黄芪治疗糖尿病肾病的研究进展

Research Progress on the Treatment of Diabetic Nephropathy with Astragalus

摘要: 糖尿病肾病(diabetes kidney disease, DKD)是糖尿病最严重的微血管并发症之一，已成为全球慢性肾脏病和终末期肾病的主要原因，其早期临床表现为肾小球高滤过、进行性蛋白尿和伴有小管间质纤维化的联合性肾小球损伤。目前糖尿病肾病的发病机制并未阐明，现有研究数据表明，血液动力学因素、遗传因素、组织缺氧、炎性细胞浸润、糖脂代谢紊乱等均能引起糖尿病肾病。西医对于治疗糖尿病肾病方面仅可缓解其临床症状，而对于控制病情进展方面效果不佳。随着国内外对糖尿病性肾病的研究及国家对祖国传统中医学的发展与支持，发现传统中医药对控制糖尿病肾病病情进展具有独特优势。黄芪味甘、性微温，具有补气升阳、利水消肿、生津养血的功效。其在治疗DKD中使用频次最高，主要成分是多糖、黄酮类和皂苷类化合物等。黄芪具有多种药理作用，包括调节免疫、降血糖、抗氧化、保护肾脏等作用。在我国临床治疗DN中，黄芪作为主要代表被广泛使用，取得了许多良好的临床效果。故本文通过总结分析黄芪的药理学功效，以及相关临床研究，以求寻找新的组方，有效改善CKD患者的临床症状和肾功能。

Abstract: Diabetic kidney disease is one of the most serious microvascular complications of diabetes, and has become a major cause of chronic kidney disease and end-stage renal disease worldwide. Its early clinical manifestations are glomerular hyperfiltration, progressive proteinuria, and combined glomerular injury accompanied by tubulointerstitial fibrosis. At present, the pathogenesis of diabetic kidney disease has not been clarified. Existing research data indicate that hemodynamic factors, genetic factors, tissue hypoxia, inflammatory cell infiltration, glycolipid metabolism disorders, etc. can all cause diabetic kidney disease. Western medicine can only relieve the clinical symptoms of diabetic kidney disease in terms of treatment, but has poor effect in controlling the progression of the disease. With the research on diabetic nephropathy at home and abroad and the development and support of traditional Chinese medicine in China, it is found that traditional Chinese medicine has unique advantages in controlling the progression of diabetic nephropathy. Astragalus has sweet taste and mild temperature. It has the effect of invigorating qi and raising Yang, reducing swelling and promoting blood circulation. It is the most frequently used in the treatment of DKD, and its main components are polysaccharides, flavonoids and saponins. Astragalus has a variety of pharmacological effects, including immune regulation, blood sugar lowering, antioxidant, kidney protection and so on. In the clinical treatment of DN in China, Astragalus, as the main representative, is widely used and has achieved many good clinical effects. Therefore, this paper summarized and analyzed the pharmacological efficacy of Astragalus and related clinical studies in order to find a new formula to effectively improve the clinical symptoms and renal function of patients with CKD.

1. 引言

糖尿病肾脏疾病(diabetic kidney disease)是一种由糖尿病引起的慢性肾脏病，临床特征为持续性尿蛋白排泄增加，肾小球滤过率(glomerular filtration rate, GFR)进行性下降，最终发展为终末期肾脏疾病。临床表现为白蛋白尿、水肿、高血压和肾动能不全等。病理上，表现为肾小球基底膜增厚和以肾小球系膜区为主的细胞外基质积聚，常伴有肾血管、肾小管间质病变，最终导致肾小球硬化和肾间质纤维化([1], p. 1)。临床诊断为有明确的糖尿病病史，同时与尿蛋白、肾功能变化存在因果关系，并排除其他原发性、继发性或系统性疾病等非糖尿病肾脏疾病(nondiabetic kidney disease)，符合以下情况之一者，可诊断糖尿病肾脏疾病：① 随机尿白蛋白与血肌酐比值(urinary albumin-to-creatinine ratio, UACR) ≥ 30 mg/g或尿白蛋白排泄率(urinary albumin excretion rate, UAER) ≥ 30 mg/24h，且在3~6个月内重复检查UACR或UAER，3次中有2次达到或超过临界值，排除感染等其他干扰因素；② 估算肾小球滤过率(estimated glomerular filtration rate, eGFR) < 60 mL/(min·1.73m²)，持续3个月以上；③ 肾活检符合糖尿病肾脏疾病病理改变([1], p. 2)。目前随着我国糖尿病患者人数的逐年增加，以及患者本身对糖尿病用药的重视程度不够，故糖尿病累及肾脏的发病率逐年增加。从2011年开始，与糖尿病相关的慢性肾脏病患者比例超过与肾小球肾炎相关的慢性肾脏病患者比例[2]。目前，全球因糖尿病导致的ESRD事件比例从22.1%增加到31.3% [3]。糖尿病肾病在早中期时若不能及时控制病情进展，恢复受损的肾脏功能，将会发展到终末期肾病，最终进行肾脏替代治疗。降低尿蛋白和保护肾功能是治疗糖尿病肾脏治疗的关键环节。目前，《糖尿病医学诊疗标准》中推荐的药物包括血管紧张素转化酶抑制剂(angiotension converting enzyme inhibitor, ACEI)、血管紧张素受体阻滞剂(angiotensin receptor blocker, ARB)及新型降糖药钠–葡萄糖协同转运蛋白2 (sodium-dependent glucose transporters 2, SGLT-2)抑制剂[4]，但在临床应用中，药物存在一些不良反应，这对于治疗糖尿病肾病患者药物的选择上具有局限性。故中医药治疗糖尿病肾脏疾病具有其独特优势，能有效缓解患者的临床症状，提高肾脏功能。黄芪作为肾病科常用中药药对组成之一，在治疗DKD中表现出良好的疗效。本文整理归纳黄芪治疗DKD的国内外相关文献，为有效治疗DKD提供新的组方用药思路。

黄芪是被广泛应用的传统中药材，为豆科植物蒙古黄芪Astraglus membranaceus (Fisch.) Bag. Var. mongholicus (Bag.) Hsiao或膜荚黄芪A. membranaceus (Fisch.) Bag.的干燥根，具有益气升阳、生津养血、托毒排脓、敛疮生肌等功效[5]。在《五十二病方》和《本草纲目》等医学书籍中均有被收载，并对其功效以及应用做有详细记载。目前，随着黄芪的药理机制及临床研究的不断深入，黄芪多糖、黄芪总黄酮和黄芪甲苷等有效成分逐渐被人类熟知。经药理学研究发现黄芪中的多种生物活性成分能够提高机体免疫功能、保护心脑血管、降低血压、保护肾组织细胞、防止糖尿病血管并发症的产生等多种药理作用[6]，在降低血糖、改善胰岛素抵抗，防治糖尿病肾病微血管病变方面具有独特优势。近年来许多现代药理学研究以及临床研究均认为黄芪在治疗DKD过程中可有效发挥其药用功效。现将黄芪治疗DKD的现代药理学研究、临床上的应用进行分析与总结，综述如下。

2. 药理学研究

2.1. 抑制氧化应激

氧化应激与DKD的发展十分密切。机体在正常情况下存在氧化与抗氧化的能力，如机体氧化增强，细胞抗氧化能力下降，则会出现大量的活性氧类(reactive oxygen species, ROS)在体内蓄积。对于CKD患者来说，体内高血糖的环境会刺激机体线粒体产生大量的能量，与此同时产生大量ROS，从而激活线粒体自噬，以降低多余的ROS [7]。而过量的ROS也会攻击机体的不饱和脂肪酸，产生大量的脂质类过氧化物，增加了血管的通透性，从而破坏了肾小球的滤过屏障，加速DKD的进程。同时ROS可以影响各种致纤因子的信号传导，导致大量的肾小球细胞外基质的沉积，加重肾脏的纤维化进程[8]。因此体内低水平的ROS可以有效维持线粒体功能、细胞之间信号传导、肾小球滤过功能，抑制体内氧化应激以及减缓糖尿病肾病肾脏纤维化进程[9]。

PINK/Parkin通路是调节线粒体自噬的一个重要的信号通路。PINK1是一种蛋白激酶，通常附着于线粒体外膜，Parkin是一种泛素–蛋白连接酶。当线粒体损伤时，PINK1在其外膜上积累，同时招募胞浆中的Parkin，活化的Parkin将泛素链作为降解信号连接到功能失调的线粒体上，引发线粒体的自噬[10]。黎昌江等[11]在研究黄芪甲苷对蓝光诱导损伤的视网膜色素上皮细胞的保护作用及其机制时发现黄芪甲苷可以通过调节PINK/Parkin信号通路，缓解线粒体损伤，抑制细胞产生大量的ROS，阻止细胞凋亡，维持正常的细胞活力和自噬过程。高俊丽等[12]在研究中发现经黄芪甲苷孵育的人脂肪干细胞移植到大鼠尾静脉后可明显上调DKD大鼠肾组织中Pink1、Parkin蛋白等的表达，进而恢复DKD大鼠肾组织中的线粒体自噬。Nrf2 (NF-E2相关因子-2)细胞因子在氧化还原中发挥关键作用[13]。Yexin liu等[14]通过小鼠实验发现，Nrf2敲除的小鼠比正常小鼠有更严重的糖尿病症状，同时肾脏显示出有扩张的毛细血管环，表现出严重的炎症和肾脏中浸润巨噬细胞的增强，实验结果得出，Nrf2细胞因子能够抑制细胞氧化应激和炎症反应，保护肾脏免受DKD的侵袭。血红素加氧酶1 (HO-1)作为Nrf2的下游调控因子，当细胞中的氧化与抗氧化平衡被破坏，Nrf2将激活HO-1从而对细胞中的ROS进行调控，减少ROS的产生，从而达到抗氧化的作用。在黄芪甲苷Ⅳ对尿毒症大鼠肾脏损伤的保护及相关机制研究中发现，Nrf2通路抑制组的大鼠肾脏组织中ROS含量较模型组明显上调，而黄芪甲苷Ⅳ高剂量组和通路抑制组中大鼠肾脏组织中ROS的含量与模型组无明显差异，结果表明黄芪甲苷Ⅳ能够通过激活Nrf2/HO-1信号途径的表达抑制细胞中ROS的产生，发挥组织抗氧化作用[15]。马盼等在研究在黄芪水提物3种效应成分对高糖诱导的内皮细胞损伤的保护作用及机制研究时发现黄芪效应成分能够在高糖诱导的细胞中减少ROS、MDA的含量，并且上调Nrf2、HO-1的蛋白表达水平，同时升高抗氧化酶SOD、CAT的表达，发挥抗氧化作用，保护细胞免受高糖诱导的氧化损伤[16]。

2.2. 抑制炎症反应

炎症是造成糖尿病肾病发病的重要因素之一。研究发现糖尿病患者体内长期高血糖环境以及胰岛素抵抗能够引起糖基化终末产物的积累，产生大量的炎症因子，例如肿瘤坏死因子-α (TNF-α)、白细胞介素(IL)、转化生长因子-β (TGF-β)、单核细胞趋化蛋白-1 (monocyte chemoattractant protein-1, MCP-1)、内皮素-1 (ET-1)、超敏C-反应蛋白(hs-CRP)这些炎症因子将破坏肾脏内环境，加速DKD的进程。

黄芪的有效成分在治疗炎症反应中有明显疗效。有研究发现，黄芪多糖可以降低炎症细胞因子IL-1β、IL-6、MCP-1的表达和抑制TLR4/NF-κB通路活性，显著改善肾损伤[17]。Mingfei Guo等创建链脲佐菌素(STZ)诱导的DN大鼠模型和高糖(HG)处理的肾小球足细胞模型，两组大鼠在黄芪多糖(APS)治疗4周后发现，与STZ诱导的DN模型组相比，APS可有效降低FBG、BUN、Scr水平和肾脏病理损伤[18]。吴东等([19], p. 1)发现黄芪多糖通过调控PI3K/AKT通路可以降低糖尿病肾病大鼠血清炎症因子的含量、减少肾小球细胞凋亡并恢复大鼠肾功能。此为黄芪中的主要活性成分可以影响MAPK信号通路中的蛋白表达情况，从而缓解炎症反应、氧化应激等过程[20]。汪卫红等研究发现黄芪水提取物可改善CRF模型大鼠的血清肾功能指标含量、炎症因子水平以及MAPK信号通路相关调控蛋白，并呈剂量相关性，其作用机制可能与抑制MAPK信号通路的相关调控蛋白来抑制其细胞的炎症反应、氧化应激和细胞凋亡[21]。

2.3. 抗肾脏纤维化

肾纤维化是糖尿病肾病后期出现的病理学改变。高血糖刺激、各种炎症因子的产生等使得肾小球毛细血管基底膜(GBM)增厚和系膜基质增加，肾小球功能下降，一部分肾小球失去功能，其余肾小球代偿性肥大，最终导致肾小球广泛硬化，肾小管萎缩及肾间质纤维化。研究表明黄芪的有效成分可通过影响多条信号通路抵抗肾脏纤维化并减缓肾脏纤维化过程[22]。NLRP3/Caspase-1通路是造成肾脏炎症和间质纤维化的重要通路之一。NLRP3炎症小体是一个超分子复合体，当体内有外源性病原体侵袭和内源性细胞损伤时，NLRP3将被激活形成NLRP3炎症小体招募caspase-1进而诱导白细胞介素-1β (IL-1β)和IL-18的成熟和释放，以及gasdermin D (GSDMD)的切割，促进细胞的溶解性死亡[23]。袁计红等研究发现在经过黄芪甲苷治疗的糖尿病肾病大鼠的血清中NLRP3、caspase-1以及TGF-β蛋白的表达水平显著降低，从而抑制了糖尿病肾病大鼠肾间质的纤维化[24]。另一重要的细胞因子TGF-β1是促进细胞纤维化的重要的因子，是肾脏纤维化的重要病理标志之一。PI3K/AKT信号通路可以诱导TGF-β1细胞因子的产生，从而加速肾小管间质纤维化。吴东等在研究黄芪多糖调控PI3K/AKT通路改善糖尿病大鼠肾损伤发现通过抑制PI3K/AKT信号通路可阻断TGF-β1的表达可有效减轻在瘦素受体基因纯合突变小鼠中肾小管间质纤维化([19], p. 2)。TRPC6是TRPC家族中的重要成员之一，其在肾脏组织中显著表达。NFAT是TRPC6的下游因子，在免疫细胞中可以绑定至TGF-β1的启动子区域，从而促进TGF-β1的转录，CD36可以介导游离脂肪酸(FFAs)吸收增多，升高的FFAs诱导DAG的生成，进而激活TRPC6，因此CD36/TRPC6/NFAT也是致肾脏纤维化的重要信号通路。苏涌通过PA刺激HMCs模型以及2型DN大鼠模型发现黄芪甲苷可以抑制PA诱导的HMCs胞内脂质沉积和FFAs吸收，下调TGF-β1和CD36蛋白的表达，同时黄芪甲苷治疗组的血糖、TG、BUN、SCr与DN组相比都有明显下降，肾系膜增生及基底膜增厚也相对好转，故肾脏纤维化明显缓解[25]。

2.4. 降低蛋白尿

持续性的尿蛋白排泄是糖尿病肾病重要的临床特征[1]。其早期可出现尿微量白蛋白，随着肾小球滤过屏障的不断破坏，肾小球基底膜增厚，系膜基质的不断增加，以及肾小管重吸收功能损伤，后期可出现大量蛋白尿，直至肾脏衰竭。肾足细胞是肾小球滤过屏障的关键组成部分。Nephrin蛋白是一种上皮标志物，特异表达于肾足细胞上。Nephrin蛋白表达丢失可引起足细胞形态异常，导致肾小球的滤过屏障破坏，肾小球的滤过率下降[26]。缪晓杰等实验发现黄芪甲苷能够改善高糖诱导的足细胞上Nephrin和Podocin蛋白的丢失以及提高足细胞的活性和防止其凋亡；同时发现Notch信号通路的异常表达与糖尿病肾病及足细胞有密切关系，其通过分子对接实验得出，黄芪甲苷能够与Notch1配体结合，抑制Notch信号，从而降低高糖诱导的足细胞凋亡[27]。有研究发现靶向的Notch能够通过抑制TGF-β/Smad3信号通路来减轻链霉菌素诱导的糖尿病小鼠的肾脏纤维化[28]。此外，抑制线粒体自噬途径能够保护肾小球的滤过功能，从而减少蛋白尿。研究[29]表明，糖尿病小鼠在出现大量蛋白尿前，肾足细胞中已出现线粒体的异常分裂，使得线粒体碎片增多，产生大量的ROS，同时损伤其DNA，影响其蛋白的转录，从而减少ATP的生成，此外，线粒体的异常分裂使得线粒体膜的通透性改变，造成细胞色素C进入胞质，启动细胞凋亡，诱导足细胞的凋亡，从而破坏肾小球滤过膜，使得蛋白尿的出现。梁国强等研究表明黄芪甲苷可以通过降低肾脏组织中NLPR3和Caspase-1的表达，调控线粒体的自噬途径，改善肾组织线粒体的病理损伤、抑制炎症反应以及自噬，降低阿霉素肾病大鼠的蛋白尿[30]。SU等[31]黄芪皂苷Ⅱ能够通过激活PINK1/parkin途径调控糖尿病大鼠的线粒体自噬，从而保护肾足细胞，减少尿蛋白的排泄。

2.5. 调节糖脂代谢

糖尿病患者由于体内胰岛素功能缺陷(胰岛素分泌不足、胰岛素抵抗)，使血液中的葡萄糖和脂质物质的不断积累，长期的高血糖水平使得肾脏出现功能性和器质性改变，最终出现糖尿病肾病。糖脂代谢紊乱将引起氧化应激，出现炎症反应，使得肾脏纤维化，同时出现蛋白尿。糖尿病肾病患者早期会出现甘油三脂的异常升高，在蛋白尿期会出现总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白的异常上升，而高密度脂蛋白的下降，大量的脂质物质超过脂肪组织的分解代谢时，可沉积在肝脏、肾脏等器官中，从而导致器官产生脂毒性，出现氧化应激，引起细胞损伤[32]。糖脂代谢紊乱可引起足细胞发生一系列的病理生理变化，研究表明，黄芪中的有效成分黄芪甲苷可通过抑制多种信号通路，如CaN/NFAT、lncRNA/TUG1/TRAF5、Notch等通路来抑制足细胞的凋亡与分化，增加足细胞的黏附力，保护足细胞[33]。邓锦满等通过建立2型糖尿病大鼠模型探讨黄芪甲苷联合西格列汀对糖尿病大鼠糖脂代谢、氧化应激及TGF-β1/PI3K/Akt信号通路的影响时发现黄芪甲苷可单独改善糖尿病大鼠的糖脂代谢紊乱[34]。黄芪中的另一重要成分黄芪多糖也具有此功效。武洁等在研究黄芪多糖改善糖尿病大鼠糖脂代谢的分子机制以及其对无翅型小鼠乳房肿瘤病毒整合位点1 (Wnt1)信号的调控机制时发现，黄芪多糖可能通过抑制Wnt1信号通路来降低糖尿病大鼠体内的氧化应激反应、肝脏组织中的脂质沉积，以及动物血糖[35]。

3. 黄芪在临床上的应用

黄芪在临床上应用广泛，经常以成药对或组方的形式出现在治疗各种临床疾病中，尤以在治疗糖尿病肾病方面有着显著治疗疗效。黄芪与丹参配伍能够拮抗内皮细胞的糖氧剥夺，激活血管新生[36]。曹国世在分析人参与黄芪药对的不同配比的化学成分及抗氧化活性的研究中得出，人参黄芪药对不同配比提取物均具有良好的清除自由基及体内外抗氧化作用，当人参与黄芪(1:2)配比时，总黄酮和总皂基含量最高，抗氧化活性最好[37]。糖尿病肾病具有本虚标实的特点。明代倪朱谟在《本草汇言》中称黄芪为“祛风运毒之药”。黄淑芬教授认为黄芪是补药中的风药，能够治风、走表，具有性升、善通的特点，其补而不滞、甘而不壅、能补能通、可升可降。黄老创立以黄芪为主药的肾病经验方肾舒胶囊，能够有效治疗各种原发或继发性肾小球疾病所致的蛋白尿[38]。

4. 小结

综上所述，黄芪在糖尿病肾病的治疗上具有确切疗效，能够有效降低糖尿病肾病患者体内的氧化应激、抑制炎症反应的发生，调节糖脂代谢，减少临床蛋白尿的排泄，延缓肾脏纤维化的进程，保护肾脏。但因其黄芪有效成分较多，目前对黄芪有效成分的研究不够完备，其作用机制及靶点的研究不够深入，仍然需要继续探索。相信未来黄芪在糖尿病肾病的作用机制等方面会有更大的突破。

NOTES

^*通讯作者。