菊苣酸調(diào)節(jié)糖代謝的研究進展

張?zhí)煲?，景奉堂，呂緒楨，馮 帥，李 峰,2*

（1.山東中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院 , 山東 濟南 250355；2.山東現(xiàn)代學(xué)院 藥學(xué)院 ，山東 濟南 250104）

葡萄糖代謝是機體的初級代謝途徑，主要作用是為機體提供能量。糖代謝紊亂會對機體多種組織和器官造成損傷并引發(fā)代謝綜合征，嚴重影響人類健康和生活質(zhì)量。糖尿病是常見的慢性病之一，近年來隨著經(jīng)濟發(fā)展和城市化導(dǎo)致生活方式的改變，其發(fā)病率正逐年升高[1-2]，目前臨床在用藥方面嘗試使用不同的植物和草藥制劑治療糖尿病，這種利用植物生物活性成分的治療方式已展現(xiàn)出緩解糖尿病癥狀、促進病后康復(fù)和改善身體健康的潛力[3-4]。

菊苣酸是首次從菊苣中分離得到的一種咖啡酸衍生物，廣泛分布在紫錐菊、蒲公英、菊苣以及白頭翁等植物中。近年來研究發(fā)現(xiàn)菊苣酸具有抗炎、抗氧化、抗病毒、調(diào)節(jié)糖脂代謝和提高免疫力等[5]多種生物活性及功能，在改善人類健康方面潛力巨大且市場應(yīng)用范圍廣泛。目前關(guān)于菊苣酸調(diào)節(jié)糖代謝作用的研究較多，但缺少對其作用機制的相關(guān)總結(jié)，本研究旨在為菊苣酸調(diào)節(jié)糖代謝紊亂研究以及新藥開發(fā)提供參考。

1 菊苣酸調(diào)節(jié)糖代謝的作用

1.1 菊苣酸調(diào)節(jié)血糖

菊苣酸對于血糖調(diào)節(jié)具有改善作用。AZAYMILHAUJ 等[6]通過體內(nèi)腹腔葡萄糖耐量實驗得出，每天4 次腹腔注射菊苣酸可通過胰島素增敏作用改善小鼠的糖耐量并表現(xiàn)出劑量依賴性，進一步引起胰島素釋放和肌肉葡萄糖攝取增加。PUSHPARAJ P N 等[7]在口服葡萄糖耐量試驗（OGTT）中觀察到菊苣酸的降血糖作用，其中，125 mg/kg 的菊苣酸表現(xiàn)出有效的降血糖效果，推測菊苣酸可能通過減少腸道葡萄糖吸收來降低餐后高血糖。一種天然的菊苣提取物可以改善鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病大鼠的葡萄糖耐量，降低基礎(chǔ)高血糖，其主要成分也是菊苣酸[8]。

1.2 菊苣酸改善胰島素抵抗

肝臟和肌肉組織等外周組織的胰島素抵抗（IR）是2 型糖尿病和代謝綜合征的重要病理過程[1]，菊苣酸可緩解其胰島素抵抗而改善糖代謝穩(wěn)態(tài)。菊苣酸對胰島素作用的外周組織影響主要體現(xiàn)在葡萄糖攝取和胰島素分泌。

糖酵解過程的GK 和PFK 基因[9]及糖異生過程G6Pase 和PEPCK 基因[10]是調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵肝臟基因。GK 有助于根據(jù)血糖水平調(diào)節(jié)肝臟葡萄糖攝?。籊6Pase 催化6-磷酸葡萄糖的去磷酸化，這是糖原分解和糖異生的最終步驟；胞質(zhì)PEPCK 是糖異生的關(guān)鍵酶。菊苣酸可通過減少肝臟G6Pase 和PEPCK 來抑制肝臟糖異生以及通過增加肝臟GK 和PFK 來激活葡萄糖使用[11]。朱迪[12]通過PAS 染色糖原的定性和試劑盒定量研究，發(fā)現(xiàn)菊苣酸可促進STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠肝臟和肌肉糖原合成。TOUSCH D等[13]描述了菊苣酸在體外研究中，能夠刺激肌肉細胞中的葡萄糖轉(zhuǎn)運，增強肌肉細胞對胰島素的敏感性，并以葡萄糖依賴的方式增加胰島中的胰島素分泌；還首次證實了菊苣酸可以直接刺激胰島β 細胞（INS-1E 細胞系）和分離的胰島的胰島素分泌。

高脂飲食誘發(fā)的肥胖是誘導(dǎo)代謝改變以及胰島素抵抗的主要原因[14]，菊苣酸治療可降低高脂喂養(yǎng)誘發(fā)肥胖小鼠的胰島素抵抗指數(shù)（HOMA-IR）[15]。此外，線粒體功能障礙也能引起胰島素抵抗[16]。KIM J S 等[11]的研究發(fā)現(xiàn)菊苣酸增強了線粒體膜電位和耗氧量，且明顯增加高脂飼養(yǎng)的肥胖小鼠肝臟和骨骼肌中線粒體DNA 含量、檸檬酸合酶和ATP含量以及與線粒體生物發(fā)生和氧化磷酸化相關(guān)基因的表達，這表明菊苣酸可通過增強線粒體功能來減弱胰島素抵抗。當長期患有高血糖時，糖尿病患者明顯表現(xiàn)出肌肉功能受損[17]。朱迪[12]經(jīng)行為學(xué)檢測發(fā)現(xiàn)菊苣酸可以改善由MLD-STZ 誘導(dǎo)的糖尿病小鼠的運動功能障礙，并進一步實驗發(fā)現(xiàn)糖尿病小鼠的線粒體生物發(fā)生相關(guān)基因，如Sirt1、Tfam、Pgc-1α 和mtDNA 的水平經(jīng)菊苣酸治療后與之前相比有了顯著提高，改善了其運動能力。

2 菊苣酸調(diào)節(jié)糖代謝的作用機制

2.1 激活腺苷酸活化蛋白激酶途徑

AMPK 被稱為“代謝主開關(guān)”，是一種異源三聚體Ser/Thr 激酶，這種酶的活性取決于細胞的能量狀態(tài)，當細胞AMP/ATP 比率升高時，它起到細胞能量傳感器的作用[18]。Phospho-AMPK（pAMPK）通過磷酸化（短期內(nèi)）和調(diào)控多個轉(zhuǎn)錄激活因子、輔激活因子（長期內(nèi)）來影響其靶標。SIRT1 是一種NAD+依賴性蛋白脫乙酰酶，屬于sirtuin 家族。SIRT1 通過LKB1 脫乙?；せ預(yù)MPK；pAMPK 通過煙酰胺磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶（NAMPT）的磷酸化增加SIRT1活性，這兩種分子都參與調(diào)節(jié)細胞代謝、炎癥和線粒體功能[19-20]，菊苣酸的治療可以明顯改善糖尿病或代謝綜合征小鼠體內(nèi)的SIRT1 表達和pAMPK 水平。MA X 等[21]的結(jié)果表明，高糖高脂培養(yǎng)基誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細胞的AMPK 信號通路的失活，表現(xiàn)為AMPK 磷酸化的降低，菊苣酸重新激活了其AMPK信號通路。此外加入AMPK 抑制劑 compound C 或AMPKα1 siRNA 可以極大地消除菊苣酸的有益作用，證實菊苣酸通過AMPK途徑改善高糖帶來的影響。

2.2 調(diào)節(jié)胰島素信號通路

胰島素通過胰島素受體底物（IRS）/PI3K/AKT信號級聯(lián)調(diào)節(jié)營養(yǎng)和代謝穩(wěn)態(tài)?；罨腁KT 通過哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）及其下游效應(yīng)物誘導(dǎo)糖原和蛋白質(zhì)合成，AKT 降低會誘導(dǎo)大鼠骨骼肌對胰島素的抵抗[22]。KIM J S 等[11]發(fā)現(xiàn)菊苣酸治療有效增加了脂肪酸誘導(dǎo)胰島素抵抗的C2C12成肌細胞中PI3K、p-AKT 和p-p70S6K 的表達。ZHU D 等[19]認為，菊苣酸可通過AMPKa 依賴機制激活A(yù)kt。胰島素受體和AKT 在胰島素信號通路中分別受到蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B）和磷酸酶-張力蛋白基因（PTEN）的負向調(diào)節(jié)[23]；SOCS3 抑制胰島素受體與胰島素受體底物-1 的結(jié)合[24]，菊苣酸逆轉(zhuǎn)了糖尿病小鼠胰島素信號負調(diào)節(jié)因子的增加[25]。

2.3 改善糖代謝紊亂引起的炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是糖代謝紊亂和糖尿病發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵機制之一[26]。長期的高血糖誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)，產(chǎn)生過多的活性氧（ROS），對機體造成嚴重負荷，導(dǎo)致機體氧化與抗氧化調(diào)節(jié)失衡，從而影響胰島β細胞的正常功能，導(dǎo)致胰島β 細胞損傷、胰島素信號傳導(dǎo)途徑缺陷、胰島素分泌減少和胰島素抵抗。李秋月等[27]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病小鼠胰腺組織中的MDA 顯著增加，說明高糖環(huán)境下聚集大量氧自由基于體內(nèi)導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化，而抗氧化酶SOD 和GSHPx 的活性顯著降低，更進一步導(dǎo)致氧自由基的堆積，細胞損傷加劇。ZHU D 等[19]發(fā)現(xiàn)菊苣酸通過激活Nrf2-Keap1 途徑上調(diào)抗氧化酶HO-1 和NQO-1 mRNA 的表達，增強抗氧化反應(yīng)；與糖尿病小鼠相比，抗氧化酶表達顯著增加并且MDA 水平受到抑制。SCHLERNITZAUER A 等[18]研究報道了菊苣酸抑制L6 肌管細胞中ROS 的積累，并進一步說明菊苣酸與ROS 直接相互作用以降低ROS 對細胞損傷的影響；菊苣酸處理10 d 后增加了超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）最大活性，這種長期效應(yīng)可提高細胞管理超氧陰離子和H2O2解毒的能力；研究還顯示菊苣酸顯著增加了MnSOD 的表達。MnSOD 在線粒體中可將超氧化物陰離子轉(zhuǎn)化為H2O2，并迅速轉(zhuǎn)移至胞漿[28]。菊苣酸對MnSOD 的這種作用有助于在細胞水平上保護線粒體免受氧化損傷，在生物整體上則表現(xiàn)為高表達的MnSOD 增強了生物對氧化應(yīng)激的抵抗力，延長了壽命。

細胞凋亡是在多種基因共同調(diào)控下的細胞程序性死亡過程，Caspase 家族和Bcl-2 家族是最常見的調(diào)控因子。Caspase-3 在調(diào)控體內(nèi)的細胞凋亡和炎癥等重要過程中起關(guān)鍵作用；當前普遍認為Bcl-2 的作用是抑制凋亡，BAX 促進凋亡[29]；有研究顯示，糖尿病大鼠胰腺組織中Bax/Bcl-2 及Caspase-3 水平升高，導(dǎo)致胰島細胞凋亡，產(chǎn)生胰島素抵抗[27,30]。ZHU D 等[25]研究發(fā)現(xiàn)菊苣酸抑制了MLD-STZ 誘導(dǎo)的小鼠Cleaved-Caspase-3 表達的升高以及降低Caspase-3 的表達，且STZ 組小鼠的凋亡相關(guān)蛋白Bax 和細胞色素c 的表達顯著高于正常個體，菊苣酸的治療則顯著下調(diào)凋亡蛋白表達的增加。

氧化應(yīng)激也能激活NF-κB 途徑，提高MCP-1的表達，增加TNF-α 和IL-6 等炎癥因子的產(chǎn)生，進而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)和胰島素抵抗[31-32]。NF-κB 與DNA 結(jié)合調(diào)控炎癥進程，屬于核轉(zhuǎn)錄通路[33]。MA X等[21]發(fā)現(xiàn)菊苣酸對糖尿病誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細胞的抗炎作用可能歸因于IκBα 的去磷酸化和上調(diào)，抑制隨后p65 NF-κB 易位，減少了內(nèi)皮細胞障礙與損傷。

慢性炎癥常伴隨著胰島素抵抗的發(fā)生，通過促炎細胞因子的介導(dǎo)產(chǎn)生炎癥，特別是TNF-α 和IL-6的介導(dǎo)[34]。TNF-α 通過激活p38 JNK 和p38 MAPK誘導(dǎo)胰島素抵抗，是胰島素抵抗發(fā)病的重要原因[35]；炎癥中COX-2 活化是高脂誘導(dǎo)肥胖大鼠的胰島素抵抗的重要原因[36]；此外，iNOS 在糖尿病和肥胖癥中高表達，會產(chǎn)生的過量NO，通過胰島素信號分子導(dǎo)致胰島素抵抗[37]。ZHU D 等[19,38]的研究中報道菊苣酸抑制HepG2 細胞中細胞因子(NO、IL-6、TNF-α)的產(chǎn)生以及促炎酶iNOS、COX-2 的表達，進而抑制胰島素抵抗細胞模型的炎癥反應(yīng)。

胰島素抵抗通常與MAPK 信號通路相關(guān)，菊苣酸可抑制MAPK 通路中JNK 磷酸化減輕胰腺組織的凋亡，并調(diào)節(jié)胰島素合成相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄因子的表達，促進胰島素分泌。JNK 在炎癥通路、凋亡通路、胰島素信號通路、胰島β 細胞凋亡以及氧化應(yīng)激導(dǎo)致的胰島素分泌相關(guān)基因表達的抑制中起主要作用[39]。研究表明，在高葡萄糖胺誘導(dǎo)的細胞中，IRS-1 的307 絲氨酸磷酸化是對PKC 和JNK 磷酸化的響應(yīng)，其激活后，p(Ser307)-IRS-1、PI3K/Akt 和下游途徑被抑制，GLUT2 蛋白向細胞膜的轉(zhuǎn)運被阻斷，導(dǎo)致葡萄糖攝入減少[40]。ZHU D 等[38]觀察到p38 和JNK MAPK 參與葡萄糖胺誘導(dǎo)的HepG2 細胞的葡萄糖轉(zhuǎn)運，菊苣酸通過抑制MAPKs 的活化，明顯提高葡萄糖攝取水平。

3 結(jié)語

菊苣酸作為一種從天然植物中提取的生物活性成分，相比化學(xué)藥物副作用小，并且來源廣泛，在調(diào)節(jié)糖代謝方面具有獨特優(yōu)勢。菊苣酸作用于肝臟、骨骼肌、胰臟等胰島素靶點，通過AMPK 通路、NF-κB 炎癥通路、氧化應(yīng)激等途徑調(diào)節(jié)糖代謝、減輕炎癥和治療糖尿病。然而，目前對菊苣酸調(diào)節(jié)糖代謝的研究大多還處于動物實驗驗證階段，有關(guān)臨床評價相關(guān)研究較少，需要更進一步的研究進行完善。