黄连改善IR的作用机制研究

Study on the Mechanism of Coptis chinensis in Improving Insulin Resistance

摘要: 胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)是代谢综合征的首位致病因素，严重威胁患者生命健康。传统中医药在胰岛素抵抗的治疗中具有重要潜力作用，黄连作为清热药的代表，记载有止消渴之功。黄连中有效成分包括小檗碱、黄连碱、药根碱等，能够通过多途径多靶点改善IR，其具有调节胰岛素信号通路、调节肠道菌群、下调炎症因子表达、调节GLP-1等多种药理作用。本文参考近年来黄连相关制剂改善IR的临床研究和动物实验，对黄连在IR发生发展过程中起到的作用机制进行归纳总结，以期为临床应用黄连治疗IR提供更好的治疗策略和理论依据。

Abstract: Insulin resistance (IR) is the leading causative factor of metabolic syndrome and seriously threatens the life and health of patients. Traditional Chinese medicine has an important potential role in the treatment of insulin resistance, and Coptis chinensis, as a representative of heat-clearing medicine, has been recorded to quench thirst. The active ingredients in Coptis chinensis include berberine, berberine, rhizomeline, etc., which can improve IR through multiple pathways and targets, and have various pharmacological effects such as regulating insulin signalling pathway, regulating intestinal flora, down-regulating the expression of inflammatory factors, and regulating GLP-1. This article summarises the mechanism of action of Coptis chinensis in the process of IR occurrence and development with reference to the clinical research and animal experiments on the improvement of IR by Coptis chinensis related preparations, in order to provide a better treatment strategy and theoretical basis for the clinical application of Coptis chinensis in the treatment of IR.

1. 引言

胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)通常被认为是对内源性或外源性胰岛素生物学反应减低或胰岛素信号的功能异常。许多研究证实IR或高胰岛素血症是Ⅱ型糖尿病的预测因素，IR高血压、血脂紊乱、心血管疾病密切相关[1]。IR的发病机制被认为与肥胖包括游离脂肪酸异常、炎症反应、脂肪组织异位蓄积，氧化应激相关[2]。窦梅等[3]认为IR与肥胖、氧化应激、细胞内相关分子和细胞器的功能缺陷及微量元素缺乏密切相关是引发2型糖尿病的始发因素。在祖国传统医学中虽没有与IR相对应的病名，但在治疗与IR相关的代谢疾病等方面论述丰富，积累了诸多经验。传统医学采用整体观念、辨证施治以恢复人体阴阳平衡为最终目的[4]。中医药可多途径、多环节、多靶点干预IR，症状改善明显、毒副作用小，具有很大的应用潜力和研究价值[5]。目前学者普遍认为IR的产生以气、阴、阳亏虚为本，血瘀痰浊内毒为标，气、阴、阳亏虚与脾肾密切相关，同时涉及的脏腑亦有肝；血瘀、痰浊是贯穿整个病理过程的重要环节[6]。李东晓[7]等认为胰岛素是体内胰岛β细胞所分泌的正常生理激素，是人体的“血气”，IR的病理过程即为“化失其正，则脏腑病，津液败，而血气即成痰涎”的痰涎形成过程。李思霖[8]等通过动物模型、高脂、高糖、食物加药物诱导等方法研究IR的病因病机及治疗规律，治疗IR常用疏肝理气、活血化瘀、祛湿化痰、清热解毒、健脾补肾、益气养阴等方法。张莉唯等[9]认为中土主运化饮食水谷，升清降浊，是人体代谢之核心。中土不运，清浊失常是肥胖、糖尿病等糖脂代谢紊乱疾病的常见病机，斡旋中土枢机以调和阴阳为主要治则。中土调运则精微得以正化，消减膏浊之积。而黄连在代谢性疾病的治疗中应用较为广泛，其气寒味苦，意在行“中土之制”而清中土湿热浊邪痞结。

2. 黄连的简介

黄连为毛茛科植物黄连、三角叶黄连或云连的干燥根茎，味极苦、寒，归心、脾、胃、肝、胆、大肠经。最早记载于《神农本草经》“主热气，目痛，眦伤，泣出，明目，肠澼，腹痛，下利，妇人阴中肿痛。”《本草纲目》记载“其根连珠而色黄，故得名”[10]，《名医别录》及《本草经集注》中均记载黄连止消渴，目前研究表明，从黄连中可提取出的化学成分超过百种[11]，主要包括小檗碱、黄连碱、药根碱、巴马汀(掌叶防己碱)、棕榈碱、非洲防己碱、木兰碱、表小檗碱等异喹啉类生物碱，还有黄柏酮、黄柏内酯、阿魏酸、绿原酸等。其中黄连、小檗碱、黄连碱、药根碱等均有显著抗炎作用；黄连水煎液、小檗碱均能抗糖尿病，具有降血糖作用[12]。

3. 黄连作用于IR的现代机制

3.1. 调节PI3K信号通路

胰岛素可经正常胰岛素信号通路转导，发挥稳定血糖、促进合成代谢的作用，而胰岛素信号传递受阻或减弱为引发IR的主要原因。有报道显示，IRS-1、PI3K和GLUT-4为胰岛素转导通路中的关键靶点，其中任一靶点出现异常，均可引发IR，导致T2DM [13]。正常情况下胰岛素与其受体结合后，激活酪氨酸激酶，引发IRS-1磷酸化，经IRS-1/PI3K/GLUT-4途径发挥部分代谢调控功能，另有研究发现黄连素可经激活PI3K及胰岛素信号通路来增强脂肪细胞对胰岛素敏感性，以改善游离脂肪酸所导致的IR [14]。杨宇琦等[15]通过动物试验研究得出，黄连素可能通过调节肠道菌群并激活PI3K/AKT信号通路，改善激素水平，增强肠道通透性和肠道屏障功能，降低小鼠体质量和IR。

3.2. 调节肠道菌群

肠道菌群直接参与人体的生物屏障、化学屏障、营养代谢和免疫作用，当机体内外环境改变时，敏感肠菌被抑制，未被抑制的肠菌繁殖，引起菌群失调[16]。近年来多项研究证实多数疾病的发生均与肠道菌群失调相关。Lee等[17]发现消瘦小鼠的无菌肠道被移植了肥胖小鼠的肠道菌群后体质量和血脂均升高，说明肠道菌群与肥胖及机体代谢紊乱相关。而在测定IR患者肠道菌群的多项研究中发现，与正常人群相比，其粪便菌群的多样性升高，普氏菌属的相对增加可诱导IR，加重葡萄糖耐受不良。而受肾脏高排泄率、胃和肠道自身聚集以及肠道首关消除等因素影响[18]，黄连素在口服生物利用度仅0.36%，但其抗高胆固醇血症及缓解IR作用较为显著[19]，动物试验提示肠道菌群作为其发挥药理作用的重要靶点可增强黄连素的生物活性，机制则被认为是能够将黄连素转化为更容易吸收的二氢黄连素和氧化黄连素形式[20]。有研究对肥胖、糖尿病和血脂异常的高脂饮食小鼠粪便进行16S rRNA测序，结果发现经黄连素处理的大鼠肠道微生物多样性显著降低，被认为黄连素对疾病的治疗机制在某种程度上与益生菌相似[21]。黄连素亦可增加肠内紧密连接蛋白的表达和结肠黏液层的厚度，恢复了小鼠肠道屏障的完整性，降低炎症反应，减轻IR [22]。

3.3. 下调炎症因子表达

IR及胰岛β细胞损伤与机体炎症反应密切相关。炎症因子可影响胰腺β细胞功能并导致细胞凋亡[23]。肿瘤坏死因子(TNF-α)亦可干扰外周组织胰岛素功能，导致IR [24]。有研究发现，黄连素具有明显的抗炎作用，可降低IR大鼠模型血清TNF-α，IL-6水平，上调抗炎症因子如IL-10的表达[25]，增加胰岛素敏感性。有研究表明CPR可通过调节核转录因子KB介导的炎性反应，加重IR [26]。左秀玲等[27]通过动物研究发现，模型组和黄连素组的CPR和IL-6水平高于正常组，IL-10的水平低于正常组，黄连素组的CPR和IL-6水平水平低于模型组，IL-10的水平高于模型组，表明黄连素可改善大鼠的炎症因子水平，减轻炎症反应从而改善IR。黄连素可能通过增加脂联素蛋白分泌，减少瘦素、TNF-α和IL-6蛋白水平而改善IR [28]。脂多糖结合蛋白LBP是外源性抗原负荷的生物标志，单核细胞趋化蛋白-1 (MCP-1)可作为系统性炎症水平的评价指标[29]，研究发现[30]黄连素能降低高脂喂养大鼠血浆中增加的MCP-1水平，改善系统性炎症从而改善IR。黄娟等[31]通过将胰岛素治疗同时给予外服黄连素的观察组与单纯胰岛素治疗的对照组进行观察，治疗1个月后，观察组空腹血糖、空腹胰岛素、TG、TC、HDL、LDL、TNF-α、FFA等显著低于对照组，且两组治疗后胰岛素敏感系数及抵抗系数明显好于对照组得出结论黄连素能够通过抑制TNF-α及FFA的表达，起到抗IR的作用。黄连素亦可以抑制饮食诱导肥胖小鼠的脂肪组织中M1巨噬细胞活化相关炎症，通过减弱JNK和IKKβ的磷酸化以及NF-κB p65的表达，从而改善胰岛素敏感性受损[32]。

3.4. 调节GLP-1

胰高血糖素样肽-1 (glucagon-like peptide-1, GLP-1)有延缓胃排空、抑制胰高血糖素分泌、降低体重的作用，且对IR肌细胞脂代谢相关基因表达具有干预作用[33]。微生物代谢产物短链脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)通过调节内分泌系统影响糖脂代谢，其主要成分乙酸盐和丁酸盐可以刺激肠道L细胞，促进GLP-1和内分泌调节肽(PYY)的分泌，从而提高肥胖小鼠胰岛素敏感性和增加能量消耗，预防和治疗饮食诱导的IR，抑制膳食多糖降解，减少肠道内的额外热量摄入。还可以抑制内毒素相关炎症和保护肠黏膜屏障，缓解IR。胡茹楠等[34]通过研究黄连有效成分对NCI-H716细胞分泌GLP-1的影响得出结论：盐酸药根碱组、黄连碱组对NCI-H716细胞分泌GLP-1均有促进作用，且盐酸小檗碱加黄连碱加盐酸药根碱混合组效果优于单体组。魏世超等[35]通过动物试验研究探讨黄连有效成分及其组合物对荷糖小鼠胰岛素及GLP-1分泌的影响得出结论：黄连及其部分活性成分能有效刺激小鼠GLP-1及胰岛素分泌，且低剂量组合物作用活性高于高剂量单个活性成分活性，黄连刺激肠道GLP-1分泌作用亦是其治疗T2DM的机制之一[36]。张茜等通过动物试验研究发现黄连素组葡萄糖负荷后GLP-1水平显著增加[37]。

3.5. 改善血脂紊乱

脂肪组织是体内胰岛素作用的主要靶组织，大量证据表明肥胖与IR有高度相关性，它是引发2型糖尿病、糖耐量异常、高血压、高脂血症及动脉粥样硬化等代谢性疾病的重要因素[38]。脂毒性是肥胖导致胰岛β细胞功能受损的病理机制之一[39]。李佳川等[40]通过从细胞途径观察黄连及其有效成分对3T3-L1前脂肪细胞诱导分化及影响脂肪细胞IR，研究表明黄连及其有效成分均能明显或部分降低培养液中葡萄糖的含量，提高葡萄糖的利用率同时不会引起脂肪的聚集而造成体重增加，说明黄连具有改善3T3-L1脂肪细胞IR。动物实验表明，黄连素抑制RIP140调控通路效应，增加血浆脂联素而降低瘦素，改善内脏白色脂肪组织异常的糖脂代谢，减轻脂沉积，改善血糖血脂，增强胰岛素敏感性[41]。黄连素可显著降低血清TG，可能与黄连素通过激活AMPK信号通路抑制人肝细胞内脂质合成有关[42]。Lee等[43]的研究表明黄连素可减轻高脂饲养大鼠血浆中甘油三酯含量，改善胰岛功能。刘亚慧等[14]通过对大鼠动物试验研究得出黄连素高剂量给药可提升大鼠体质量，减少饮水量，且可改善血脂指标TC、TG、HDL-C和LDL-C，调节糖耐量、空腹血糖、空腹胰岛素、IR指数，据病理变化分析结果显示：黄连素高剂量给药后胰腺细胞数量增多，胰岛结构较清晰，胞质均匀，胞核清晰，表明黄连素在改善IR方面具有一定效果，且呈剂量依赖性。

4. 讨论

IR是临床较为常见的代谢性疾病，目前改善IR的方法主要有减轻体重及药物干预，药物干预主要有二甲双胍、噻唑烷二酮类药物、血管紧张素转换酶抑制剂和血管紧张素受体阻滞剂、他汀类[44]，研究表明黄连素不仅可以调节肠道微生物的结构和多样性、促进肠道GLP-1的分泌，还能升高血清GLP-1和神经肽Y水平、降低的食欲素A水平、上调GLP-1受体mRNA水平、改善下丘脑的超微结构，进而提出黄连素可通过调节微生物–肠–脑轴，提高高脂饮食喂养小鼠的代谢水平[45]。此外黄连素还对胰岛细胞具有保护作用，可修复大鼠受损胰腺组织[46]，抑制小鼠胰岛细胞凋亡[47]。黄连素能促进骨骼肌细胞的葡萄糖代谢，其机理可能是通过作用于InsR-β，提高p38MAPK的磷酸化水平而调控GLUT4的活性[48]。黄连素还可提高大鼠HNF4α表达，改善高胰岛素血症，降低IR指数[49]。同时黄连亦可与佩兰[50]、大黄[51]、黄芩[52]等药物配伍使用增强其功效，佐其药性。本文从几个方面论述了黄连改善IR的机制，其临床机制较为复杂，尚有调节HepG2肝细胞胰岛素受体水平，增加胰岛素敏感性等方面机制未阐明，仍期为临床提供更多参考。

NOTES

^*通讯作者。