黃芪及其提取物治療糖尿病心肌病的藥理機制研究進展

侯可可 陳琳 沙雯君 楊蕓藝 徐媛穎 雷濤

糖尿病性心肌病(diabetic cardiomyopathy,DCM)是一類由高血糖和胰島素抵抗引起的且不能用高血壓、冠狀動脈疾病、心臟瓣膜病以及病毒等其他原因來解釋的心肌結(jié)構(gòu)和功能改變。DCM的病理機制十分復(fù)雜,主要表現(xiàn)為糖脂能量代謝障礙相關(guān)的體內(nèi)炎癥激活及氧化應(yīng)激,導(dǎo)致心肌纖維化、微血管病變,最終心肌細胞凋亡、壞死[1]?，F(xiàn)代藥理學研究表明,黃芪有效成分多樣,主要包括黃酮類、皂苷類、多糖類及氨基酸類物質(zhì)[2],具有改善糖脂代謝、調(diào)節(jié)免疫、改善心肌結(jié)構(gòu)、抗糖尿病等作用。近年來,有許多研究表明,黃芪及其提取物對DCM具有確切的治療作用,但是關(guān)于黃芪治療DCM的文獻總結(jié)性說明較少,故本文針對近年來黃芪及其含有的有效成分治療DCM的作用機制進行總結(jié),為后續(xù)黃芪治療DCM的進一步開發(fā)提供參考。

1 改善心肌代謝障礙

機體的能量主要來自糖、脂代謝。心肌代謝障礙是糖尿病心肌病發(fā)展的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),主要包括糖脂和能量代謝障礙。有研究表明,黃芪的多種成分均具有改善糖脂及能量代謝的作用,如黃芪甲苷(astragaloside Ⅳ,ASIV)可以明顯降低糖尿病(diabetes mellitus,DM)大鼠的心肌糖脂代謝水平[3],黃芪總苷(astragalosides,AST)可降糖和脂肪酸水平[4],黃芪多糖(astragalus polysaccharide,APS)不僅可降血糖[5],還可以改善心肌的能量代謝[6]?？梢婞S芪具有改善心肌糖脂及能量代謝的作用,是黃芪治療DCM的重要作用之一,且作用機制多樣。

1.1黃芪影響胰島素抵抗改善心肌糖脂代謝

胰島素抵抗(insulin resistance indexes,HOMA-IR)是指各種原因?qū)е乱葝u素促進葡萄糖攝取利用降低,機體出現(xiàn)高胰島素血癥來維持血糖穩(wěn)態(tài)。胰島素抵抗會導(dǎo)致糖利用降低,脂氧化增加,使糖脂代謝障礙,而改善HOMA-TR可以延緩DCM病變[7]。黃芪及其提取物可通過改善胰島素抵抗來延緩糖尿病心肌病變。

烏江風情廊道是烏江流域旅游資源聚集區(qū)，具有資源稟賦品級高、質(zhì)量優(yōu)、分布廣、密度大等特點，具有良好的利用開發(fā)條件，有利于文化旅游產(chǎn)業(yè)集群化發(fā)展。

APS可以改善HOMA-IR,抑制游離脂肪酸(free fatty acid,FFA)活化,降低心肌腦鈉肽(brain natriuretic peptide,BNP)的分泌,抑制心肌重構(gòu),減少細胞凋亡[5]。體外研究表明,APS可活化腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase,AMPK)從而促進胰島素抵抗H9C2心肌細胞的葡萄糖攝取,改善HOMA-IR,抑制心肌病變[8]。APS可改善大鼠的胰島素抵抗,降低胰島素抵抗大鼠的血漿瘦素、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF-α)水平,改善脂代謝[9]。黃芪飲片可以降低T2DM的患者的胰島素抵抗,降低糖化血紅蛋白、空腹血糖、餐后2小時血糖,提高空腹胰島素、服糖后2小時胰島素水平[10]。

APS可抑制T2DM大鼠的心肌組織炎癥因子NF-κB、TNF-α等的過度表達,抑制炎癥反應(yīng),保護心肌細胞[33]。APS還可以降低炎癥因子IL-6水平,改善炎癥反應(yīng),保護心肌細胞[34-35]。

1.2黃芪調(diào)控PPARα機制改善心肌糖脂代謝

過氧化物酶體增殖激活受體(peroxisome proliferators-activated receptor, PPAR)機制在糖脂代謝中占據(jù)重要作用。PPAR是廣義核受體超家族中的配體激活轉(zhuǎn)錄因子家族,有三個成員:PPARα、PPARβ、PPARγ。PPARα心肌細胞特異性過表達[11],可導(dǎo)致心肌脂肪酸利用受到抑制,使心肌脂質(zhì)積累。黃芪及提取物可以調(diào)控心臟PPARα機制明顯減輕糖脂代謝紊亂。

Chen W等[12]證明APS可明顯降低心肌PPARα及其下游基因脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白和乙酰輔酶A合成酶(acy-l CoA synthetase,ACS)的基因表達,升高葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4(glucose transporter 4,GLUT4)的基因表達,明顯改善DM倉鼠心肌葡萄糖和脂質(zhì)代謝紊亂,保護心肌細胞。且還有研究表明APS可通過改善肝臟沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1,SIRT1)-PPARα細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)和抑制糖脂代謝,減弱肝臟脂肪變性和改善胰島素抵抗[13]。APS還可以降低心肌組織中PPARα、肌肉型—肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1和ACS的蛋白表達水平,降低DM小鼠的脂肪酸攝取利用率、游離脂肪酸氧化率和三酰甘油含量,改善心臟功能[14]。

由上可知,黃芪提取物可通過調(diào)控心臟及肝臟PPARα機制來改善糖脂代謝障礙,其多為多糖類,可以利用應(yīng)用高分辨質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)及UPLC色譜法來進一步挑選黃芪調(diào)控PPARα機制的有效成分,比如黃酮類、皂苷類等。且SIRT1機制亦可促進心肌氧化應(yīng)激、炎癥、纖維化,進而導(dǎo)致DCM的發(fā)生,但尚未有研究表明黃芪對于SIRT1機制的作用。

5.3 加強地瓜存儲能力和地瓜新產(chǎn)品研發(fā)力度 積極擴大地瓜存儲窖建設(shè)，對新建存儲窖給予一定補貼，大幅度提高窖藏地瓜規(guī)模，提升窖藏水平，延長供應(yīng)期限，保證地瓜原汁原味供應(yīng)市場；開發(fā)各種風味食品，如薯條、薯脯、地瓜飲品等。采用先進工藝，提取地瓜功能性成分，加工地瓜功能性食品，發(fā)揮其獨特的保健功能，提高臨沭地瓜產(chǎn)品的附加值。

1.3黃芪調(diào)控線粒體功能改善心肌能量代謝

1.4黃芪通過調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)改善代謝障礙

APS可以提高DCM大鼠的心肌組織中的UCP2表達及增強磷酸化能量感受器AMPK活性,降低血糖、升高胰島素敏感指數(shù),改善心肌能量代謝[6]。有研究表明,過氧化物酶體增殖受體γ輔激活因子α(peroxisome proliferators-activated receptor γ coactivator-1α,PGC-1α)在多種糖尿病并發(fā)癥中均出現(xiàn)表達水平下降[17],同時影響下游的核呼吸因子(nuclear respiratory factor 1,NRF-1)的表達,致使線粒體生物生成減少及功能受損,影響心肌能量代謝。ASIV可通過激活PGC-1α路徑促進NFR-1表達,而NRF-1又進一步活化線粒體轉(zhuǎn)錄因子A,促進心肌組織中線粒體的生物合成,改善能量代謝障礙[18]。

以上研究表明,黃芪提取物可以通過促進線粒體生物產(chǎn)生來改善機體能量代謝,延緩DCM病變,但是黃芪提取物通過調(diào)控線粒體的分裂及融合等方面影響DCM病變的研究較少,相關(guān)機制還不明確,還需進一步研究。

由上可知,黃芪提取物可以通過降低TGF-β1水平,進而延緩心肌纖維化,改善心功能,達到治療DCM的目的。

線粒體是心肌細胞游離脂肪酸攝取和氧化,并為心肌產(chǎn)生三磷酸腺苷的重要場所,維持機體所需的能量平衡。解偶聯(lián)蛋白2(uncoupling protein2,UCP2)是主要存在于線粒體內(nèi)膜上的一種離子通道,其活性增加可促進動脈斑塊形成[15-16]。而黃芪及其提取物可通過改善線粒體功能進而抑制心肌代謝障礙。

近年來,腸道穩(wěn)態(tài)的破壞即腸道菌群紊亂及腸道代謝失衡都是糖尿病及其慢性并發(fā)癥形成的潛在機制[19]。胰高血糖素樣肽-1(glucagon like peptide-1,GLP-1)是一種由腸道L細胞分泌的腸促胰島素激素,具有十分重要的心血管保護作用。黃芪及其提取物可通過影響腸道菌群穩(wěn)態(tài)及腸促胰島素水平來改善代謝障礙。

黃芪注射液可以提高GLP-1水平,提高大鼠的左室射血分數(shù)(left ventricular ejection fraction,LVEF)、左心室短軸縮短率(left ventricle fractional shortening,LVFS),改善心功能,且GLP-1水平與LVEF、LVFS呈正相關(guān)有關(guān)[20]。有研究表明,黃芪囊泡樣納米顆粒還可以通過提高有益菌相對豐度,降低有害菌相對豐度來調(diào)控腸道菌群的穩(wěn)態(tài),降低厚壁菌門/擬桿菌門比例進而改善降低DM小鼠血糖[21]。

由上可知,黃芪不僅可通過提高GLP-1水平治療DCM,還可調(diào)控腸道菌群中的菌群豐度來改善糖代謝和心功能,也為中藥治療DCM提供了新靶點。

2 抗應(yīng)激與炎癥反應(yīng)

氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及炎癥對DCM的發(fā)生發(fā)展有著重要作用,黃芪及提取物有良好的抗氧化、抗內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及抗炎作用,黃芪減輕心肌的應(yīng)激損傷及炎癥損傷是保護糖尿病心肌細胞的重要手段。

2.1黃芪的抗氧化應(yīng)激作用

對照組輸液量小于鎮(zhèn)靜組（t=-2.83，P＜0.01），其余指標差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05，表1）。

氧化應(yīng)激在DCM的發(fā)展過程中占據(jù)重要作用,其主要表現(xiàn)在氧化應(yīng)激標志物如過氧化物岐化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)等的提高及活性氧(reactive oxygen species, ROS)的存在,可促進細胞調(diào)亡導(dǎo)致DCM發(fā)展。而黃芪及其提取物可明顯抑制心肌的氧化應(yīng)激損傷。

2.2 構(gòu)建CRC基因編輯小鼠模型 小鼠是腫瘤研究最常用的動物模型，傳統(tǒng)的基因工程小鼠模型受限于大量的雜交、腫瘤生長周期長，而CRISPR/Cas9技術(shù)大大提高了制作動物模型的效率。Torres等[23]首次報道了應(yīng)用CRISPR/Cas9技術(shù)構(gòu)建癌癥模型的研究。常規(guī)的