王 月，蘇 蓉，劉振華，董 琦

1青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院，西寧810016；2中國科學(xué)院西北高原生物研究所，西寧810008

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一種以血糖升高為特征的代謝性疾病，常伴隨一系列累及多個組織器官的并發(fā)癥，最常見的如腎病、視網(wǎng)膜病變、神經(jīng)病變、性功能障礙和心肌病等，可導(dǎo)致糖尿病患者遭受心臟病發(fā)作、中風(fēng)、失明、腎功能衰竭及截肢等危害，總體生活質(zhì)量下降[1,2]。根據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟發(fā)布的最新版《全球糖尿病地圖(IDF Diabetes Atlas)》顯示，全球糖尿病(20～79歲)粗患病率為9.3%，約4.63億成人患有糖尿病，正發(fā)展成為繼癌癥、心腦血管疾病之后危害人類健康的第三大殺手[3]。

越來越多的研究證實，糖尿病的發(fā)病機制與各種信號通路有關(guān)，如胰島素信號通路[4]、碳水化合物代謝通路[5]、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)通路[6]、涉及胰島素分泌[7]和PPAR調(diào)節(jié)[8]的通路以及染色質(zhì)修飾通路[9]，這些信號通路已成為治療糖尿病新藥物靶點的主要來源，例如，胰島素增敏藥物雙胍(二甲雙胍)和噻唑烷二酮類(羅格列酮和吡格列酮)多年來通過作用于以上通路用于糖尿病的治療，但是這些抗糖尿病藥物服用后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了臨床副作用[10]。近年來中藥及其活性成分與合成化合物相比結(jié)構(gòu)多樣性更大、副作用小，在治療糖尿病這一慢性疾病方面彰顯出巨大的優(yōu)勢和潛力，可成為生物活性劑的主要來源，并在新藥研究先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究較多的天然產(chǎn)物包括生物堿、酚類、萜類、黃酮類、皂苷類、多糖等均具有顯著的抗糖尿病作用，其中，大量實驗證實多數(shù)抗糖尿病藥用植物的降血糖活性歸因于皂苷的存在[11-13]。

皂苷由非糖的三萜或甾體皂苷元與糖基部分結(jié)合而成，因具有抗炎[14]、抗病毒[15]、抗腫瘤[16]、降血糖[17]及調(diào)節(jié)脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)[18]等多種生物活性而受到廣泛關(guān)注，其中，降血糖作用通過多個靶點和信號通路進行調(diào)節(jié)，主要涉及胰島素信號通路、基于碳水化合物的代謝途徑、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激調(diào)節(jié)通路、PPAR調(diào)節(jié)通路、游離脂肪酸促進胰島素分泌以及多通路聯(lián)合調(diào)節(jié)。本文主要以皂苷降血糖活性涉及的信號通路為線索，對皂苷類化合物的降血糖作用進行綜述，明確體內(nèi)與糖尿病治療相關(guān)的作用機理和有效機制，探索合理高效的靶點與通路用于預(yù)防糖尿病對全球健康的威脅，加深對皂苷類化合物生物活性的認(rèn)識，以期為防治糖尿病發(fā)揮借鑒作用。

1 皂苷類化合物的降血糖活性及其作用機制

1.1 胰島素信號通路

1.1.1 葡萄糖轉(zhuǎn)運通路(INS-INSR-IRS-PI3K-AKT-GLUT4)

胰島素(insulin，INS)與其受體(insulin receptor，INSR)結(jié)合，引發(fā)INSR構(gòu)象的變化并激活固有的酪氨酸激酶活性，促使胰島素受體底物(insulin receptor substrate，IRS)在內(nèi)的多個底物磷酸化，進而通過激活下游信號分子作用于相應(yīng)通路發(fā)揮降糖作用[19](見圖1)。

1.1.2 糖原合成通路(INS-INSR-IRS-PI3K-AKT-GSK3β)

激活的AKT促使糖原合成中的關(guān)鍵酶絲氨酸/蘇氨酸激酶(glycogen synthase kinase 3β，GSK3β)磷酸化，顯著抑制GSK3β的活性，GSK3β對糖原合成酶(general synthesizer，GS)發(fā)揮負(fù)調(diào)控作用，GSK3β被抑制后作用于GS使其活性升高，促進糖原合成用于降低血糖水平發(fā)揮降糖療效[25](見圖1)。

1.1.3 抑制蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)

蛋白酪氨酸磷酸酶1B(protein tyrosine phosphatase 1B，PTP1B)最初從人胎盤蛋白提取物中分離，定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的細(xì)胞質(zhì)表面，可使INS和IRS的酪氨酸激酶位點去磷酸化，發(fā)揮負(fù)調(diào)控作用阻礙胰島素的正常調(diào)節(jié)，已成為治療T2DM的藥物靶標(biāo)[30]。研究發(fā)現(xiàn)PTP1B基因敲除小鼠的肌肉和肝臟可表現(xiàn)出更高的胰島素敏感性，因此可通過PTP1B基因敲除或采用PTP1B抑制劑提高機體胰島素的表達(dá)[31](見圖1)。

圖1 胰島素信號通路作用機制Fig.1 Mechanism of insulin signaling pathway

齊墩果酸及其衍生物是典型的PTP1B抑制劑，Liu等[32]合成了24種糖取代型齊墩果酸衍生物，在體外評價了其對PTP1B抑制和胰島素致敏反應(yīng)的影響，結(jié)果顯示齊墩果酸及其衍生物對PTP1B表現(xiàn)出中度至良好的抑制活性，可用于糖尿病的治療。除齊墩果酸外，Zhou等[33]研究了黃芪甲苷對胰島素抵抗細(xì)胞和非酒精性脂肪性肝病模型的影響，藥物團模型匹配和分子對接的初步結(jié)果表明黃芪甲苷和PTP1B可以通過氫鍵很好地結(jié)合，酶動力學(xué)實驗表明黃芪甲苷是PTP1B的有效和特異性抑制劑，為黃芪甲苷改善胰島素抵抗提供了新的方向。Klomann等[34]擬確定苦瓜的生物活性化合物和生物化學(xué)機制對T2DM的影響，利用db/db小鼠進行分組考察，結(jié)果顯示皂苷部分使骨骼肌細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中PTP1B活性降低了25%，解釋了苦瓜在胰島素抵抗和T2DM中的抗糖尿病作用涉及的生化機制，為胰島素敏感性增加提供了機制信息。

1.2 基于碳水化合物的代謝途徑

1.2.1 AMPK調(diào)節(jié)作用

AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)是碳水化合物代謝通路調(diào)節(jié)的中樞，在維持全身能量平衡中起著關(guān)鍵作用，AMPK可通過以下途徑調(diào)節(jié)碳水化合物代謝發(fā)揮降糖作用[35](見圖2)：

圖2 基于碳水化合物的代謝途徑作用機制Fig.2 Mechanism of metabolic pathway based on carbohydrate

(3)激活A(yù)MPK后可借助葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1(glucose transporter type 1，GLUT1)和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4(GLUT4)將葡萄糖運輸至細(xì)胞內(nèi)使葡萄糖的攝取和應(yīng)用增多。Yu等[45]以鏈脲佐菌素與高脂肪飲食誘導(dǎo)的T2DM大鼠研究穿龍薯蕷(DiscoreanipponicaMakino)皂苷對T2DM的影響和可能的機制，以生化參數(shù)、靶蛋白和基因為參考，實驗發(fā)現(xiàn)穿龍薯蕷皂苷上調(diào)了AMPK和GLUT4的蛋白表達(dá)，在未來有望開發(fā)為治療糖尿病的新型強效藥物。Bai等[46]試圖探索苦瓜總皂苷如何影響棕櫚酸處理的HepG2細(xì)胞和葡萄糖處理的秀麗隱桿線蟲的葡萄糖和脂質(zhì)代謝，數(shù)據(jù)表明可通過上調(diào)GLUT4表達(dá)促進葡萄糖攝取，證實苦瓜總皂苷在HepG2細(xì)胞系和秀麗隱桿線蟲中表現(xiàn)出調(diào)節(jié)能量代謝的能力。Kim等[47]探索絞股藍(lán)分離得到的絞股藍(lán)皂苷L和絞股藍(lán)皂苷Li對L6骨骼肌細(xì)胞AMPK激活的影響，結(jié)果表明兩種絞股藍(lán)皂苷顯著增加了L6骨骼肌細(xì)胞的GLUT4基因表達(dá)和葡萄糖攝取活性，提供了與絞股藍(lán)皂苷L和絞股藍(lán)皂苷Li活性相關(guān)的新信息，并強調(diào)了它們作為調(diào)節(jié)代謝紊亂潛在治療劑的潛在用途。

(4)沉默調(diào)節(jié)蛋白1(sirtuin1，Sirt1)對葡萄糖穩(wěn)態(tài)具有促進作用，可以提高機體對胰島素抵抗的代謝適應(yīng)，同時可以增強肝臟對胰島素的敏感性[48]。有研究表明AMPK/Sirt1通路的紊亂可導(dǎo)致抗氧化活性降低，加速氧化應(yīng)激的失衡使胰腺β細(xì)胞在高糖環(huán)境中發(fā)生凋亡，因此可通過改善AMPK/Sirt1通路發(fā)揮降糖療效[49]。Gong等[50]評估了黃芪甲苷在糖尿病小鼠和胰島素抵抗HepG2細(xì)胞中的降血糖作用和可能機制，用高通量16S rRNA基因測序分析胰島素信號通路特定成員的分子機制，揭示了黃芪甲苷作為抗糖尿病化合物通過調(diào)節(jié)AMPK/Sirt1發(fā)揮降血糖作用，可為黃芪甲苷作為一種新的潛在的T2DM治療藥物奠定基礎(chǔ)。Lou等[51]使用Sirt1酶活性檢測試劑盒初步評估從五葉草(LotuscorniculatusLinn.)純化的33種皂苷的Sirt1激動劑活性，結(jié)果表現(xiàn)出令人滿意的Sirt1激動劑活性。Tang等[52]旨在重點研究人參皂苷Rd的AMPK/Sirt1相互作用，發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rd促進了AMPK的激活和Sirt1的表達(dá)，以AMPK/Sirt1相互依賴的方式逆轉(zhuǎn)了高葡萄糖誘導(dǎo)的NOX2激活、氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙和內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。

1.2.2 抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性

食物中富含的碳水化合物經(jīng)口腔或胃腸道中一系列α-淀粉酶消化水解轉(zhuǎn)化為低聚糖，隨后α-葡萄糖苷酶作用于非還原末端α-1,4-糖苷鍵使低聚糖水解成葡萄糖等能被小腸上皮細(xì)胞直接吸收的單糖，借助小腸中的鈉依賴性葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白1(sodium-glucose cotransporter 1，SGLT1)和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白2(glucose transport protein 2，GLUT2)將單糖轉(zhuǎn)移至小腸上皮細(xì)胞[53](見圖2)。因此降糖類化合物可通過抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性使葡萄糖從碳水化合物中釋放減弱，延遲葡萄糖吸收用于抑制餐后血糖。

Huang等[54]評價頭花蓼(PolygonumcapitatumBuch.Ham.ex D.Don)分離株的α-淀粉酶抑制活性，研究發(fā)現(xiàn)頭花蓼分離得到的兩種三萜皂苷類，包括2α,3β,6β,24-tetrahydroxy-olean-13-en-28-oic acid 28-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→3)-O-α-D-glucopyranosyl-(1→4)-O-β-D-glucopyranosyl ester和2α,3β,24-trihydroxy-olean-13-en-28-oic acid 28-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→4)-O-β-D-glucopyranosyl-(1→4)-O-β-D-glucopyranosyl ester對α-淀粉酶的活性分別為(51.9±2.8)%和(38.1±2.2)%，結(jié)合親和力分別為-9.4 kcal/mol和-7.8 kcal/mol，與分子對接分析一致，可以通過阻斷α-淀粉酶活性顯示出充當(dāng)降血糖劑的效力。Dong等[55]建立了基于固相微萃取和超高效液相色譜/質(zhì)譜法的α-葡萄糖苷酶抑制化合物的體外快速篩選方法，用該方法評估了從藜麥麩皮中提取的黃酮類和皂苷類化合物的α-葡萄糖苷酶結(jié)合活性，實驗結(jié)果表明這些化合物對α-葡萄糖苷酶具與阿卡波糖相當(dāng)?shù)膹娨种谱饔?，提出藜麥麩皮是?葡萄糖苷酶抑制劑的潛在天然來源。Luo等[56]旨在從黃精中提取皂苷并研究其降血糖作用，在評估降血糖能力的實驗中發(fā)現(xiàn)黃精皂苷最初可以抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性，后通過HepG2細(xì)胞觀察皂苷對胰島素抵抗的影響，證實黃精可能在調(diào)節(jié)糖尿病方面發(fā)揮重要作用，可以發(fā)展成為一種有前途的糖尿病預(yù)防和治療的天然材料。

1.3 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激調(diào)節(jié)通路

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)與糖尿病的發(fā)生高度相關(guān)，導(dǎo)致ERS的刺激因素包括營養(yǎng)缺乏、病毒感染、熱休克、ROS和炎性細(xì)胞因子等，這種干擾導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中未折疊或錯折疊的蛋白大量積累而引發(fā)一種細(xì)胞脅迫響應(yīng)機制稱為未折疊蛋白反應(yīng)(The unfolded protein response，UPR)[57]。UPR有三條重要的信號通路，包括蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(proteinkinaseR—likeERkinase，PERK)、肌醇需求酶1(inositol requiring enzyme1，IRE1)和激活轉(zhuǎn)錄因子6(activating transcription factor 6，ATF6)[58]。研究發(fā)現(xiàn)抑制ERS相關(guān)的炎癥通路和氧化應(yīng)激反應(yīng)可以防止胰島β細(xì)胞受損，保障胰島素的正常表達(dá)進而預(yù)防和治療糖尿病。

1.3.1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和炎癥相關(guān)途徑

ERS時引發(fā)UPR后進一步激活炎癥信號，由炎癥信號誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡會導(dǎo)致大量的胰島β細(xì)胞缺失，抑制胰島素的正常表達(dá)導(dǎo)致糖尿病的發(fā)生。UPR的IRE1信號啟動后與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2(tumor necrosis factor receptor-associated factor 2，TRAF2)聯(lián)結(jié)作用于凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1(apoptosis signal-rgulating kinase 1，ASK1)，ASK1與c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNKs)相互作用后JNKs可引起白細(xì)胞介素-1(interleukin-1，IL-1)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor alpha，TNF-α)和激酶蛋白1(activator protein 1，AP-1)等多種炎癥因子表達(dá)，進一步誘導(dǎo)更嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)促使胰島β細(xì)胞凋亡，同時JNKs可導(dǎo)致胰島素受體底物(IRS-1/2)Ser307磷酸化，抑制胰島素的正常表達(dá)[59,60]。另一種途徑IRE1、PERK和ATF6可激活核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor kappa-B，NF-κB)，NF-κB轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)參與炎癥基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，可激活炎癥小體(nucleotide- binding oligomerization domain,leucine- rich repeat and pyrin domain- containing 3，NLRP3)、促凋亡基因(cysteinyl aspartate specific proteinase-1，Caspase-1)和白細(xì)胞介素-1β等誘發(fā)炎癥導(dǎo)致胰島β細(xì)胞受損，產(chǎn)生胰島素抵抗[61](見圖3)。因此具有降糖作用的化合物可通過抑制ERS與炎癥相關(guān)通路，保障胰島β細(xì)胞活性及胰島素受體底物正常信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，維持胰島素降糖療效。

Zhong等[62]研究表明酸棗仁皂苷A通過下調(diào)PERK、IRE1和促凋亡基因Caspase-12的表達(dá)抑制由ERS介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡用于預(yù)防2型糖尿病腎病。Roh等[63]表明人參皂苷Mc1通過降低JNK磷酸化水平治療棕櫚酸酯誘導(dǎo)的脂毒性后的人肝母細(xì)胞瘤細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、細(xì)胞死亡和胰島素信號受損。Deng等[64]采用蛋白質(zhì)印跡法發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷可以通過JNK途徑使糖尿病酮癥酸中毒幼鼠血糖水平降低并增加血清胰島素分泌。Song等[65]證實人參皂苷化合物K通過抑制NLRP3炎癥小體的活化和NF-κB信號通路在高脂飲食/鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠中對糖尿病腎病具有保護作用。Prasad等[66]表明薯蕷皂苷可降低鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠主動脈中的促炎細(xì)胞因子TNF-α、IL-1、IL-6和IL-4的表達(dá)，抑制ERS引起的主動脈炎癥。Zhu等[67]表明人參皂苷Rg5通過抑制NLRP3炎癥小體的活化減少炎癥反應(yīng)以減輕糖尿病小鼠的腎損傷，可作為預(yù)防或控制糖尿病腎損傷的潛在化合物。

1.3.2 氧化應(yīng)激相關(guān)的Keap1-Nrf2信號通路

氧化應(yīng)激是一種由體內(nèi)活性氧簇ROS生成增加的生化過程與機體抗氧化防御系統(tǒng)之間的失衡所介導(dǎo)的代謝功能障礙，發(fā)生氧化應(yīng)激時導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)氧化還原狀態(tài)失衡觸發(fā)ERS，同時ERS會產(chǎn)生大量活性氧加劇氧化應(yīng)激，對胰腺β細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞毒作用，降低胰島素表達(dá)[68]。

PERK的底物核因子紅系相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid2-related factor 2，Nrf2)是氧化還原狀態(tài)的主要調(diào)節(jié)因子，在細(xì)胞防御氧化應(yīng)激時可抵消體內(nèi)積累的ROS[69]。Kelch樣ECH相關(guān)蛋白1(recombinant Kelch like ECH associated protein 1，Keap1)是Nrf2的負(fù)調(diào)控因子，在生理條件下Keap1與存在于細(xì)胞質(zhì)的Nrf2結(jié)合并抑制其活性[70]。當(dāng)細(xì)胞暴露在ERS狀態(tài)時，PERK使Nrf2磷酸化促進Keap1的解離，游離的Nrf2遷移至細(xì)胞核內(nèi)與編碼抗氧化酶靶基因啟動子中的抗氧化反應(yīng)元件(antioxidant response element，ARE)結(jié)合促進抗氧化基因的轉(zhuǎn)錄，抗氧化酶主要包括NADPHB苯醌氧化還原酶(NAD(P)H quinone dehydrogenase 1，NQO1)、血紅素加氧酶-1(heme oxygenase 1，HO-1)和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(glutathione s-transferase，GST)(見圖3)。因此防治糖尿病可通過激活Keap1-Nrf2信號通路利用抗氧化酶抑制ROS的過度產(chǎn)生，減輕內(nèi)源性氧化應(yīng)激對胰腺β細(xì)胞的損傷。

圖3 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激調(diào)節(jié)通路作用機制Fig.3 Mechanism of endoplasmic reticulum stress regulatory pathway

Gao等[71]研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1通過調(diào)節(jié)Keap1/Nrf2/HO-1途徑保護小鼠免受鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的I型糖尿病，可作為預(yù)防I型糖尿病發(fā)生和發(fā)展的潛在藥物。Zhang等[72]證實三七皂苷通過上調(diào)Nrf2介導(dǎo)的HO-1表達(dá)保護db/db小鼠免受糖尿病腎病的損傷。Gao等[73]研究絞股藍(lán)總皂苷對糖尿病大鼠的降糖作用，發(fā)現(xiàn)絞股藍(lán)總皂苷促進Nrf2進一步移位到細(xì)胞核內(nèi)，激活Nrf2在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠肝細(xì)胞核中的表達(dá)。Su等[74]發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷通過增加Nrf2的表達(dá)和降低Keap1蛋白水平促進了抗氧化應(yīng)激能力，改善了糖尿病大鼠的足細(xì)胞損傷。Liu等[75]探討人參皂苷Rh4明顯改善高脂飲食/鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的T2DM小鼠血糖水平的作用機制，結(jié)果表明人參皂苷Rh4增加了Nrf2的表達(dá)和Nrf2核轉(zhuǎn)位，上調(diào)了HO-1和NQO1的表達(dá)，保護胰腺β細(xì)胞免受損傷進而使胰島素分泌增加。

1.4 PPAR調(diào)節(jié)通路

過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs)可作為糖脂平衡的重要調(diào)節(jié)因子以及治療糖尿病等代謝性疾病的重要靶點。PPARs可分為三類：PPARα、PPARδ和PPARγ，PPARα多存在于肝臟、心臟和腎臟，作用于脂肪酸和脂類代謝過程；PPARγ多在脂肪、肌肉和巨噬細(xì)胞中表達(dá)，參與脂肪生成和脂類儲存及增加胰島素敏感性和糖代謝；PPARδ表達(dá)廣泛，調(diào)控脂肪氧化和能量消耗[76]。

據(jù)報道，激活的PPARγ與維甲酸X受體(retinoid X receptor，RXR)結(jié)合，再與靶基因啟動子上游的PPAR特異性反應(yīng)元件(project pokemon rom editor 2，PPRE)聯(lián)接，調(diào)控與T2DM關(guān)聯(lián)的下游靶基因的轉(zhuǎn)錄激活，使糖脂代謝相關(guān)基因表達(dá)增多[77]。PPARγ激動劑可促進脂肪細(xì)胞分化及調(diào)節(jié)胰島素作用細(xì)胞因子脂聯(lián)素的表達(dá)增強胰島素敏感性，同時PPARγ激活后可增強糖代謝過程GLUT-1和GLUT-4的表達(dá)，促進肝臟和骨骼肌對葡萄糖的攝取[78](見圖4)。因此對糖尿病的治療大多通過對PPARγ受體的激活或抑制其磷酸化實現(xiàn)血糖水平降低，同時有研究表明與糖尿病相關(guān)的心血管疾病可通過激活PPARα實現(xiàn)[79]。

在3T3-L1細(xì)胞中，研究人員采用實時聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg5+Rk1混合物可以減少脂質(zhì)積累并上調(diào)PPARγ的表達(dá)[80]。Sharif等[81]研究黃芪皂苷混合物的抗糖尿病作用，結(jié)果顯示可通過激活PPARγ信號轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)揮降糖療效。Montanari等[82]測定了紫花苜蓿屬植物中一系列皂苷和皂苷元的PPARγ結(jié)合親和力和反式激活活性，發(fā)現(xiàn)三萜皂苷元是一種潛在的PPARγ部分激動劑。Liu等[83]表明三七皂苷阻止了高糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞中PPARγ的下調(diào)，通過PPARγ介導(dǎo)的途徑對高糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞損傷具有預(yù)防作用，可為糖尿病血管并發(fā)癥的治療提供潛在的選擇。Gao等[84]研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Re通過直接激活PPARγ途徑及增加其反應(yīng)基因脂聯(lián)素的表達(dá)發(fā)揮降低胰島素抵抗的作用。El Dine等[85]檢測到分離得到的節(jié)節(jié)魚腥草皂苷(1-4部分)對PPARγ的激活倍數(shù)不超過1.5倍，1和3部分對PPARα的激活程度分別為2.25倍和1.86倍，表明分離的皂苷抗糖尿病作用可能不僅僅是激活PPARγ，與糖尿病密切相關(guān)的心血管疾病可能通過激活PPARα達(dá)成。

1.5 游離脂肪酸促進胰島素分泌

通常葡萄糖水平升高會引起糖酵解和呼吸作用增強導(dǎo)致ATP/ADP的比值升高，增高的比值可上調(diào)鈣離子水平刺激胰島素的分泌[35]。游離脂肪酸(free fatty acid，F(xiàn)FA)是機體的重要信號分子，研究發(fā)現(xiàn)孤立的G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor，GPCR)通常包括GPR40和GPR120可充當(dāng)游離FFA受體，通過作用于相應(yīng)通路升高細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平使胰島素的分泌增加[86]。

GPR40主要在胰腺β細(xì)胞和胰島表達(dá)，其與游離FFA結(jié)合后通過G-蛋白信號級聯(lián)刺激細(xì)胞內(nèi)鈣聚集[86]。GPR120主要存在于腸道和脂肪細(xì)胞中，與游離FFA結(jié)合后刺激胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)的分泌，GLP-1與其受體GLP-1R結(jié)合后激活腺苷環(huán)化酶(adenylate cyclase，AC)促使環(huán)磷腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)水平上升，進一步激活cAMP依賴的蛋白激酶A(protein kinase A system，PKA)和cAMP調(diào)節(jié)的鳥嘌呤核苷酸交換因子2(Epac2)[87,88]。PKA導(dǎo)致L型電壓依賴性鈣通道(voltage dependent calcium channel，VDCC)的開放和ATP敏感性鉀通道(ATP-sensitive potassium channel，KATP)的關(guān)閉，從而產(chǎn)生動作電位引起鈣內(nèi)流[89]。Epac2通過激活RAS相關(guān)蛋白1(RAS-associated protein 1，RAP1)后作用于磷酸酯酶C(phospholipase C，PLC)，PLC將膜上的脂酰肌醇4,5-二磷酸(phosphatidylinositol (4,5) bisphosphate，PIP2)分解形成兩個信使1,4,5-三磷酸肌醇(inositol 1，4，5-trisphosphate，IP3)和二酰甘油(diacyl glycerol，DAG)，IP3和DAG后分別通過3-磷酸肌醇受體(inositol 1,4,5-triphate receptor，IP3R)和雷諾丁受體(ryanodine，RYR)增加鈣離子水平刺激胰島素的分泌[90](見圖5)。

圖5 游離脂肪酸促進胰島素分泌作用機制Fig.5 Mechanism of free fatty acids promoting insulin secretion

Cui等[91]探索千瀨津皂苷IVa對糖尿病大鼠胰腺β細(xì)胞的促胰島素作用，結(jié)果顯示千瀨津皂苷IVa通過GPR40介導(dǎo)的鈣離子水平刺激胰島素的分泌，具有被開發(fā)成T2DM治療劑的新潛力。Liu等[92]研究發(fā)現(xiàn)人參總皂苷顯著增加了GLP-1的分泌，大劑量人參總皂苷處理可提高葡萄糖負(fù)荷誘導(dǎo)的門靜脈GLP-1水平，并伴隨著腸道GLP-1含量的增加進而改善胰島素抵抗。Lundqvist等[93]研究絞股藍(lán)屬中草藥提取物達(dá)瑪烷型三萜皂苷誘導(dǎo)胰島素分泌的機制，結(jié)果表明對大鼠胰島素分泌的刺激是通過胰島β細(xì)胞中與葡萄糖偶聯(lián)刺激分泌中的PKA、KATP和VDCC步驟所介導(dǎo)。Kim等[94]對人參皂苷Rg3的GLP-1釋放能力進行篩選，通過藥理學(xué)方法和RNA干擾技術(shù)抑制細(xì)胞信號級聯(lián)反應(yīng)發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg3對NCI- H716細(xì)胞GLP-1的分泌作用最強，10 μmol/L的人參皂苷Rg3可顯著增加胰島素的產(chǎn)生用于降低小鼠的血糖。

1.6 多通路聯(lián)合調(diào)節(jié)

機體降糖的各個通路可從不同途徑有效地調(diào)節(jié)血糖水平，同時各通路之間可聯(lián)合調(diào)節(jié)，協(xié)同合作地通過各種機制從不同方面更有效地發(fā)揮降糖療效，實現(xiàn)血糖平衡。

Xu等[95]探討膳食人參皂苷T19對胰島素抵抗的HepG2細(xì)胞和鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠糖脂代謝的調(diào)節(jié)作用，結(jié)果表明AMPK和PI3K通路共同參與調(diào)節(jié)糖脂代謝。Lu等[96]研究黃精總皂苷對糖尿病大鼠的血糖調(diào)節(jié)機制，全基因組表達(dá)譜顯示黃精總皂苷上調(diào)胰島素信號通路中GLUT4的表達(dá)，下調(diào)G6Pase的表達(dá)，在肝臟中AMPK表達(dá)增加，同時促進了脂肪組織PPARγ的表達(dá)。Yu等[97]發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1通過激活A(yù)KT/GSK3β/Nrf2途徑保護H9C2細(xì)胞免受高葡萄糖/棕櫚酸酯誘導(dǎo)的損傷。Barky等[98]旨在研究海參皂苷的抗糖尿病活性，實驗結(jié)果顯示海參皂苷可顯著降低α-淀粉酶、脂聯(lián)素、IL-6和TNF-α的含量。Yuan等[99]研究表明，知母皂苷B-II可通過IRS-1/PI3K/Akt和NF-κB途徑改善HepG2細(xì)胞中棕櫚酸酯誘導(dǎo)的胰島素抵抗和炎癥反應(yīng)。Luo等[100]發(fā)現(xiàn)皂苷及其次級代謝物對代謝綜合征包括胰島素抵抗、肥胖、空腹血糖水平升高等癥狀有預(yù)防作用，有效靶標(biāo)涉及PPAR和AMPK等信號通路。Lin等[101]發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷通過調(diào)節(jié)Sirt1和Akt/GSK3β/Nrf2信號通路改善鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的胰腺β細(xì)胞凋亡和功能障礙。

2 總結(jié)與展望

本文就皂苷類化合物對糖尿病治療的關(guān)鍵信號通路進行總結(jié)，這些信號通路已成為治療糖尿病相關(guān)新藥靶點的主要來源，為皂苷在降血糖方面提供了進一步的證據(jù)，使皂苷具有開發(fā)為抗糖尿病藥物先導(dǎo)化合物及新型抗糖尿病新藥的潛力，以期為糖尿病的治療提供理論依據(jù)和多樣化的可能性，在一定程度上促進了中草藥活性成分開發(fā)的研究進展。

糖尿病的發(fā)病機制紛繁復(fù)雜且充滿挑戰(zhàn)，開發(fā)安全有效的抗糖尿病藥物目前仍存在些許問題：(1)盡管目前已摸索出相關(guān)作用通路，但疾病機制的復(fù)雜性表明，基于單一靶點的糖尿病治療策略仍存在明顯的缺陷，越來越多的研究證實，糖尿病的發(fā)病機制與多種信號通路聯(lián)合作用有關(guān)，但相關(guān)通路聯(lián)合作用的影響因素尚不明確，仍需不斷細(xì)化與摸索；(2)人們普遍認(rèn)為遺傳和環(huán)境因素都與糖尿病的發(fā)病和發(fā)展有關(guān)，然而該病的特殊病因和確切的致病機制尚不完全清楚，皂苷治療后相應(yīng)的體內(nèi)代謝過程、量效關(guān)系、毒理學(xué)等方面需要在未來研究中進一步定義；(3)目前對其療效的研究大多還停留在動物實驗階段，多為觀察現(xiàn)象和機制推測水平，臨床研究明顯不足，某些機制仍是一種可能性的推測，在一定程度上限制了實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。今后隨著現(xiàn)代化學(xué)和生物學(xué)等技術(shù)的不斷發(fā)展，將皂苷降血糖機理的臨床研究與現(xiàn)代科學(xué)方法和調(diào)控手段相結(jié)合，進一步開展深入的物質(zhì)基礎(chǔ)、藥理作用機制及毒理學(xué)評價等研究，皂苷類化合物抗糖尿病的研究開發(fā)必將顯示出更加廣闊的應(yīng)用前景。