天然小分子化合物改善糖尿病腎病的研究進展（獨家原創）

專家介紹

徐曉軍：副教授，博士生導師，受聘於中國藥科大學藥物科學研究院。博士畢業於德國海德堡大學，曾任職於德國癌症研究中心（DKFZ）。主要從事分子生物學研究，著重於癌症和代謝中的信號轉導，建立了一系列動物模型來研究代謝性疾病和神經退行性疾病的機制；在糖尿病及其併發症糖尿病腎病的研究中，構建了小鼠和果蠅等糖尿病動物模型，確定了一些天然化合物的藥理活性，並研究了其詳細的作用機制。主持國家自然科學基金面上項目3 項，高等學校博士學科點專項科研基金1 項，參與新世紀人才支持計劃。作為第一作者或通訊作者，發表SCI 論文10 余篇。

正文

天然小分子化合物改善糖尿病腎病的研究進展

鍾羚君1，謝治深1，徐曉軍1,2*

（1. 中國藥科大學天然藥物活性組分與藥效國家重點實驗室，江蘇南京 210009；2. 中國藥科大學江蘇省代謝性疾病藥物重點實驗室，江蘇南京 210009）

[ 摘要] 糖尿病腎病是糖尿病嚴重併發症之一。從天然有機產物結構出發，根據已報道的相關作用機制，結合其化學結構，綜述黃酮類、酚酸類、生物鹼類和苷類等天然小分子化合物改善糖尿病腎病的研究進展，以期為尋找高效、低毒的治療糖尿病腎病的先導化合物提供幫助。

[ 關鍵詞] 糖尿病腎病；天然產物；黃酮類化合物；酚酸類化合物；生物鹼類化合物

糖尿病腎病（diabetic nephropathy，DN）是糖尿病的微血管併發症之一。約30% 的2 型糖尿病（type 2diabetes mellitus，T2DM）患者伴有DN，40% ~ 45% 的1 型糖尿病（type 1 diabetes mellitus，T1DM）將發展為DN，並成為導致全球終末期腎臟疾病（end-stage renaldisease,ESRD）發病率和死亡率升高的主要原因。目前臨床上主要採用降糖、降壓藥和低蛋白飲食等方案聯合控制DN，然而由於DN 發病的複雜性，以及藥物增加腎臟排泄等原因，患者的生存率延長並不理想，且長期用藥存在諸多不良反應。因此，尋找開發新的藥物顯得尤為迫切。天然化合物生物相容性高，且具有合成化合物無法比擬的生化效價多樣性，據報道，天然產物的成藥性約為合成化合物的100 倍。本文通過調研相關文獻，從天然藥物活性組分的化學結構出發，根據其特有的生物活性，結合化學、藥理學、藥效學、病理學等多學科，分析類似化合物改善DN的可能機制，為尋找高效、低毒的治療DN 的先導化合物提供幫助。

1 糖尿病腎病的診斷和病理特徵

目前臨床上主要採用國際上通用的Mogensen 分期法將DN 分為Ⅰ~Ⅴ期。研究表明，DN 在早期過程中，主要表現為腎小球濾過率（glomerular filtrationrate，GFR）增高和腎臟肥大。隨著GFR 高出正常值（GFR>150 mL · min-1），腎小球基底膜（glomerularbasement membrane，GBM） 增厚， 尿白蛋白排出率（urinary albumin excretion，UAE）升高。DN 病程中，血尿素氮（blood urea nitrogen，BUN）和血清肌酐（serumcreatinine，SCr） 穩步增加。當DN 進入終末期後，GFR 降至15 mL · min-1 以下，逐漸發展為ESRD 或慢性腎臟疾病（chronic kidney disease，CKD）。DN 在腎臟功能性病變的同時伴有器質性病變，因此，病理分析有助於輔助診斷DN。與正常人相比，DN 患者的腎細胞外基質（extracellular matrix，ECM）蛋白大量累積，足細胞的絕對數量減少伴隨進行性功能障礙。同時，腎小球系膜細胞（glomerular mesangial cells，GMC）大量增殖，在腎小球毛細血管袢出現嗜酸性和玻璃樣K-W 結（Kimmelstiel-Wilson nodule），損傷一旦擴散，將導致嚴重的糖尿病性腎小球硬化。

2 糖尿病腎病發病機制

DN 的發病機制複雜，主要為高血糖、高血壓造成了代謝紊亂和血流動力學的改變，最終導致腎損傷。一方面，長期的高糖環境導致多元醇通路的激活及一系列非酶性生化反應的發生，促進糖基化終產物（advancedglycation endproduct，AGEs） 的生成， 促進GBM 通透性增加、ECM 增多。其間各種活性氧簇（reactiveoxygen species，ROS）的過度產生，破壞氧化還原的調節，引發氧化應激，同時進一步導致炎症因子白細胞介素（IL）-1、IL-6、腫瘤壞死因子（TNF）-α 升高，形成腎臟慢性炎症。另一方面，由於腎臟血流動力學改變，損傷腎小球內皮細胞和足細胞，促進Ang-II、vasopeptide（VP）、中性內肽酶（NEP）、前列腺素、血栓烷A2（TXA2）等血流動力學相關因子的升高，刺激多種細胞因子生成，改變細胞內信號分子：激活轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）通過TGFβ/Smad 通路促進腎小球肥大，ECM 堆積；活化蛋白激酶C（protein kinase C，PKC），促進足細胞分泌血管內皮生長因子（vascular endothelial growthfactor,VEGF），損傷腎臟微血管，增加血管通透性；打破VEGF/ 一氧化氮（NO）平衡，導致氧化應激的加劇，激活下遊絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinases，MAPK）信號通路和細胞外調節蛋白激酶（extracellular regulatedprotein kinases，ERK） 信號通路，促進系膜細胞合成膠原；調節炎症相關因子，引發炎症反應，加劇腎小球硬化。因此，高血糖、高血壓的良好控制和Ang-II 的抑制是預防DN 進程的重要步驟。

3 改善糖尿病腎病的天然小分子化合物

3.1 黃酮類化合物

黃酮類化合物是一類重要的含氧雜環天然有機化合物，通常具有抗炎、抗菌、抗病毒、瀉下、解痙及保肝抗凝血、降血壓等作用。

抑制炎症能夠有效減緩DN 的發生髮展，如柚皮素（1）、黃芩素（2）、葛根素（3）均具有良好的抗炎作用，且均能抑制核轉錄因子（NF）-κB 的活性。分別給予鏈脲佐黴素（streptozotocin，STZ）誘導的T1DM小鼠含有0.5%、1% 和2% 柚皮素的食物後，發現柚皮素能劑量依賴性地降低TNF-α的基因水平和蛋白表達，在其含量為1% 和2% 時，即能顯著減少單核細胞趨化蛋白（MCP）-1、IL-1、IL-6 的水平，抑制PKC 和NF-κB/p65 的活性，並減少腎臟中相關因子的mRNA 表達和蛋白產生。黃芩素可以抑制STZ 聯合高脂飲食誘導的T2DM 模型大鼠中NF-κB 的活化，降低誘導型一氧化氮合酶（iNOS）和TGFβ1 的表達，此外還恢復了血清促炎細胞因子的水平。作為一種黃酮苷，葛根素能降低血液黏度，抑制血小板凝集，降低TXA2 的水平，同時還能降血糖，抑制蛋白非酶糖基化，清除糖基化產生的自由基，減輕自由基導致的脂質過氧化損傷，降低TNF-α 和IL-6 水平，抑制炎症反應；此外，葛根素的腎臟保護作用也可能是通過上調腎皮質中的沉默信息調節因子1 （the silent information regulator 1，SIRT1）、 叉頭框蛋白O1（forkhead box protein O1，FOXO1）和過氧化物酶體增殖物激活受體γ 輔激活因子1α（alpha subunit of peroxisome proliferators-activatedreceptor-gammacoactivator 1α，PGC-1α）的蛋白水平緩解線粒體損傷而實現。

多項研究報道了類黃酮治療DN 的新型策略。原花青素B2（4）是來源於葡萄籽和皮中的一種黃烷醇，相比其他水溶性多酚有更高的生物活性。Zhou 等報道，葡萄籽原花青素B2 可通過逆轉與動脈粥樣硬化、新血管生成有關的蛋白mimecan 的表達和抑制NF-κB/p65 信號通路以緩解腎纖維化；同時，其也可能通過腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate-activatedproteinkinase，AMPK）-SIRT1-PGC-1α 軸在體外保護足細胞免於高葡萄糖誘導的線粒體功能障礙和凋亡。查爾酮是屬於類黃酮家族的天然化合物，多存在於水果、蔬菜、香料和茶中。查爾酮類化合物紅花黃色素（5）可以顯著降低DN 大鼠腎組織中的Ang-II 含量，降低腎組織中血管緊張素轉化酶（angiotensin-convertingenzyme，ACE）活性，明顯升高血管緊張素轉化酶相關羧酶（ACE- related carboxylase，ACEC）的蛋白表達，維持ACE/ACEC 的平衡。一項研究表明，口服低劑量槲皮素（6）對高膽固醇血脂症小鼠DN 具有保護作用。其作用機制是誘導生化變化和減少腎小球硬化。染料木黃酮（7）屬於異黃酮，主要來源於大豆，是大豆異黃酮產品中最有效的功能成分。果糖餵食的大鼠模型經給葯後，可以降低血壓，恢復ACE、PKC-βⅡ和內皮型一氧化氮合酶（eNOS）表達並保持腎超微結構完整性。綜上，黃酮類化合物可能通過其抗炎和抗纖維化活性緩解DN。

3.2 酚酸類化合物

由於酚羥基和羧基等極性官能團的存在，多酚類化合物具有較好的抗氧化、降血脂及抗心腦血管疾病等生物活性。

綠原酸（8）和丹酚酸B（9）的結構中都含有一定量的酚羥基，可能形成大量具有抗氧化作用的氫自由基，以消除羥基自由基和超氧陰離子等自由基的活性，增強超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）活性，降低丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量，顯著提高DN 大鼠的抗氧化能力。

DN 發生機制中，氧化應激的存在通常伴隨炎症反應。作為從唇形科植物迷迭香中分離得到的天然酚酸類化合物，迷迭香酸（10）除具有羥基化合物的抗氧化活性外，還具有抗炎活性。研究表明，迷迭香酸可以調節NF-κB/p65 的表達，減緩炎症和血管生成相關細胞因子的活性。

據報道，酚性芳香酸類化合物丹參素（11）可以抑制血小板聚集降低血黏度，抑制醛醣還原酶（aldosereductase，AR）活性，降低脂質過氧化，減少MDA 含量；酚類化合物丹皮酚也可以通過抑制脂質過氧化和減少低密度脂蛋白（low-density lipoprotein，LDL），降低血脂。當兩者共同給葯（雙丹口服液）時，雖然不能有效降低血糖，但能顯著減輕DN 大鼠的血液黏度，降低MDA或NO 水平，改善血脂代謝從而發揮保護腎臟作用。

3.3 生物鹼類化合物

生物鹼是存在於自然界中的一類含氮有機化合物，有類似鹼的性質，在日常生活和醫療方面有著重要作用。目前對生物鹼的生物活性報道有抗氧化、抑制細胞增生、降糖和降脂等。

小檗鹼（12）、甜菜鹼（13）及粉防己鹼（14）等生物鹼能有效改善血脂血糖異常。近年來有大量關於其改善DN 的報道。經Ni 等總結，小檗鹼可以改善葡萄糖的攝取和利用，降低細胞中TG、膽固醇的合成和分泌，從而減少脂肪的生成、糖元分解和糖異生的水平。張猛猛等報道，甜菜鹼對db/db 小鼠具有降血糖、降血脂等作用，改善糖脂代謝；此外，其還能降低血清TNF-α 和TGFβ1 水平，但與降脂類陽性葯組相比，甜菜鹼的抗炎機制卻不依賴於降糖或降脂治療。另有研究表明，青藤和粉防己中的活性成分粉防己鹼可利用非胰島素介導的機制，提升DN 大鼠對外周組織中葡萄糖的利用。

除改善血脂代謝外，血流動力學參數的改變也是另一重要因素。苦參鹼（15）在DN 的早期治療中，可有效預防高血脂，改善血液流變學異常指標，降低尿蛋白，增加腎血流量的同時降低血液黏度，發揮對腎臟的保護作用。山莨菪鹼（16）可增強微小血管的自律運動，增加血氧濃度，降低血管通透性，改善血液黏滯等現象，達到增加血流量的目的。

生物鹼還能在一定程度上緩解高糖所引起的增生，如長春新鹼（17）、小檗鹼和川芎嗪（18）。細胞周期特異性藥物長春新鹼能夠抑制細胞中紡錘體的形成，滯留於有絲分裂中期，延緩或阻滯進入細胞增殖的M期，也可能使G1 期腎臟細胞逆轉回G0 期。小檗鹼除能調節代謝異常外，還能抑制GMC 在高葡萄糖環境下細胞周期的G1-S 轉換，川芎嗪則能減少平滑肌細胞和成纖維細胞增生，調節脂質代謝。

綜上，生物鹼一方面可以通過調節血脂代謝和血流動力學參數間接改善DN 所造成的不良機體環境，另一方面，其還可以直接通過影響細胞周期來抑制細胞增殖，調節炎症因子，逆轉DN 早期腎臟肥大的癥狀，為探討DN 的治療方式提供另一種重要視角。

3.4 苷類化合物

苷類化合物由糖或糖的衍生物與苷元脫水形成。目前發現，黃酮類、蒽醌類、生物鹼類等大部分天然產物均可作為苷元與糖或糖的衍生物形成苷，由於苷元的結構不同，其性質千變萬化。

部分苷類化合物通過多種途徑改善腎小球和腎小管病理學變化，緩解DN 早期的超濾狀態。黃芪甲苷Ⅳ（AS-IV）（19）是黃芪皂苷的主要活性成分之一。AS-IV 在db/db 小鼠模型中表現出良好的降血糖效應，其可能通過調控蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）/哺乳動物雷帕黴素靶蛋白(mammalian target oftherapamycin, mTOR)、NF-κB 和ERK 信號通路，從而有效減緩DN 發展進程。Ma 等報道，牛蒡子苷（20）可能通過上調去甲腎上腺素和足細胞裂孔隔膜複合體的重要組成部分podocin 的表達和下調乙醯肝素酶水平，有效恢復腎小球濾過屏障損傷。

《本草綱目》中記載，苦瓜可以「去邪熱，解勞之，清心明目」。而來自苦瓜果實和種子中的苦瓜皂苷，能有效降血糖、改善血脂水平。一方面，藥理實驗發現其不僅有類似胰島素的作用，而且還可以刺激胰島素的釋放，從而起到顯著的降血糖效果；同時，苦瓜皂苷可以從源頭抑制腸道對脂肪的吸收，減少機體用於膽固醇合成的原料，調節血脂平衡；另一方面，苦瓜皂苷可顯著增強SOD 活力，降低MDA 水平，具有良好的抗氧化功能。山茱萸環烯醚萜總苷中含莫諾苷（21）和馬錢子苷（22）等成分，在體外實驗中能顯著抑制高糖刺激下的GMC 增殖，降低細胞氧化應激反應和糖原沉積，緩解DN 癥狀。這些功能對糖尿病小鼠的腎功能恢復有一定幫助。

3.5 其他類化合物

DN 是一種伴隨慢性炎症反應的微血管疾病。除了上述已有報道的藥物外，還有一些具有治療DN 潛力的其他種類天然小分子化合物。

3.5.1 多靶點化合物

近年來有不少研究揭示了多酚類化合物白藜蘆醇（23）在治療DN 方面的作用機制。研究顯示，其化學結構中的酚羥基可以消除部分ROS，減緩氧化應激反應，降低膽固醇和TG 的水平從而改善代謝紊亂，有效逆轉血脂異常保護腎臟系統。此外，白藜蘆醇也是SIRT1 的激活劑，由白藜蘆醇介導的SIRT1的表達增加可能是有效預防腎小管損傷的機制。由此可見，白藜蘆醇能夠通過多種途徑，共同發揮作用。

3.5.2 減輕炎症的化合物

大黃素（24）和大黃酸（25）是典型的蒽醌類化合物。研究表明，大黃素能顯著降低高糖誘導GMC中NF-κB 的DNA結合和轉錄活性；而大黃酸能與L-精氨酸通過氫鍵結合，有效下調促炎細胞因子和信號轉導物，從而減緩炎症反應。此外，大黃素和大黃酸均可誘導G1 期的細胞周期停滯以及通過促凋亡來抑制高葡萄糖誘導的GMC 增殖 。二酮薑黃素（26）在db/db 小鼠模型中能顯著降低UAE，抑制信號轉導子和轉錄激活子3（signal transducer andactivatorof transcription 3，STAT3）的磷酸化和NF-κB抑製劑（inhibitor of NF-κB，IκB）的降解，並降低腎臟中膠原Ⅳ（collage IV）和纖維連接蛋白（fibronectin，FN）的表達；此外，其還能促進血漿MDA 水平下降，激活核因子E2 相關因子2（nuclear factor-erythroid2-relatedfactor 2，Nrf2）抗氧化系統，減少血漿脂多糖的含量，提升抗炎功效。

3.5.3 緩解應激反應的化合物

牛磺熊去氧膽酸（27）是一種從熊膽汁中提取出來的甾體類化合物，其通過抑制內質網應激反應有效緩解高糖對腎小管的損傷。十字花科植物中的蘿蔔硫素（28）可能部分通過糖代謝相關的糖原合成酶激酶（GSK）-3β/Fyn/Nrf2信號通路，減緩氧化應激和GSK-3β 的活化，是一種有效的間接抗氧化劑。

3.5.4 改善糖脂代謝的化合物

大蒜素（29）可能通過TGFβ1/ERK 通路，減少糖尿病大鼠的禁食血糖、BUN、TG 和UAE 水平。夾竹桃麻素（30）則可能通過抑制腎臟中的糖異生過程，起到降低血糖的作用。

3.5.5 抑製糖尿病腎病病理性損傷的化合物

雷公藤甲素（31）能夠通過抗炎、免疫抑制、抑制高糖環境下Ang-II 對足細胞的損傷及高糖刺激的足細胞轉分化等機制來修復足細胞損傷，維護腎小球濾過屏障。

4 結語

本文根據天然產物的結構總結了部分天然小分子關於治療DN 的研究進展。大體將其分為黃酮類、酚酸類、生物鹼類、苷類及其他類化合物。但由於部分化合物本身結構中具有的官能團的多樣性，化合物結構分類概念有一定重疊性，導致同一種化合物可能同時歸屬於不同類別。本文通過考察天然小分子化合物的不同結構，討論了其生物活性的共性和個性，為發現新的治療DN 的天然藥物及先導化合物，提供了一個新的考察角度和可能性。

關於我們

●感謝您閱讀《藥學進展》微信平台原創好文，也歡迎各位讀者轉載、引用。本文選自《藥學進展》2017年第10期。

●《藥學進展》雜誌, 由中國藥科大學和中國藥學會共同主辦、國家教育部主管，月刊，80頁，全彩印刷。刊物以反映藥學科研領域的新方法、新成果、新進展、新趨勢為宗旨，以綜述、評述、行業發展報告為特色，以藥學學科進展、技術進展、新葯研發各環節技術信息為重點，是一本專註於醫藥科技前沿與產業動態的專業媒體。

《藥學進展》注重內容策劃，加強組稿約稿，深度挖掘、分析藥學信息資源，在藥學學科進展、科研思路方法、靶點機制探討、新葯研發報告、臨床用藥分析、國際醫藥前沿等方面初具特色；特別是醫藥信息內容以科學前沿與國家戰略需求相結合，更加突出前瞻性、權威性、時效性、新穎性、系統性、實用性。根據最新統計數據，刊物篇均下載率連續三年蟬聯我國醫藥期刊榜首，複合影響因子0.760，具有較高的影響力。

《藥學進展》編委會由國家重大專項化學葯總師陳凱先院士擔任主編，編委由新葯研發技術鏈政府監管部門、高校科研院所、製藥企業、臨床醫院、CRO、金融資本及知識產權相關機構百餘位極具影響力的專家組成。