)激反應(yīng)信號(hào)的激活已被認(rèn)為是胰島素信號(hào)傳導(dǎo)損傷和肝胰島素抵抗的原因之一。中藥制劑津力達(dá)具有抗氧化作用和上調(diào)胰島素信號(hào)通路的作用，與降低p38MAPK減輕高脂喂養(yǎng)大鼠的氧化應(yīng)激有關(guān)[49]。

2.8 c-Jun-N末端激酶

c-Jun-N 末端激酶（JNK）是絲裂原活化蛋白激酶家族的成員，哺乳動(dòng)物中存在三種JNK同種型，其表達(dá)存在組織特異性。細(xì)胞因子、ROS、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和游離脂肪酸等激活JNK，并在代謝紊亂如肥胖，胰島素抵抗和2型糖尿病中發(fā)揮關(guān)鍵作用[50]。枸杞多糖處理可有效抑制高脂飲食誘導(dǎo)小鼠的磷酸化JNK 水平，并通過PI3K/AKT/Nrf2軸降低活性氧（ROS）水平，作為新型抗高脂血癥誘導(dǎo)的胰島素抗性氧化劑[51]。非酯化脂肪酸等應(yīng)激因素通常被認(rèn)為通過JNK途徑誘導(dǎo)IRS-1的絲氨酸磷酸化抑制并損害胰島素信號(hào)[52]。桑葉提取物對(duì)大鼠高能量飲食和有毒化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)的高血糖及胰島素敏感性恢復(fù)有潛在保護(hù)作用，可能與上調(diào)肝臟中JNK 和其他相關(guān)蛋白的磷酸化以促進(jìn)IRS-1磷酸化有關(guān)[53]。

2.9 核因子E2相關(guān)因子2/抗氧化反應(yīng)原件

核因子紅細(xì)胞2 相關(guān)因子2（Nrf2）是抗氧化信號(hào)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在維持氧化還原穩(wěn)態(tài)中起著至關(guān)重要的作用。在生理?xiàng)l件下，Nrf2 通過與內(nèi)源性抑制劑Keap1 結(jié)合而保留在細(xì)胞質(zhì)中，后者介導(dǎo)蛋白酶體的快速蛋白質(zhì)化和隨后的Nrf2 降解。在外源和內(nèi)源氧化脅迫下，Nrf2 變得穩(wěn)定并從Keap1/Nrf2 復(fù)合物中釋放，Nrf2 降解被抑制，Nrf2 在細(xì)胞核中積累，協(xié)同增強(qiáng)各種抗氧化酶基因的表達(dá)[54]。許多研究表明，增加Nrf2 信號(hào)可以抑制氧化應(yīng)激，改善胰島素和瘦素抵抗[55]。枸杞多糖誘導(dǎo)Nrf2/ARE 途徑減少高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠肝臟和HepG2 細(xì)胞中的氧化應(yīng)激以維持外周胰島素敏感性[51]。

2.10 過氧化物酶體增殖物激活受體

過氧化物酶體增殖物激活受體（PPARs）是參與脂肪細(xì)胞分化，脂質(zhì)和碳水化合物代謝以及脂肪因子合成的基因轉(zhuǎn)錄控制的核受體。PPARγ在脂肪細(xì)胞，肌肉細(xì)胞，肝臟和腎臟中高度表達(dá)，并且被認(rèn)為是葡萄糖穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)劑[56]。現(xiàn)有的胰島素增敏藥物噻唑烷二酮類是PPARγ的有效激動(dòng)劑。肝組織中的PPARγ表達(dá)和PPARγ共激活因子1α（PGC1α）是PPAR介導(dǎo)的脂肪酸氧化轉(zhuǎn)錄共激活因子[57]。糖耐康治療可以去乙?；约せ頟GC1α并與PPAR表達(dá)協(xié)同增強(qiáng)脂肪酸氧化并改善大鼠的胰島素水平，可改善糖尿病前期患者的葡萄糖代謝異常[58]。

2.11 蛋白酪氨酸磷酸酶1B

蛋白酪氨酸磷酸酶1B 屬于蛋白酪氨酸磷酸酶（PTP）家族，并且具有以含有半胱氨酸（Cys215）和精氨酸（Arg221）的11 個(gè)氨基酸序列基序?yàn)樘卣鞯拇呋Y(jié)構(gòu)域。作為胰島素信號(hào)級(jí)聯(lián)的負(fù)調(diào)節(jié)因子，PTP1B過表達(dá)抑制IR和IRS-1的酪氨酸磷酸化，增強(qiáng)絲氨酸磷酸化，從而終止胰島素信號(hào)傳導(dǎo)[59]。荔枝核多酚可顯著降低PTP1B的表達(dá)，降低IRS-1的絲氨酸磷酸化，改善胰島素抵抗HepG2 細(xì)胞的胰島素敏感性[60]。因此，PTP1B抑制劑是一類有前景的胰島素敏化劑。

3 總結(jié)與展望

IR 是2 型糖尿病發(fā)病的主要機(jī)制，貫穿于發(fā)病的始終，中醫(yī)藥干預(yù)胰島素抵抗具有多通路、多環(huán)節(jié)、多靶點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，而且著眼于整體調(diào)節(jié)，可以明顯改善患者癥狀和提高生活質(zhì)量，應(yīng)用前景廣闊。本文基于胰島素轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)通路對(duì)中藥治療胰島素抵抗的主要靶標(biāo)作了概述，有助于深入了解中藥治療2 型糖尿病胰島素抵抗的作用機(jī)制，其它如mTOR 通路、NOS 通路、ncRNA和miRNA等也在胰島素抵抗中起著重要作用，還有待進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。從以上文獻(xiàn)可以看出，中藥干預(yù)胰島素抵抗的研究主要集中在中藥單體和活性成分相關(guān)的動(dòng)物、細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，且對(duì)胰島素抵抗缺乏規(guī)范統(tǒng)一的診斷和療效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，信號(hào)靶點(diǎn)機(jī)制在中醫(yī)整體觀、系統(tǒng)論理念方面尚有不足，因此從臨床出發(fā)，以信號(hào)通路為靶標(biāo)的復(fù)方新藥研發(fā)策略或許是中藥研究的新思路[61]，可以實(shí)現(xiàn)整體最佳的療效目標(biāo)，充分發(fā)揮多種治療原則和多種作用機(jī)理導(dǎo)向下所開發(fā)的各種中藥活性成分的優(yōu)勢(shì)。