黃精多糖對(duì)糖尿病動(dòng)物模型的保護(hù)機(jī)制研究進(jìn)展

任群利，劉建國，胡 歡，李 晉，王 倩，2，王 苗

（1.遵義醫(yī)科大學(xué)生命科學(xué)研究院貴州省普通高等學(xué)校微生物資源與藥物開發(fā)特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州遵義563000；2.遵義醫(yī)科大學(xué)生命科學(xué)研究院 貴州省普通高等學(xué)?？谇患膊⊙芯刻厣攸c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州遵義563000；3.遵義醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，貴州 遵義563000；4.遵義醫(yī)科大學(xué)生命科學(xué)研究院 貴州省普通高等學(xué)校傳染病與生物安全特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州遵義563000）

黃精為百合科植物黃精P.sibiricumRed.、滇黃精P.kingianumColl.et Hemsl.或多花黃精P.cyrtonemaHua的干燥根莖，是中國傳統(tǒng)的藥食同源植物和大宗藥材，具有補(bǔ)氣養(yǎng)陰、健脾、潤肺、益腎等功能［1-2］。而黃精多糖（polygonatum sibiricum polysaccharides，PSP）是黃精的主要活性成分［3］。近年來發(fā)現(xiàn)黃精多糖對(duì)糖尿病及其并發(fā)癥有較好的預(yù)防保護(hù)和治療作用，可改善糖脂代謝、降血糖，是治療糖尿病的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，也是質(zhì)量標(biāo)志物的主要選擇［4］，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值及市場(chǎng)前景。糖尿病的患病率呈現(xiàn)速度不斷上升和年輕化的趨勢(shì)，我國糖尿病患者的總數(shù)位居世界第1位，對(duì)糖尿病的研究具有深遠(yuǎn)意義。本研究根據(jù)已有的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，對(duì)黃精多糖防治糖尿病的作用機(jī)制以及對(duì)重要器官的保護(hù)作用做一綜述。

1 黃精多糖抑制糖尿病的作用途徑

黃精多糖治療糖尿病常用大小鼠制備動(dòng)物模型，可通過空腹大劑量一次注射和小劑量多次注射鏈脲佐菌素、鏈脲佐菌素加高脂高熱量飼料喂養(yǎng)、長期飼喂高糖高熱量飼料以及四氧嘧啶誘導(dǎo)糖尿病。鏈脲佐菌素（streptozotocin，STZ）誘導(dǎo)的糖尿病模型是目前國內(nèi)外使用較多的一種制備糖尿病動(dòng)物模型的方法，對(duì)照組腹腔注射等量無菌檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液［5-13］。利用鏈脲佐菌素注射的同時(shí)，可輔助添加高脂高熱量飼料，高脂飼料的添加可在注射鏈脲佐菌素之前，之后或者同時(shí)進(jìn)行［14-17］。長期飼喂高糖、高熱量飼料也容易誘發(fā)糖尿?。?8-19］。四氧嘧啶誘導(dǎo)糖尿病模型與人類Ⅰ型糖尿病類似，故作為黃精多糖治療糖尿病模型的常用藥物［20-21］。

在糖尿病動(dòng)物模型構(gòu)建成功的基礎(chǔ)上，研究表明黃精多糖能降低其實(shí)驗(yàn)性動(dòng)物血糖和血清糖化血紅蛋白、調(diào)節(jié)糖代謝、降低血脂。由于黃精多糖在降血糖方面的多功能活性，近年來對(duì)其治療機(jī)制和作用途徑研究日益增加。

1.1 提高胰島素水平、抑制胰島細(xì)胞凋亡

李友元等［22］實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)黃精多糖可顯著降低糖尿病鼠血糖和血清糖化血紅蛋白濃度，并明顯提高胰島水平及C肽水平。公惠玲等［7］研究發(fā)現(xiàn)，黃精多糖能提高血清胰島素（insulin，INS）含量，改善胰島形態(tài)，增強(qiáng)INS表達(dá)，抑制胰島細(xì)胞凋亡率和caspase-3表達(dá)。徐茂紅等［21］研究顯示PSP能夠降低四氧嘧啶糖尿病小鼠血清中的一氧化氮及一氧化氮合酶含量，保護(hù)其胰島，促進(jìn)胰島素分泌。王藝等［13］研究發(fā)現(xiàn)，黃精多糖能改善STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠胰腺組織形態(tài)，增多胰島細(xì)胞，明顯提高組織胰島素及C-肽表達(dá)量、增強(qiáng)胰島素敏感性，改善糖尿病大鼠胰島素抵抗。PSP可以降低實(shí)驗(yàn)小鼠空腹血糖值、空腹胰島素水平，提高胰島素受體IRS-2的表達(dá)［18］。

1.2 減少氧化應(yīng)激損傷

超氧化物歧化酶（orgotein superoxide dismutase，SOD）和丙二醛（malondialdehyde，MDA）反映了細(xì)胞氧化應(yīng)激的水平，是氧化應(yīng)激病理的重要生化指標(biāo)。有研究顯示，PSP能提高血清和肝臟組織中的總超氧化物歧化酶（total SOD，T-SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSHPx）活性，降低MDA含量，說明PSP可能通過抗氧化作用對(duì)糖尿病小鼠有一定的保護(hù)作用［20］。周媛媛等［23］研究發(fā)現(xiàn)在使用黃精多糖的小鼠中，各組SOD水平均高于對(duì)照組，而MDA水平均低于照組低，黃精多糖能增強(qiáng)其抗氧化能力。對(duì)血漿中的SOD、MDA的活性含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示黃精多糖能夠抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，減輕STZ誘導(dǎo)糖尿病大鼠的高血糖和減少氧化應(yīng)激［24］。

1.3 抑制糖基化終產(chǎn)物受體mRNA的表達(dá)量

腦組織糖基化終產(chǎn)物（advanced glycation end product，AGE）mRNA表達(dá)研究表明，糖尿病模型組實(shí)驗(yàn)鼠值增加，糖基化終產(chǎn)物受體（receptor for AGE，RAGE）/β-actin相對(duì)值明顯增高，應(yīng)用黃精多糖治療后，治療組各值較模型組降低［25］。李友元等［22］發(fā)現(xiàn)黃精多糖可通過顯著下調(diào)糖尿病鼠心、腎組織糖基化終產(chǎn)物受體mRNA的高表達(dá)來抑制糖基化終產(chǎn)物的結(jié)合位點(diǎn)及與其受體結(jié)合后的一系列細(xì)胞生物反應(yīng)。王藝等［12］在PSP延緩糖尿病大鼠眼部并發(fā)癥的進(jìn)程中得到黃精多糖可保護(hù)糖尿病誘發(fā)的眼部病變，是通過抑制糖基化終產(chǎn)物。

1.4 改善纖維化、抑制炎癥

AGE及RAGE活化后可參與多種病理過程，通過介導(dǎo)活化核因子κB（NF-κB）、白介素-1β（IL-1β）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）產(chǎn)生炎癥反應(yīng)［26］。研究發(fā)現(xiàn)，黃精多糖能明顯減少Toll樣受體4（TLR4）、NF-κB、巨 噬 細(xì) 胞 游 走 抑 制 因 子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）蛋白表達(dá)，能通過抑制炎性反應(yīng)保護(hù)心肌［9］。付婷婷等［10］研究得出，黃精多糖能降低腎臟組織中轉(zhuǎn)化生長因子-β1（TGF-β1）、內(nèi)皮素-1（endothelin-1，ET-1）、I型膠原蛋白抗體（Col-I）蛋白表達(dá)，能抑制纖維化因子。此外，張忠英等［11］發(fā)現(xiàn)黃精多糖可能促進(jìn)心肌組織中骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein 7，BMP-7）影響TGF-β1/Smads信號(hào)通路表達(dá)從而改善糖尿病大鼠心肌纖維化。

1.5 減輕肝細(xì)胞脂肪變性

糖尿病過程中糖脂代謝紊亂，結(jié)果造成糖原和脂質(zhì)在肝臟的堆積及肝微血管病變最終形成脂肪肝甚者形成肝硬化，HE染色結(jié)果顯示黃精多糖可使糖尿病肝臟的脂肪變性得到及時(shí)控制，肝細(xì)胞脂肪變性減小，肝細(xì)胞排列基本規(guī)則，其機(jī)制可能與明顯降低固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c（sterol-regulatory element-binding protein-1c，SREBP-1c）和硬脂酰輔酶A去飽和酶-1（steroylcoA desaturase-1，SCD-1）蛋白表達(dá)有關(guān)［15］。

1.6 調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能

腸道菌群酵解多糖后產(chǎn)生的短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFAs）不僅為宿主細(xì)胞提供能量，也為腸道菌群的繁殖提供營養(yǎng)，促進(jìn)益生菌或共生菌的生長。王艷芳［19］通過16SrDNA測(cè)序結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，滇黃精多糖能夠下調(diào)Firmicutes和Bacteroidetes比例，降低Proteobacteria相對(duì)豐度，同時(shí)降低Lactobacillus和Psychrobacter的相對(duì)豐度，可有效改善腸道菌群組成，提高SCFAs菌的相對(duì)豐度，增加SCFAs含量，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的修復(fù)，降低腸道通透性。

2 黃精多糖保護(hù)糖尿病機(jī)體的重要器官

2.1 保護(hù)腎臟、胸腺和脾臟

黃精多糖能通過降低小鼠腎組織RAGEmRNA的表達(dá)改善糖尿病腎病癥狀，從而保護(hù)腎臟［27］。研究表明，黃精多糖能抑制高血糖介導(dǎo)的一系列腎臟損傷反應(yīng)，減輕腎組織氧化應(yīng)激損傷，直接或間接抑制局部腎素-血管緊張素系統(tǒng)活性，降低腎組織內(nèi)血管緊張素Ⅱ（AgⅡ）水平，減少AgⅡ相關(guān)的腎臟損害，改善腎臟肥大指數(shù)，改善反映腎臟病變的尿微量白蛋白，血肌酐，尿素氮水平［28］。付婷婷［10］研究證實(shí)ET-1顯著上調(diào)血清誘導(dǎo)的擴(kuò)散和TGF-β1誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)沉積，因而ET-1表達(dá)降低可致TGF-β1表達(dá)降低［29］，從而減少細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）生成和積聚所引起的糖尿病腎臟損傷。此外，公惠玲等［20］研究發(fā)現(xiàn)，黃精多糖可以提高糖尿病小鼠的胸腺和脾臟指數(shù)，表明PSP可能降低氧化應(yīng)激，對(duì)糖尿病小鼠胸腺和脾臟起到一定的保護(hù)作用。

2.2 保護(hù)心、腦血管及肝臟

黃精多糖對(duì)心、腦血管及肝臟有較好保護(hù)作用，可下調(diào)心臟組織中RAGE mRNA的表達(dá)，保護(hù)乳鼠心肌細(xì)胞及肝臟的氧化應(yīng)激損傷［13,30］。PSP能保護(hù)高血糖狀態(tài)下及RAGE介導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)所致的缺血、缺氧狀態(tài)下受損腦組織的作用［25,27］，灌胃PSP后，檢測(cè)糖尿病小鼠海馬組織P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）的表達(dá)水平為顯著增加，其可能是一種P-gp誘導(dǎo)劑，對(duì)糖尿病小鼠腦組織損傷具有保護(hù)作用［8］。糖尿病模型中肝損傷較為嚴(yán)重，PSP可調(diào)解糖尿病大鼠糖脂代謝及降低肝臟SREBP-1c和SCD-1蛋白表達(dá)［15］，也可降低氧化應(yīng)激［20］，從而保護(hù)肝臟。

2.3 保護(hù)眼

研究表明，糖尿病并發(fā)癥會(huì)引起眼部損傷，由白內(nèi)障引起的失明是糖尿病的一種重要的長期并發(fā)癥，糖尿病性視網(wǎng)膜病變也是糖尿病最重要的致盲的并發(fā)癥之一。有研究通過建立STZ糖尿病模型，發(fā)現(xiàn)黃精多糖呈劑量-效應(yīng)降低大鼠眼白內(nèi)障發(fā)病時(shí)間及發(fā)病率，以及改變視網(wǎng)膜病變的嚴(yán)重程度及視網(wǎng)膜功能，對(duì)糖尿病眼部病變發(fā)揮保護(hù)作用［12］。

3 展望

黃精是中國傳統(tǒng)的藥食同源植物和大宗藥材［2］，產(chǎn)量較大，經(jīng)濟(jì)效益較高。隨著對(duì)黃精藥理作用、藥物化學(xué)及臨床研究的逐步深入，已知黃精具有降血糖，抗氧化和抗衰老，抑制老年癡呆和改善學(xué)習(xí)記憶，擴(kuò)張血管，抗菌和抗病毒及免疫調(diào)節(jié)等作用［31］。但目前隨著黃精屬藥用植物的廣泛應(yīng)用以及價(jià)格不斷上漲，出現(xiàn)混用、濫用現(xiàn)象，在一定程度上限制了黃精的臨床規(guī)范應(yīng)用。黃精活性成分黃精多糖治療糖尿病的機(jī)制從分子生物學(xué)領(lǐng)域，再到微生物學(xué)，開拓了研究視野，從微生物組學(xué)的角度探討黃精多糖對(duì)糖尿病的控制機(jī)制，為黃精多糖在糖尿病患者飲食輔助的治療應(yīng)用中提供重要的參考價(jià)值，對(duì)糖尿病防控和促進(jìn)中藥黃精資源的深度開發(fā)有著重要意義［32-33］。目前，對(duì)于黃精多糖治療糖尿病微生物方面研究尚少，本研究從黃精多糖抑制糖尿病的作用途徑及機(jī)制出發(fā)，總結(jié)其對(duì)器官的保護(hù)作用，了解微生物與糖尿病之間的關(guān)系。將微生物調(diào)控作為預(yù)防和治療糖尿病的機(jī)理仍有待深入研究，并為糖尿病的監(jiān)測(cè)、預(yù)防和治療提供新的思路。