小檗碱调节cAMP/AMP抑制糖异生的机制研究文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

一、拟研究或解决的问题

随着人们生活水平的提高，肥胖、糖尿病等代谢性疾病的发病率迅速升高并趋于年轻化，持续的高血糖状态引发更多的机体损害与糖尿病并发症，因此维持机体糖稳态至关重要。人机体内的血糖平衡主要是依靠胰岛细胞分泌的两种激素胰岛素和胰高血糖素调节。胰岛素通过促进机体组织对糖的摄取和利用而降低血糖；而胰高血糖素通过促进肝糖异生而维持血糖的稳定。一直以来，人们认为胰岛素是唯一重要的调节糖稳态的激素，临床治疗中，糖尿病患者的血糖控制也主要以胰岛素调节途径为主，忽略了胰高血糖素在血糖调节过程中的重要性。小檗碱（Berberine，BBR）是从黄连和黄柏等中药中提取出来的异喹啉类生物碱，研究表明小檗碱具有很好的降血糖作用，且临床上盐酸小檗碱也用于二型糖尿病的治疗。胰高血糖素作用下的肝糖异生是血糖升高的主要原因，本课题拟建立糖尿病模型并研究胰高血糖素的升血糖作用，观察小檗碱的降糖作用及其对抗胰高血糖素升血糖作用的机制。

二、采用的研究手段

高脂饲喂小鼠8周拟建立2型糖尿病模型，观察胰高血糖素的升血糖作用，小鼠灌胃给药小檗碱100mg/kg和二甲双胍200mg/kg，观察小檗碱的降糖作用及其作用机制，二甲双胍作为阳性对照药。

（1）ICR小鼠随机分为四组：空白组、模型组、小檗碱组和甲双胍组。空白组小鼠饲喂正常饲料，其余小鼠饲喂高脂饲料。8周后小鼠腹腔注射丙酮酸钠2g/kg，眼眶取血测定0h、0.5h、1h、2h血糖浓度。之后摘眼球取血，小鼠处死取肝脏组织。

（2）用ELISA试剂盒测定血清中胰岛素、胰高血糖素的含量。

（3）用QPCR法测定肝脏组织中PGC-1alpha;、G-6-Pase、PEPCK基因表达。

三、文献综述

1、糖尿病的现状及发病原因

糖尿病是一种古老的疾病。公元前400年,我国最早的医书《黄帝内经》及《灵枢》中就记载过消渴症，就是我们现在常说的糖尿病。近几十年来,糖尿病逐渐成为中国和一些西方国家的一种高发病率疾病。而由糖尿病引发的身体其他器官的疾病及并发病严重影响了人们的生活。近年来，随着经济的发展，人们生活水平的提高，人口老龄化以及肥胖发生率的增加，使世界糖尿病发病率迅速升高并有发病年龄年轻化的趋势。目前我国糖尿病发病率己达2%,世界发病率已达4%左右(约1.35亿人)，预计到2025年全世界糖尿病人数将占总人口的5.4%(约3.5亿人)^[1]。而我国从改革开放后， 糖尿病的发病率呈逐年增加趋势。且有研究表明， 肥胖是糖尿病发病的一个重要病理因素， 糖尿病的患病风险也随着体重指数的增加而上升。

目前，糖尿病的发病原因多从胰岛素抵抗、 beta; 细胞分泌功能受损和肝糖的产生过多三方面进行分析。许多与糖代谢异常密切相关的病理状态均伴有胰岛素抵抗,如 IG T 和IFG 、肥胖、代谢综合征、多囊卵巢综合征、非酒精性脂肪肝等。在这些人群中糖尿病的发生比例明显增高。目前大多数的研究认为,在大多数 2 型糖尿病患者胰岛素抵抗发生前,为了维持血糖水平稳定,胰岛beta; 细胞不得不分泌更多的胰岛素进行代偿,一旦代偿性的胰岛素分泌不能与胰岛素抵抗相抗衡,血糖就不可避免地升高, 从而发生糖尿病^{[ 2 ]}

2、调节血糖的激素

2.1降低血糖胰岛素

胰岛素在人体血糖调节方面起着非常重要的作用，也是人类研究糖尿病的第一个突破口。胰岛素降血糖是多方面作用的结果。首先，胰岛素可以促进肌肉、脂肪组织等处的靶细胞的细胞膜载体降低血液中的葡萄糖转运进入细胞内。同时，通过共价修饰增强磷酸二酯酶活性、降低cAMP、升高cGMP浓度,从而使糖原合成酶活性增加、磷酸化酶活性降低，加速糖原合成、抑制糖原分解。胰岛素还可以通过激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶使丙酮酸脱氢酶激活，加速丙酮酸氧化为乙酰辅酶A，加快糖的有氧氧化。胰岛素还可以通过抑制PEP羧基酶的合成以及减少糖异生的原料，抑制糖异生。最后，胰岛素抑制脂肪组织内的激素敏感性脂肪酶，减速脂肪动员，使组织利用葡萄糖增加从而降低血糖^[3、4]。

2.2升高血糖胰高血糖素

胰高血糖素在体内葡萄糖代谢中起关键作用。现代研究越来越重视胰高血糖素在血糖稳态调解中的作用。小剂量的胰高血糖素足以引起明显的血糖升高，胰高血糖素可以迅速发挥作用并在很短时间内消失。胰高血糖素的信号通过细胞表面受体，对细胞的构象影响是胰高血糖素受体的胞外环合的结果，导致偶联的G蛋白激活。至少两类G蛋白是已知的参与胰高血糖素受体信号转导，即G_Salpha;和G_Q。G_Salpha;的活化导致腺苷酸环化酶激活，细胞内cAMP水平增加，并迅速激活蛋白激酶A（PKA）。G_Q的激活导致磷脂酶C激活，产生三磷酸肌醇，并释放细胞内Ca² 。总的来说，胰高血糖素信号通路促进糖原分解，同时抑制糖原在肝脏中合成。当受到胰高血糖素刺激后，激活PKA磷酸化并激活糖原磷酸化酶激酶。激活糖原磷酸化酶激酶磷酸化丝氨酸-14的残留物使糖原磷酸化酶激活。最后，激活糖原磷酸化酶的磷酸化糖原，从而增加糖原分解和葡萄糖-6-磷酸生产（G-6-P）。然后G-6-P由葡萄糖转化成葡萄糖（G-6-Pase），增加肝脏输出葡萄糖。

除了促进糖原分解，胰高血糖素通过调节肝糖原合成酶抑制糖原合成。糖原合酶在催化葡萄糖从UDP-葡萄糖的残基转移到一个非还原性糖的末端分支合成糖原分子中起着关键的作用。糖原合酶是通过磷酸化调节，就像糖原磷酸化酶激酶和磷酸酶的调节，只是方式相反。胰高血糖素诱导糖原合成酶磷酸化和抑制糖原合酶在肝脏中的活性。

同时，胰高血糖素通过影响糖代谢调节血糖，特别是通过增加糖异生，减少糖酵解。磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）催化草酰乙酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸，早期的限速步骤在肝脏糖异生途径。胰高血糖素治疗已被证明能增加肝脏或肝细胞酶的mRNA水平。最近的研究表明，通过cAMP 作用PKA激活导致磷酸化cAMP反应元件结合蛋白（CREB）。磷酸化CREB蛋白会结合在转录辅激活因子PGC-1基因启动子区的cAMP反应元件并上调PGC-1转录。PGC-1alpha;和核转录因子-4（HNF-4）一起行动，增加PEPCK基因的转录。由于胰高血糖素激活PKA，这种途径可能是因为负责胰高血糖素介导的PEPCK转录活性升高，从而增加肝脏中的糖异生作用。

胰高血糖素还可以抑制糖酵解。通过减少F（2,6）P2抑制糖原的合成，胰高血糖素抑制基因活性从而抑制糖酵解。在糖酵解途径的最后一步，丙酮酸激酶催化磷酸化的磷酸基团使烯醇式丙酮酸生成丙酮酸和ATP，ADP。胰高血糖素通过多种机制抑制丙酮酸激酶。胰高血糖素激活PKA，进而磷酸化丙酮酸激酶。磷酸化酶抑制丙酮酸激酶，由于异位的丙氨酸和ATP更容易被抑制，同时，不易通过变构激活F（1,6）P2。胰高血糖素也能抑制丙酮酸激酶基因的转录和增加丙酮酸激酶mRNA的降解。

3、小檗碱及其降血糖的研究

3.1小檗碱

中药毛茛科植物黄连是中医治疗消渴病的常用药^[6], 味苦、性寒。入心、肝、胃、大肠经。具有清热燥湿、泻火解毒的功效。小檗碱（Berberine，BBR）是从黄连和黄柏等中药中提取出来的异喹啉类生物碱，其分子量为371.82，也存在于小檗科、罂粟科、芸香科、防己科和鼠李科这 5个科的植物中。BBR也称黄连素, 目前已经可以人工合成, 其化学名称为：5,6-二氢-9,10-二甲氧基-苯并(g)-1,3-苯并二氧亚甲基(5,6-a)喹嗪，盐酸盐分子式为[C₂₀H₁₈NO₄] Cl^-常用其盐酸盐或硫酸盐，增加其水溶性，也大大增强了疗效。BBR作为抗菌药已应用多年，在临床长期用于解热、解毒、抗肠道细菌感染。现代药理研究发现它还有抗心律失常、扩张冠状血管、降血糖、调血脂、抗肿瘤等作用, 被广泛地应用于心律失常、心力衰竭、糖尿病、高脂血症等疾病的治疗中。

3.2小檗碱降血糖的研究

2型糖尿病至少占糖尿病患者总数的90%以上，是糖尿病患者中最为庞大的人群而且这一数字还在逐年上升^[7]。其常用口服药为磺酰尿类、双胍类、alpha; - 葡萄糖苷酶抑制药。近年来新型的噻唑烷二酮类胰岛素增敏药如罗格列酮的上市, 为 2型糖尿病的治疗提供了全新的用药选择, 但存在着长期使用导致体重增加、水肿等副作用。与此同时国内外许多研究发现BBR具有很却好的降糖作用，副作用非常小。早期的研究发现BBR剂量在 40mg k g-1时呈显著降糖作用,降糖作用与给药剂量呈明显量效关系, 给药 l h后降糖作用明显, 2 ～4h 降糖作用最强, 6h 后作用减弱^[8、9]在动物实验中, 磺酰尿类可降低正常动物血糖, 对四氧嘧啶糖尿病动物无效; 双胍类对四氧嘧啶糖尿病动物作用明显,但对正常动物作用减弱。BBR能降低正常小鼠、四氧嘧啶糖尿病小鼠和自发性糖尿病 K K鼠的血糖, 同时能改善 KK鼠的糖耐量, 所以就降血糖作用而言，BBR兼有磺酰尿类和双胍类口服降糖药的特点。

小檗碱对胰岛beta;细胞的修复具有促进作用。闫秀敏等^[10]的研究表明，小檗碱的修复功能可致胰岛素释放增加，抑制糖原异生，促进糖酵解，从而产生降血糖作用，同时具有胰岛beta;细胞的再生功能。唐玲光^[11]认为，小檗碱可抑制糖原异生，促进外周组织的葡萄糖酵解，具有抗升糖激素的作用，促进胰岛beta;细胞再生和功能的恢复，提高抗病力等。胰岛素对小檗碱的降糖作用没有明显的影响，小檗碱不是代替胰岛素直接降血糖。因此，它是从根本上解决了人体胰岛素缺乏，体现了中药治本的理念。

在张彦等人的实验^[12]中以高脂饲喂后的昆明种鼠、Wistar雄性大鼠为实验模型，设立实验组（降糖灵即盐酸小檗碱）、对照组、空白组不同给的药组，通过实验后降糖灵1号对大鼠血糖含量的影响、对葡萄糖性小鼠高血糖的影响、对四氧嘧啶型糖尿病大鼠的治疗作用的影响的一系列比较也证明了小檗碱的确有很好的降糖作用^[13]。

4、总结

综上所述，胰高血糖素对血糖的调节有重要的作用，而小檗碱具有降糖作用，本研究基于调节肝细胞内cAMP/AMP的比值可抑制肝脏糖异生，从而降低血糖，改善糖尿病，观察小檗碱的作用及其抗胰高血糖素作用的机制。

[1] 张豪.《小檗碱降血糖作用的分子机理研究》，博士学位论文，北京协和医科大学中国医学科学院，2008年，第7页。

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