专栏名称: 药学进展

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阿朴菲生物碱抗糖尿病生物活性研究进展（独家原创）

药学进展 · 公众号 · 药品 · 2017-11-24 09:06

正文

阿朴菲生物碱抗糖尿病生物活性研究进展

刘欣1,2，孙洋1,2，窦利民1,2，吴悠楠2，谭银丰2，董琳2，张小坡2*

（1. 哈尔滨商业大学，生命科学与环境科学研究中心，黑龙江哈尔滨 150076；2. 海南医学院药学院，海南海口 571199）

[ 摘要] 糖尿病已成为危害人类健康的主要因素之一。糖尿病药物的研发一直是现代医学领域的热点，天然产物在防治糖尿病方面发挥了积极的作用。阿朴菲生物碱是一类自然界广泛存在的天然产物，现代药理研究发现它们具有抗糖尿病作用。通过检索PubMed、CNKI 等数据库，查阅近年来国内外相关文献，总结了阿朴菲类生物碱对糖尿病及其并发症的生物活性和作用机制，以期为抗糖尿病药物的研究提供参考。

[ 关键词] 糖尿病；阿朴菲类生物碱；降糖活性；抗糖尿病机制

糖尿病（diabetes mellitus，DM）已成为仅次于肿瘤和心血管疾病的“第三号杀手”，严重威胁人类健康。糖尿病作为一种常见的有遗传倾向的内分泌系统疾病，是由多种原因引起的糖、脂肪、蛋白质代谢紊乱，以血糖升高和尿糖为表现特征，进而导致多系统、多脏器损害的综合征。糖尿病的发展多伴随一系列并发症，如长期患病会导致视网膜病、肾病、心血管病和神经性疾病等。目前，对糖尿病尚无根治方法，加之临床使用的药物多具有副作用，最终仍导致病情加重。天然药物中往往蕴含着结构奇特、活性显著的化合物，是创新药物发现的重要源头，如姜黄素、梓醇等在糖尿病防治方面发挥着重要的作用。

阿朴菲类生物碱广泛分布于木兰科、防己科、大戟科、樟科、马钱科、番荔枝科、马兜铃科、小檗科、罂粟科、毛茛科、芸香科等。目前，从自然界得到的阿朴菲类生物碱已经有500 余种。现代药理研究表明，阿朴菲类生物碱具有多种生物活性，包括抗肿瘤、抗糖尿病、抗氧化、抗血小板凝聚、抗惊厥、抗痉挛、抗疟疾、抗原虫、抗脊髓灰白质病毒、细胞毒性、抗帕金森病等。近年来，随着药理学和分子生物学的发展，研究人员陆续发现阿朴菲类生物碱在抗糖尿病方面展示了较好的活性，进而对其机制进行了研究。本文对阿朴菲类生物碱抗糖尿病作用和机制的研究进展进行综述，以期为研制新型糖尿病药物提供参考。

1 改善葡萄糖及脂质代谢

3T3-L1 前脂肪细胞具有定向分化为成熟脂肪细胞的特性。3T3-L1 前脂肪细胞间质少，胞浆中不含三酰甘油脂滴；而分化后葡萄糖代谢相关基因被激活，脂滴开始积累于细胞质内，引起细胞形态学改变，同时细胞的胰岛素敏感性及三酰甘油的合成进一步增强。因此，3T3-L1 前脂肪细胞被公认为是研究代谢性疾病的理想模型。Ma 等利用葡萄糖氧化酶法研究荷叶碱（nuciferine，1）、原荷叶碱（pronuciferine，2）、莲碱/罗默碱（roemerine，3）和2-羟基-1-甲氧基阿朴啡（2-hydroxy-1-methoxyaporphine，4）对3T3-L1 脂肪细胞葡萄糖消耗量的影响，结果发现这4 种阿朴菲生物碱均可增加脂肪细胞的葡萄糖消耗量。特别是2- 羟基-1-甲氧基阿朴啡（2.0 mg · L–1）和原荷叶碱（2.0 mg · L–1）的作用最强，葡萄糖消耗量分别为12.29 和11.88 mmol· L–1，与罗格列酮（1.0 μmol · L–1）效果相近。此外，已有研究表明阿朴菲类生物碱具有上调3T3-L1脂肪细胞中脂联素表达及改善自发性高血压大鼠的血管内皮功能，而脂联素可通过激活AMP 活化蛋白激酶（AMPK）增加脂肪细胞中葡萄糖摄取。据此推测，原荷叶碱与荷叶碱可能通过激活AMPK 信号途径发挥作用。

Ma 等进一步对荷叶碱及原荷叶碱的作用机制进行深入研究。首先通过油红O 染色鉴定3T3-L1 前脂肪细胞的分化、胰岛素抵抗模型的建立及2 种生物碱对脂滴形成的影响，结果表明成熟3T3-L1 脂肪细胞中有明显的脂滴形成及脂质积累，胰岛素抵抗脂肪细胞中现象更为明显，而未分化的前脂肪细胞无脂滴出现，表明细胞已完全分化且模型已成功建立；与模型组比较，荷叶碱（2.0 mg · L–1）及原荷叶碱（2.0 mg · L–1）均可显著降低脂滴的形成及三酰甘油的含量。利用葡萄糖摄取荧光探针（2-NBDG）监测荷叶碱及原荷叶碱对3T3-L1 脂肪细胞葡萄糖摄取的影响，结果表明二者均可呈剂量依赖性促进葡萄糖的摄取，摄取量分别为92% 和27%。进一步利用免疫印迹法分析荷叶碱及原荷叶碱的作用机制，结果显示，胰岛素抵抗脂肪细胞中磷酸化AMPK 水平与正常脂肪细胞比较呈下降趋势；而荷叶碱（2.0 mg · L–1）与原荷叶碱（2.0 mg · L–1）可显著提高胰岛素抵抗脂肪细胞AMPK 磷酸化水平。而后应用异硫氰酸荧光素（FITC）染色及共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察发现，荷叶碱（2.0 mg · L–1）与原荷叶碱（2.0mg · L–1）均可上调葡萄糖转运蛋白（GLUT4）表达，分别为模型组的2.1 倍和3.1 倍，而罗格列酮（0.35 mg· L–1）约上调4.0 倍。相比于同浓度的荷叶碱，原荷叶碱表现出更优的效果，可能与其特殊的化学结构有关。由于激活AMPK 信号通路可提高GLUT4 表达，因此推测荷叶碱及原荷叶碱可能通过激活AMPK信号途径，改善细胞中葡萄糖及脂类代谢。

Choi 等发现木兰花碱（magnoflorine，5）可显著抑制蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B）活性，并呈剂量依赖性抑制过氧化亚硝基阴离子介导的蛋白质酪氨酸硝化。此外，利用分子对接模拟技术观察木兰花碱与配体间相互作用，结果显示其结合能为负值且与PTP1B 残基高度结合，进而说明该生物碱与酶的活性位点具有较高的亲和力。由于PTP1B 是胰岛素信号转导通路中关键的负性调控因子，通过抑制下游信号转导通路来影响细胞内GLUT4向细胞膜转运，从而影响葡萄糖代谢。因此，抑制PTP1B活性可能是木兰花碱发挥抗2 型糖尿病的作用机制。

2 促进胰岛素分泌

Nguyen 等研究发现，荷叶碱呈剂量依赖性促进高浓度葡萄糖刺激的胰岛素分泌。与葡萄糖（16.7 mmol · L–1）相比，荷叶碱（10 μmol · L–1）刺激的胰岛素释放水平增加4 倍，该反应在胰岛素分泌的第一、二阶段表现均显著。随后研究人员考察了荷叶碱对胰岛β 细胞信号转导通路的影响，结果表明一定浓度（＞2.5 μmol · L–1）的荷叶碱对INS-1E 细胞具有较强的促胰岛素分泌作用，浓度达到62.5 mmol · L–1 时作用趋于平稳。荷叶碱（10μmol · L–1）促胰岛素分泌作用可完全被二氮嗪及尼莫地平消除，且氯化钾（25 mmol · L–1）可增强二氮嗪（0.25mmol · L–1）的消除作用；此外，该作用也可被蛋白激酶A 及蛋白激酶C 抑制剂减弱。荷叶碱与格列本脲均不影响β 细胞内胰岛素水平，但与格列本脲比较，荷叶碱（10 μmol · L–1）细胞毒性更小。可见，荷叶碱可作用于K-ATP 通道发挥功效。

Chi 等在考察波尔定（boldine，6）、唐松草坡芬（thaliporphine，7）、predicentrine（8）及N-甲基六驳碱（N-methyllaurotetanine，9）对链脲霉素（STZ）诱导大鼠胰岛素依赖型糖尿病（IDDM）模型及烟酰胺-STZ 诱导大鼠非胰岛素依赖型糖尿病（NIDDM）模型影响的实验中发现：4 种化合物均呈剂量依赖性降低正常及糖尿病大鼠血糖水平。其中，唐松草坡芬（1.0mg · kg–1）对NIDDM 和IDDM 大鼠的降血糖作用最强。具体表现为：增加正常及NIDDM 糖尿病大鼠血浆胰岛素水平，对IDDM 糖尿病大鼠无明显作用；促进正常及糖尿病小鼠骨骼肌糖原的合成；并通过提高外周组织对葡萄糖的摄取和利用，恢复正常小鼠在葡萄糖耐量试验中的血糖升高。唐松草坡芬对糖尿病大鼠的降血糖作用可归因于其促进胰岛素的释放并增加葡萄糖的利用率。波尔定对IDDM糖尿病大鼠降血糖作用较弱，对NIDDM 糖尿病大鼠作用较强，提示波尔定可能通过调控胰岛素信号通路发挥降血糖作用。predicentrine、N-甲基六驳碱对正常大鼠、NIDDM 糖尿病大鼠几乎没有降血糖作用，而对IDDM糖尿病大鼠的降血糖作用明显，二者可能通过非胰岛素依赖型机制发挥功效。

Patel 等研究表明，木兰花碱可抑制大鼠肝细胞中肝糖原异生，促进大鼠胰腺β 细胞胰岛素的释放；同时木兰花碱可降低大鼠餐后血糖水平，增加葡萄糖负荷大鼠的胰岛素分泌。

3 抑制α- 葡萄糖苷酶活性

瞿庆喜等以大鼠小肠匀浆作为α-葡萄糖苷酶测试模型，以拜糖平为阳性对照，研究莲碱、木兰花碱、番荔枝碱（anonaine，10）、观音莲明（lysicamine，11）及鹅掌楸碱（liriodenine，12）对α-糖苷酶活性的抑制作用。结果表明上述生物碱均可抑制α-糖苷酶活性，其中番荔枝碱的抑制率为60%；其他4 个生物碱成分活性相当，莲碱、木兰花碱对α-糖苷酶的抑制率均为51%，观音莲明为49%，鹅掌楸碱为46%。Mollataghi等研究表明，波尔定与六驳碱（laurotetanine，13）同样具有抑制α- 糖苷酶活性的作用。Jhong 等在体外降糖实验中发现，黄肉楠碱（actinodaphnine，14）与阿卡波糖比较，其作用效果类似。袁谱龙等研究表明，鹅掌楸碱（300 μmol · L–1）及2-羟基-1-甲氧基阿朴啡（300 μmol · L–1）对α-糖苷酶的抑制率分别为40.29% 及 27.62%。

4 调节小肠转运体

Lin 等分别利用离体肠模型中小肠刷状缘囊泡（BBMV）、基底膜囊泡（BLMV）及原位肠灌流模型研究阿朴菲生物碱对葡萄糖转运的影响。以钠葡萄糖共转运载体（SGLT1）的特异性抑制剂根皮苷及葡萄糖转运蛋白（GLUTs）的特异性抑制剂细胞松弛素B 为对照，进行葡萄糖摄取及动能研究。研究结果表明，唐松草坡芬在浓度为0.1 mmol · L–1 时表现出最强的抑制葡萄糖摄取作用，与N-烷基化阿朴菲生物碱作用相似，在BBMV 及BLMV 中均为竞争性抑制，抑制率分别为40% 和50%。与此同时，唐松草坡芬可显著减少原位肠灌注期间的葡萄糖吸收，前120 min 内的平均降糖率约为7%；波尔定、海罂粟碱（glaucine，15）、新木姜子碱（laurolitsine，16）和norglaucine（17）可选择性抑制BBMV 和BLMV 的葡萄糖摄取，对BBMV 作用更强；而norisocorydine（18）对BLMV 抑制作用更强。另外，六驳碱和异紫堇啡碱（isocorydine，19）可同时抑制BBMV 及BLMV 的葡萄糖摄取。

N-烷基化阿朴菲生物碱亦表现出较好的抗糖尿病活性。其中，N-allylsecoboldine（20）表现出最强的抑制葡萄糖摄取作用，竞争性抑制BBMV 的葡萄糖摄取，而非竞争性抑制BLMV，且对BLMV 抑制作用更强。与此同时，N-allylsecoboldine可显著减少原位肠灌注期间的葡萄糖吸收，前120 min 内的平均降糖率约为20%。N-vanillylsecoboldine（21）、N-isopropylsecoboldine（22）和N-甲基六驳碱也表现出抑制BBMV、BLMV的葡萄糖摄取作用。

5 抑制晶状体醛糖还原酶活性

Jung 等利用SD 大鼠晶状体匀浆研究木兰花碱对晶状体醛糖还原酶（AR）活性的影响。结果表明木兰花碱（50 μg · mL–1）可抑制AR 活性。由于AR 是多元醇途径中催化葡萄糖还原成山梨糖醇的重要酶之一，而这个途径又与糖尿病性白内障的发病机制密切相关。因此，木兰花碱对AR 的抑制在糖尿病并发症的发展中可能发挥重要作用。

6 恢复组织损伤作用

氧化应激在糖尿病的发生及发展过程中具有重要意义。Jang 等通过STZ 致雄性大鼠糖尿病试验发现，剂量为100 mg · kg–1 的波尔定可缓解患病大鼠的高血糖及体质量减轻等症状，并显著抑制肝脏和胰腺线粒体中丙二醛（MDA）的升高，但对肾脏作用不明显；抑制胰腺和肾脏线粒体中羰基化合物水平的升高，对肝脏作用不显著；降低大鼠肾脏和胰腺线粒体中锰超氧化物歧化酶（MnSOD）的活性，对肝脏无作用；恢复大鼠肝脏线粒体中谷胱甘肽过氧化酶（GSH-Px）活性的降低及胰腺线粒体中GSH-Px 活性的升高，对肾脏中酶活性没有影响；且该剂量对上述组织均无损伤作用。综上所述，波尔定可抑制STZ 及Fe2+ 与抗坏血酸共同作用引起的胰腺MDA、羰基化合物及巯基氧化物的合成，清除超氧化物阴离子，并呈剂量依赖性消除过氧化氢和羟基自由基；抑制肝脏线粒体中超氧化物阴离子、过氧化氢和NO 的产生。因此，波尔定可通过分解活性氧（ROS）、抑制NO 及过氧化物的生成，修复STZ诱导的组织氧化损伤和抗氧化酶活性的改变，干扰氧化应激，缓解糖尿病的发展。

糖尿病肾病可改变肾脏的结构和功能，这些改变与ROS、基质蛋白和促炎性细胞因子水平的升高密切相关，而炎症会降低细胞缝隙连接功能并增加细胞通透性，最后改变组织稳态。Hernández-salinas 等研究表明：剂量为50 mg · kg–1 的波尔定可显著降低糖尿病大鼠的血糖至正常水平，使患病大鼠体质量呈下降趋势。同时波尔定可减少糖尿病大鼠肾脏硫代巴比妥酸反应物的生成并降低尿蛋白/肌酐比值；恢复基质蛋白及肾损伤标记物的改变。因此，波尔定可通过预防肾小球系膜细胞中氧化应激的增强，恢复细胞缝隙连接功能及细胞通透性，发挥防治糖尿病肾病的作用。

7 增强内皮保护作用

Lau 等利用自发性2 型糖尿病小鼠（db/db）主动脉研究波尔定对血管反应性的影响，进一步通过荧光探针DHE、光泽精化学发光技术、免疫组化和免疫印迹法检测血管壁上ROS 的产生、血管紧张素1 型受体的分布和氧化应激标记物的表达，并且对高浓度葡萄糖（30 mmol · L–1）刺激的小鼠主动脉内皮细胞进行原代培养。结果显示，连续7 d 给予波尔定（20 mg · kg–1 · d–1）可增强db/db 小鼠主动脉内皮依赖性舒张，以1.0 μmol · L–1浓度培养主动脉内皮细胞12 h 同样可增强其依赖性舒张功能。同时，波尔定可恢复高浓度葡萄糖或血管紧张素Ⅱ（Ang II）引起的主动脉舒张功能损伤，减少ROS生成，升高内皮型一氧化氮合酶（eNOS）磷酸化水平，并抑制Ang II 引起的骨形态发生蛋白4（BMP4）的表达。此外，波尔定可抑制高浓度葡萄糖引起的内皮细胞ROS的过度产生并升高eNOS磷酸化水平。综上所述，波尔定可通过抑制Ang II 诱导的BMP4 表达及ROS 生成，降低糖尿病小鼠主动脉的氧化应激并增强内皮依赖性舒张作用。

Lau 等深入研究波尔定对糖尿病动物模型的内皮保护作用。在STZ 致糖尿病大鼠及db/db 糖尿病小鼠的离体主动脉中，波尔定可明显改善由乙酰胆碱拮抗引起的内皮依赖性舒张。波尔定通过抑制烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶亚基、p47 和NADPH氧化酶2 的活性，下调Ang II 1 型受体和BMP4 的表达，升高NO 水平、减少血管中 ROS 产生，发挥内皮保护作用。

8 结语

近几年，随着研究人员对糖尿病作用机制更加深入的探索，有学者按靶点将抗糖尿病药物分为内源性活性胰高血糖素样肽-1（GLP-1）类似物、二肽基肽酶-4（DPP-4）抑制剂、11β- 羟基类固醇脱氢酶（11β-HSDs）抑制剂、蛋白酪氨酸磷酸酶 1B（PTP1B）抑制剂、α-葡萄糖苷酶抑制剂、钠-葡萄糖同向转运体-2（SGLT-2）抑制剂、葡萄糖激酶（GK）激活剂、糖原磷酸化酶（GP）抑制剂、过氧化酶增殖体激活受体（PPAR）激动剂、脂肪细胞型脂肪酸结合蛋白（a-FABP）抑制剂等。

阿朴菲类生物碱在抗糖尿病方面取得一定的研究成果，展示良好的应用前景，但其抗糖尿病作用的独特性尚未被充分发现，且这些研究尚处于动物实验阶段，缺乏临床研究。阿朴菲类生物碱的安全性评价也未见有文献报道，其是否存在毒副作用并不清楚。另外，尽管在阿朴菲类生物碱抗糖尿病机制方面的研究也取得了一定成果，包括发现其对糖苷酶抑制活性、对AMPK、PTP1B 等调控糖代谢关键因子的作用等，但这些研究不够深入，多数还在初步筛选阶段，并没有开展针对某个靶点的深入研究。因此，综合运用药理学、计算机辅助药物设计、分子生物学等方法技术阐明阿朴菲类生物碱的抗糖尿病作用特点、作用机制，并开展其安全性评价和临床研究具有重要的科学意义，也是阿朴菲类生物碱今后的研究方向。

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