黃連素降糖量效關係實驗研究概述

黃連素降糖量效關係實驗研究概述

近20多年，越來越多的研究顯示 ，黃連素(即鹽酸小檗鹼，BBR)具有確切的降糖作用；且黃連素在一定的給藥劑量或濃度範圍內具有量效關係。本文從黃連素對整體動物及細胞降糖的量效研究角度進行綜述。

基金項目：國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)(2010CB530601)

作者單位：100053北京，中國中醫科學院廣安門醫院內分泌科[袁名澤(碩士研究生)、劉桂芳、張家成(碩士研究生)、姬航宇(博士研究生)、趙林華、周強(博士研究生)、仝小林、李敏]；北京中醫藥大學針灸推拿學院[袁名澤(碩士研究生)、張家成(碩士研究生)]

作者簡介：袁名澤(1985一)，在讀碩士研究生。研究方向：中西醫結合糖尿病的基礎與臨床。E-mail：644064737@qq.com

通訊作者：李敏(1972一)，女，博士，研究員。研究方向：中西醫結合糖尿病。E-mail：limin-72114@163.com

1.黃連素對整體動物血糖的量效研究

傳統觀念認為，黃連素口服吸收差，在胃腸道吸收不好；小鼠靜脈注射黃連素，在體內吸收快、分布廣泛。黃連素靜脈給葯後5分鐘到2小時小鼠各組織中分布順序：肺>肝>脾>腎>心>腸>胃≥腦；小檗鹼主要經過尿中排泄，糞排泄很少，且存在肝腸循環。

1.1黃連素對正常動物血糖的量效研究

黃連素對正常動物空腹血糖的影響存在爭議，其量效研究也較少。早期，陳其明﹡發現黃連素能降低正常小鼠的空腹血糖，另有研究也肯定了這個觀點，黃連素劑量50 mg／kg具有降糖作用，而25 mg／kg沒有降糖效果；但也有相反的觀點，如李應霞﹡採用正常Wistar大鼠為模型，以不同劑量黃連素(60、40、30 mg/kg，註：30 mg約10 p,mol，下同)干預21天，對血糖沒有影響。

不同劑量黃連素干預後，正常動物沒有出現低血糖現象，說明黃連素對正常人可能具有較大的安全性。

1.2黃連素對糖尿病大鼠血糖的量效研究

1.2.1黃連素對l型糖尿病動物血糖的量效研究

l型糖尿病多採用不同濃度的高劑量四氧嘧啶造模，研究者以不同劑量黃連素對其干預。結果顯示，黃連素對1型糖尿病動物的降糖作用具有劑量依賴性，且其有效範圍為40 mg／kg到120 mg／kg之間，隨著劑量的增加，降糖作用越強。如陳遠航﹡以1型糖尿病小鼠模型(100mgkg四氧嘧啶造模)，以不同劑量黃連素(40、80、120 mg／kg)灌胃10天，其降糖及提高血清胰島素作用具有劑量依賴性，高劑量(120 mg/kg)作用最強。李應霞﹡以雄性Wistar大鼠(皮下注射四氧嘧啶200 mg／kg造模)，以不同劑量黃連素(60、40、30 mg／kg)灌胃，也得到同樣的結論。Chueh WH等以不同劑量黃連素(50、150、500 mgk)灌胃14周，胰島數量增加具有劑量依賴性。而另有研究示對胰島素基因敲除的小鼠(NOD／LtJ小鼠)灌胃黃連素(100、200 mg／kg)，無降糖效果。

黃連素的時效方面，陳其明[7』以50 m∥蠅黃連素的劑量灌胃l型糖尿病大鼠(尾靜脈注射四氧嘧啶95—100 mg/kg)，第l、4、10天均可降低血糖。說明黃連素在50 mgb灌胃時具有至少10天的穩定的降血糖作用。

1.2.2黃連素對2型糖尿病動物血糖的量效研究

黃連素可確切地降低2型糖尿病模型動物的血糖，在40～200 mg／kg效果明顯，且呈量效關係，黃連素劑量越大，降糖效果越明顯。Wang Y等『。』以2型糖尿病大鼠為模型(sD大鼠，高熱量飼料加35 mg／kg鏈脲佐菌素腹腔注射)，以不同劑量黃連素(50、100、150 mg／kg連續灌胃6周)，結果示劑量為100 mgkg及150 mg／kg黃連素均顯著降低大鼠空腹及餐後血糖，而50 mgkg黃連素對血糖無明顯影響，不同劑量均對血清胰島素、瘦素、脂聯素無明顯影響。有研究採用2型糖尿病大鼠(高脂飼料+鏈脲佐菌素50 mg腹腔注射)以不同劑量黃連素(75、150 mg／kg)灌胃，結論與上述研究一致。

此外，劑量不同，降糖作用出現的時間也存在差異，劑量高的黃連素組出現明顯降糖所用的時間比劑量低的組短。如張彥﹡以不同劑量黃連素(50 mg／kg和25 mg／kg)連續15天灌胃2型糖尿病大鼠(四氧嘧啶45 mg／kg)，前者於給葯後第6天、後者第9天均呈現明顯的降糖作用。

腸促胰島素因其獨特的降糖作用，成為近年的熱點。腸促胰島素通過多種途徑降糖，與中藥的多靶點降糖的特點相似。黃連素可能通過誘導GLP-1釋放來間接促進胰島B細胞分泌胰島素，從而降低血糖。如呂秋菊﹡首次觀察黃連素對2型糖尿病大鼠(未指明具體造模過程、體重)血清GLP-1的影響。以不同濃度黃連素(15 mg只及30 mg只)干預。結果兩組黃連素均能有效刺激GLP-1分泌，且呈明顯量效關係：在各個時間點(灌胃後O、15、30、60及120分鐘)，30 mg只的組刺激作用明顯優於15 mg／只的組。

2.黃連素對細胞模型降糖作用的量效研究

2.1黃連素作用於肝細胞的量效關係

肝臟通過參與糖原分解和糖異生調節血糖濃度，肝細胞系HepG2常用來研究藥物的糖耗量。黃連素干預肝細胞系HepG2細胞，存在一定的量效關係。殷峻等﹡ 以黃連素的有效濃度20 tzmol／L干預肝細胞系HepG2。發現在中糖濃度(11.1 mmol／L)時，黃連素具有降糖作用，糖耗量增加51％，而在高糖濃度(22.2 mmol／L)沒有降糖作用。其進一步研究以不同濃度黃連素(1.O、5、10、50、1∞Ixmol／L)干預HepG2，結果示黃連素濃度在5 Ixmol／L~100

Ixmol／L時具有顯著的降糖作用，可使培養液中的葡萄糖消耗量增加32％一60％(P<0.001)，但沒有量效關係，同時隨著濃度增加，顯著抑制HepG2細胞的增殖；黃連素濃度降至1 txmol／L降糖作用消失。常偉等﹡進一步探討其機制，以不同濃度黃連素(1、3、10、30、100 Ixmol／L)處理HepG2細胞24小時後，胰島素誘導基因2(Insig-2)和維生素D受體(VDR)基因表達上調，其效應隨藥物濃度的升高而逐漸增強，濃度為3 txmol／L時達高峰，隨後則逐漸減弱。

腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是葡萄糖代謝的關鍵酶。Ge Y等﹡以不同濃度黃連素(1、lO、25、50 p.mol／L)培養大鼠原代肝細胞(sD、zF、zL大鼠)，均劑量依賴性的增加磷酸化的AMPK-ot，及底物乙醯輔酶A羧化酶，但對AMPK-B亞基沒有量效關係。

2.2黃連素作用於脂肪組織細胞的量效關係脂肪組織也是機體能量調節重要器官，在糖尿病發病中起重要作用，脂肪細胞系313.Ll常用來研究糖代謝。周麗斌將3T3-L1細胞在25 mmol／L葡萄糖培養液中孵育24小時，以不同濃度黃連素(0.1、l、5、10、50、100、200 I~mol／L)干預，濃度在0.1～200 txmol／L之間呈量效關係，其葡萄糖消耗量增加26％～201％。郭曉農﹡也觀察到黃連素濃度在0.3到30 mg／L之間(即0.1至10 Ixmol／L)對3T3L1前脂肪細胞的葡萄糖消耗具有明顯的量效關係。這與殷峻﹡ 的研究結果不一致，其研究示黃連素在高糖濃度(22.2 mmol／L)下沒有降糖作用，可能是因為兩者的模型不同(3T3L1與HepG2)。葡萄糖轉運實驗結果顯示，以不同濃度黃連素(O.1、1、lO、50、100、200 txmo]／L)干預，結果示黃連素濃度在0.1-10 la,moL／L之間的葡萄糖轉運效果顯著增加，但黃連素劑量達到50 I~mol／L時葡萄糖轉運效果顯著降低。這與模型細胞的活力在此濃度降低的結果一致，可能是黃連素對脂肪細胞產生毒性作用進而抑制了葡萄糖轉運，但此時糖耗量卻沒有相應的減少，反而隨黃連素濃度的升高而增加，可能黃連素具有其他降糖機制抵消了細胞毒作用引起的降糖效果。葡萄糖轉運的時效研究結果顯示，10 I~mol／L黃連素溫育2小時即可使葡萄糖轉運率增加43％，6小時時增加59％，12小時時增加101％，24小時和48小時時分別增加112％和127％，說明12小時時黃連素的作用已趨近最大。在最佳濃度下，黃連素對脂肪細胞模型(3T3L1)的降糖作用具有不同於胰島素的時一效特點，其作用遠不如胰島素迅速，可能在於其促進葡萄糖轉運的機制與胰島素不同。

2.3黃連素在肌肉組織降糖的量效關係

L6肌管細胞(1.56、3.13、6.25、12.5、25、50、100、200 0,mol／L)培養細胞，劑量依賴性的減少PPAR-3,和FAT／CD36蛋白表達。對在體的比目魚肌也具有量效關係，劑量依賴性的激活AMPK催化亞基的a1、a蘇氨酸磷酸化。劑量依賴性的促進線粒體呼吸﹡(0、2、4、6、8、10 la,mol／L)。

2.4黃連素作用於胰島細胞的量效關係

胰島細胞分泌胰島素調節血糖，細胞系BTC3能穩定分泌胰島素。殷峻等﹡觀察到不同濃度黃連素(O、O.0l、0.1、1.O txmol／L)均對B細胞無胰島素促泌作用，而且1.O i~mol／L的黃連素顯著抑制了胰島素的分泌(P<0.01)，其原因可能在於該葯阻滯了BTC3細胞的增殖。

黃連素能部分預防和拮抗鏈脲菌素所致胰島B細胞損傷，呈劑量依賴性。李素迎等﹡以不同濃度黃連素(10、20、40、80 ixmol／L)干預以上離體細胞，結果示濃度高(40、80o,mol／L)的黃連素干預組的1小時高濃度葡萄糖刺激的胰島素(HGSIR)高於單純STZ組但均明顯低於正常對照組，且呈劑量依賴性：濃度越高，預防和拮抗鏈脲菌素所致胰島B細胞損傷的作用顯著。

以不同濃度的黃連素(1、3、10和30~moL／L)干預離體胰島細胞，黃連素濃度依賴性增強葡萄糖刺激的胰島素分泌，濃度越高，作用越明顯。

2.5黃連素作用於腸道細胞的量效關係

腸道葡萄糖的吸收對調節血糖具有重要作用，Caco-2細胞模型可用來研究黃連素對二糖水解的影響。潘國宇﹡以不同濃度黃連素(0.02、0.2、2、20 mg／L)干預以上模型40分鐘，黃連素對蔗糖的抑制作用存在量效關係，對麥芽糖的抑制作用雖然顯著，但是量效關係不明顯。在體腸灌流模型研究表明，50 ixmoL／L黃連素，在腸道內幾乎不吸收(2.5小時吸收量小於5％)；黃連素的降血糖作用可能並不是在它吸收之後產生的，而是象阿卡波糖等a2糖苷酶抑製劑一樣在腸道發揮作用：黃連素降血糖機制可能主要是通過抑制蔗糖酶、麥芽糖酶等二糖酶活力，減少葡萄糖吸收，降低餐後高血糖的產生。有研究考慮其吸收過低、劑量過高(有的達3g／天)的局限性，而對BBR結構進行修飾，發現其8位羥基取代化合物(BBRH)對2型糖尿病模型大鼠療效均顯著優於BBR組，且劑量較BBR低1個數量級L26 J。此外，NCI-H716系腸內分泌細胞株，常用來研究GLP—1分泌的調節。研究黃連素0、1、10、100 la,mol／L預處理，濃度依賴性刺激GLP-1釋放[從基礎的(O.34±0.02)pM／mg到100 txmoL／L的(0.51±0.03)pM／mg l¨「。

2.6黃連素作用與不同細胞模型的量一效一毒關係分析

不同的模型細胞，黃連素髮揮細胞毒性作用的濃度也不同。肝細胞系HepG2出現毒性的黃連素濃度較低(t>3 l~mol／L)，說明黃連素降糖的同時，也具有肝毒性，可能是造成其濃度在5～100~mol／L時沒有量效關係的原因。對脂肪細胞系3T3一L1，黃連素的細胞抑制作用的濃度在10到50 I~moL／L之間。而對胰島細胞系BTC3的細胞毒性作用的濃度更低，為1.0 I~mol／L，但是臨床不僅未見黃連素的毒性報道，而且有研究顯示黃連素對肝源性的糖尿病具有肝保護作用，可能與黃連素的體內變化有關，如黃連素血葯濃度低或轉化為其他物質等；也可能是黃連素在不同的器官分布的濃度不同所致。

3.討論

綜觀以上黃連素降糖的量效關係研究，得出以下結論：(1)黃連素的治療窗：黃連素給藥劑量大於40 m、kg具有明顯降糖作用，且劑量在40～200mg／kg之間存在量效關係；適合中等濃度的血糖(11.0 mmol／L)；在高糖濃度(大於22.O mmol／L)血糖中，黃連素沒有降糖作用。(2)黃連素的量毒關係：隨著黃連素濃度的增大，出現明顯的肝毒性，對脂肪細胞也具有抑制作用。(3)黃連素的吸收：黃連素的降血糖作用可能並不僅在其吸收人血之後產生，而可能早在腸道發揮作用。