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  • 黄连素降糖量效关系实验研究概述

  • 来源:环球中医药 作者:袁名泽 时间:2013-04-16 16:04:00
  • 核心提示: 近20多年,越来越多的研究显示 ,黄连素(即盐酸小檗碱,BBR)具有确切的降糖作用;且黄连素在一定的给药剂量或浓度范围内具有量效关系 。本文从黄连素对整体动物及细胞降糖的量效研究角度进行综述。
    基金项目:国家
        近20多年,越来越多的研究显示   ,黄连素(即盐酸小檗碱,BBR)具有确切的降糖作用;且黄连素在一定的给药剂量或浓度范围内具有量效关系    。本文从黄连素对整体动物及细胞降糖的量效研究角度进行综述。
      基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)(2010CB530601)
        作者单位:100053北京,中国中医科学院广安门医院内分泌科[袁名泽(硕士研究生)、刘桂芳、张家成(硕士研究生)、姬航宇(博士研究生)、赵林华、周强(博士研究生)、仝小林、李敏];北京中医药大学针灸推拿学院[袁名泽(硕士研究生)、张家成(硕士研究生)]
        作者简介:袁名泽(1985一),在读硕士研究生。研究方向:中西医结合糖尿病的基础与临床。E-mail:644064737@qq.com
        通讯作者:李敏(1972一),女,博士,研究员。研究方向:中西医结合糖尿病。E-mail:limin-72114@163.com
    1  黄连素对整体动物血糖的量效研究
        传统观念认为,黄连素口服吸收差,在胃肠道吸收不好;小鼠静脉注射黄连素,在体内吸收快、分布广泛。黄连素静脉给药后5分钟到2小时小鼠各组织中分布顺序:肺>肝>脾>肾>心>肠>胃≥脑  ;小檗碱主要经过尿中排泄,粪排泄很少,且存在肝肠循环。
    1.1  黄连素对正常动物血糖的量效研究
        黄连素对正常动物空腹血糖的影响存在争议,其量效研究也较少。早期,陈其明  发现黄连素能降低正常小鼠的空腹血糖,另有研究也肯定了这个观点,黄连素剂量50 mg/kg具有降糖作用,而25 mg/kg没有降糖效果  ;但也有相反的观点,如李应霞  采用正常Wistar大鼠为模型,以不同剂量黄连素(60、40、30 mg/kg,注:30 mg约10 p,mol,下同)干预21天,对血糖没有影响。
        不同剂量黄连素干预后,正常动物没有出现低血糖现象,说明黄连素对正常人可能具有较大的安全性。
    1.2黄连素对糖尿病大鼠血糖的量效研究
    1.2.1  黄连素对l型糖尿病动物血糖的量效研究
      l型糖尿病多采用不同浓度的高剂量四氧嘧啶造模,研究者以不同剂量黄连素对其干预。结果显示,黄连素对1型糖尿病动物的降糖作用具有剂量依赖性,且其有效范围为40 mg/kg到120 mg/kg之间,随着剂量的增加,降糖作用越强。如陈远航   以1型糖尿病小鼠模型(100mgkg四氧嘧啶造模),以不同剂量黄连素(40、80、120 mg/kg)灌胃10天,其降糖及提高血清胰岛素作用具有剂量依赖性,高剂量(120 mg/kg)作用最强。李应霞   以雄性Wistar大鼠(皮下注射四氧嘧啶200 mg/kg造模),以不同剂量黄连素(60、40、30 mg/kg)灌胃,也得到同样的结论。Chueh WH等   以不同剂量黄连素(50、150、500 mgk)灌胃14周,胰岛数量增加具有剂量依赖性。而另有研究示对胰岛素基因敲除的小鼠(NOD/LtJ小鼠)灌胃黄连素(100、200 mg/kg),无降糖效果。
        黄连素的时效方面,陈其明[7’以50 m∥蝇黄连素的剂量灌胃l型糖尿病大鼠(尾静脉注射四氧嘧啶95—100 mg/kg),第l、4、10天均可降低血糖。说明黄连素在50 mgb灌胃时具有至少10天的稳定的降血糖作用。
    1.2.2黄连素对2型糖尿病动物血糖的量效研究
      黄连素可确切地降低2型糖尿病模型动物的血糖,在40~200 mg/kg效果明显,且呈量效关系,黄连素剂量越大,降糖效果越明显。Wang Y等‘。’以2型糖尿病大鼠为模型(sD大鼠,高热量饲料加35 mg/kg链脲佐菌素腹腔注射),以不同剂量黄连素(50、100、150 mg/kg连续灌胃6周),结果示剂量为100 mgkg及150 mg/kg黄连素均显著降低大鼠空腹及餐后血糖,而50 mgkg黄连素对血糖无明显影响,不同剂量均对血清胰岛素、瘦素、脂联素无明显影响。有研究采用2型糖尿病大鼠(高脂饲料+链脲佐菌素50 mg腹腔注射)以不同剂量黄连素(75、150 mg/kg)灌胃,结论与上述研究一致  。
        此外,剂量不同,降糖作用出现的时间也存在差异,剂量高的黄连素组出现明显降糖所用的时间比剂量低的组短。如张彦  以不同剂量黄连素(50 mg/kg和25 mg/kg)连续15天灌胃2型糖尿病大鼠(四氧嘧啶45 mg/kg),前者于给药后第6天、后者第9天均呈现明显的降糖作用。
        肠促胰岛素因其独特的降糖作用,成为近年的热点。肠促胰岛素通过多种途径降糖,与中药的多靶点降糖的特点相似。黄连素可能通过诱导GLP-1释放来间接促进胰岛B细胞分泌胰岛素,从而降低血糖。如吕秋菊  首次观察黄连素对2型糖尿病大鼠(未指明具体造模过程、体重)血清GLP-1的影响。以不同浓度黄连素(15 mg只及30 mg只)干预。结果两组黄连素均能有效刺激GLP-1分泌,且呈明显量效关系:在各个时间点(灌胃后O、15、30、60及120分钟),30 mg只的组刺激作用明显优于15 mg/只的组。
    2黄连素对细胞模型降糖作用的量效研究
    2.1黄连素作用于肝细胞的量效关系
        肝脏通过参与糖原分解和糖异生调节血糖浓度,肝细胞系HepG2常用来研究药物的糖耗量。黄连素干预肝细胞系HepG2细胞,存在一定的量效关系。殷峻等   以黄连素的有效浓度20 tzmol/L干预肝细胞系HepG2。发现在中糖浓度(11.1 mmol/L)时,黄连素具有降糖作用,糖耗量增加51%,而在高糖浓度(22.2 mmol/L)没有降糖作用。其进一步研究以不同浓度黄连素(1.O、5、10、50、1∞Ixmol/L)干预HepG2,结果示黄连素浓度在5 Ixmol/L~100
     Ixmol/L时具有显著的降糖作用,可使培养液中的葡萄糖消耗量增加32%一60%(P<0.001),但没有量效关系,同时随着浓度增加,显著抑制HepG2细胞的增殖  ;黄连素浓度降至1 txmol/L降糖作用消失。常伟等  进一步探讨其机制,以不同浓度黄连素(1、3、10、30、100 Ixmol/L)处理HepG2细胞24小时后,胰岛素诱导基因2(Insig-2)和维生素D受体(VDR)基因表达上调,其效应随药物浓度的升高而逐渐增强,浓度为3 txmol/L时达高峰,随后则逐渐减弱。
        腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是葡萄糖代谢的关键酶。Ge Y等  以不同浓度黄连素(1、lO、25、50 p.mol/L)培养大鼠原代肝细胞(sD、zF、zL大鼠),均剂量依赖性的增加磷酸化的AMPK-ot,及底物乙酰辅酶A羧化酶,但对AMPK-B亚基没有量效关系。
    2.2  黄连素作用于脂肪组织细胞的量效关系    脂肪组织也是机体能量调节重要器官,在糖尿病发病中起重要作用,脂肪细胞系313.Ll常用来研究糖代谢。周丽斌将3T3一L1细胞在25 mmol/L葡萄糖培养液中孵育24小时,以不同浓度黄连素(0.1、l、5、10、50、100、200 I~mol/L)干预,浓度在0.1~200 txmol/L之间呈量效关系,其葡萄糖消耗量增加26%~201%。郭晓农  也观察到黄连素浓度在0.3到30 mg/L之间(即0.1至10 Ixmol/L)对3T3L1前脂肪细胞的葡萄糖消耗具有明显的量效关系。这与殷峻   的研究结果不一致,其研究示黄连素在高糖浓度(22.2 mmol/L)下没有降糖作用,可能是因为两者的模型不同(3T3L1与HepG2)。葡萄糖转运实验结果显示,以不同浓度黄连素(O.1、1、lO、50、100、200 txmo]/L)干预,结果示黄连素浓度在0.1一10 la,moL/L之间的葡萄糖转运效果显著增加,但黄连素剂量达到50 I~mol/L时葡萄糖转运效果显著降低  。这与模型细胞的活力在此浓度降低的结果一致,可能是黄连素对脂肪细胞产生毒性作用进而抑制了葡萄糖转运,但此时糖耗量却没有相应的减少,反而随黄连素浓度的升高而增加,可能黄连素具有其他降糖机制抵消了细胞毒作用引起的降糖效果。葡萄糖转运的时效研究结果显示,10 I~mol/L黄连素温育2小时即可使葡萄糖转运率增加43%,6小时时增加59%,12小时时增加101%,24小时和48小时时分别增加112%和127%,说明12小时时黄连素的作用已趋近最大  。在最佳浓度下,黄连素对脂肪细胞模型(3T3L1)的降糖作用具有不同于胰岛素的时一效特点,其作用远不如胰岛素迅速,可能在于其促进葡萄糖转运的机制与胰岛素不同。
    2.3黄连素在肌肉组织降糖的量效关系
        L6肌管细胞(1.56、3.13、6.25、12.5、25、50、100、200 0,mol/L)培养细胞,剂量依赖性的减少PPAR-3,和FAT/CD36蛋白表达  。对在体的比目鱼肌也具有量效关系,剂量依赖性的激活AMPK催化亚基的a1、a苏氨酸磷酸化  。剂量依赖性的
    促进线粒体呼吸  (0、2、4、6、8、10 la,mol/L)。
    2.4黄连素作用于胰岛细胞的量效关系
        胰岛细胞分泌胰岛素调节血糖,细胞系BTC3能稳定分泌胰岛素。殷峻等  观察到不同浓度黄连素(O、O.0l、0.1、1.O txmol/L)均对B细胞无胰岛素促泌作用,而且1.O i~mol/L的黄连素显著抑制了胰岛素的分泌(P<0.01),其原因可能在于该药阻滞了BTC3细胞的增殖。
        黄连素能部分预防和拮抗链脲菌素所致胰岛B细胞损伤,呈剂量依赖性。李素迎等  以不同浓度黄连素(10、20、40、80 ixmol/L)干预以上离体细胞,结果示浓度高(40、80 o,mol/L)的黄连素干预组的1小时高浓度葡萄糖刺激的胰岛素(HGSIR)高于单纯STZ组但均明显低于正常对照组,且呈剂量依赖性:浓度越高,预防和拮抗链脲菌素所致胰岛B细胞损伤的作用显著。
        以不同浓度的黄连素(1、3、10和30~moL/L)干预离体胰岛细胞,黄连素浓度依赖性增强葡萄糖刺激的胰岛素分泌  ,浓度越高,作用越明显。
    2.5黄连素作用于肠道细胞的量效关系
        肠道葡萄糖的吸收对调节血糖具有重要作用,Caco-2细胞模型可用来研究黄连素对二糖水解的影响。潘国宇  以不同浓度黄连素(0.02、0.2、2、20 mg/L)干预以上模型40分钟,黄连素对蔗糖的抑制作用存在量效关系,对麦芽糖的抑制作用虽然显著,但是量效关系不明显。在体肠灌流模型研究表明,50 ixmoL/L黄连素,在肠道内几乎不吸收(2.5小时吸收量小于5%)  ;黄连素的降血糖作用可能并不是在它吸收之后产生的,而是象阿卡波糖等a2糖苷酶抑制剂一样在肠道发挥作用:黄连素降血糖机制可能主要是通过抑制蔗糖酶、麦芽糖酶等二糖酶活力,减少葡萄糖吸收,降低餐后高血糖的产生。有研究考虑其吸收过低、剂量过高(有的达3 g/天)的局限性,而对BBR结构进行修饰,发现其8位羟基取代化合物(BBRH)对2型糖尿病模型大鼠疗效均显著优于BBR组,且剂量较BBR低1个数量级L26 J。此外,NCI-H716系肠内分泌细胞株  ,常用来研究GLP—1分泌的调节。研究黄连素0、1、10、100 la,mol/L预处理,浓度依赖性刺激GLP-1释放[从基础的(O.34±0.02)pM/mg到100 txmoL/L的(0.51±0.03)pM/mg l¨“。
    2.6黄连素作用与不同细胞模型的量一效一毒关系分析
        不同的模型细胞,黄连素发挥细胞毒性作用的浓度也不同。肝细胞系HepG2出现毒性的黄连素浓度较低(t>3 l~mol/L),说明黄连素降糖的同时,也具有肝毒性,可能是造成其浓度在5~100~mol/L时没有量效关系的原因。对脂肪细胞系3T3一L1,黄连素的细胞抑制作用的浓度在10到50 I~moL/L之间。而对胰岛细胞系BTC3的细胞毒性作用的浓度更低,为1•0 I~mol/L,但是临床不仅未见黄连素的毒性报道,而且有研究显示黄连素对肝源性的糖尿病具有肝保护作用,可能与黄连素的体内变化有关,如黄连素血药浓度低或转化为其他物质等   ;也可能是黄连素在不同的器官分布的浓度不同所致。
    3讨论
        综观以上黄连素降糖的量效关系研究,得出以下结论:(1)黄连素的治疗窗:黄连素给药剂量大于40 m、kg具有明显降糖作用,且剂量在40~200mg/kg之间存在量效关系;适合中等浓度的血糖(11.0 mmol/L);在高糖浓度(大于22.O mmol/L)血糖中,黄连素没有降糖作用。(2)黄连素的量毒关系:随着黄连素浓度的增大,出现明显的肝毒性,对脂肪细胞也具有抑制作用。(3)黄连素的吸收:黄连素的降血糖作用可能并不仅在其吸收人血之后产生,而可能早在肠道发挥作用。

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