馬富利,任國艷,2,3*,潘若瑤

1(河南科技大學 食品與生物工程學院,河南 洛陽,471000)2(河南省食品原料工程研究中心,河南 洛陽,471000)3(國家實驗食品加工與安全教育示范中心,河南 洛陽,471000)

白藜蘆醇(3,4′,5-三羥基二苯乙烯,resveratrol,RES)為多酚類抗毒素物質(zhì),廣泛出現(xiàn)于葡萄、花生和漿果等植物中,具備各種代謝功能[1]。1997年《Science》雜志[2]報道了它的抗癌作用,包括它在腫瘤起始、促進和進展階段的強大抗癌活性,從而引發(fā)了人們對其生物活性和健康益處的深入研究。同時,RES具有許多藥理學活性,能夠維護神經(jīng)系統(tǒng),調(diào)控免疫體系,調(diào)節(jié)抗氧化防御系統(tǒng),抑制腫瘤增長,減輕體重等[3]。許多流行病學研究表明,RES在預防某些疾病方面有效,如心血管疾病和癌癥[4]。此外,大量實驗研究表明,RES可以通過氧化還原/炎癥/免疫信號通路以及脂肪和葡萄糖代謝之間的相互作用,預防多種疾病[5]。上述研究使得RES成為降血糖領(lǐng)域的研究熱點。本文就RES在降血糖方面的作用,從體外到體內(nèi)的研究進行全面、最新的綜述,同時闡明RES可能的分子機制,以期對RES有全面的了解,為其開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 RES降糖作用研究

1.1 RES降血糖的實驗研究

實驗研究多使用嚙齒類動物作為動物模型,研究RES在降血糖方面的作用,因為它們有著與人體遺傳性和生理學特點相似的特征,而且更容易控制血糖水平。WANG等[6]采用2型糖尿病db/db小鼠為動物模型,將RES與飼料混合,連續(xù)口服12周,發(fā)現(xiàn)RES可以通過激活5′-單磷酸腺苷激活的蛋白激酶[adenosine 5′-monophosphate(AMP)-activated protein kinase, AMPK]抑制高糖條件下氧化應(yīng)激介導的細胞凋亡,穩(wěn)定體內(nèi)血糖狀態(tài),減輕糖尿病小鼠腎臟組織中的氧化應(yīng)激和細胞凋亡。SZKUDELSKA等[7]研究了一種非肥胖的2型糖尿病GK大鼠模型,并以SD大鼠當作對照組,在持續(xù)10周的治療期間,發(fā)現(xiàn)RES(20 mg/kg b.w.)可以抑制糖尿病大鼠骨骼肌中炎性標志物含量的增加,并緩解GK大鼠肝臟中白細胞介素1β(interleulzen-1β,IL-1β)和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)的含量升高,說明RES治療可以緩解GK大鼠的炎癥和氧化應(yīng)激。DARWISH等[8]以鏈脲佐菌素(streptozotocin,STZ)誘導的1型糖尿病小鼠為模型,腹腔注射RES(50 mg/kg)12 d,得到RES可以顯著恢復STZ誘導后扭曲的生化、物理和氧化應(yīng)激參數(shù);抑制了胰島CXC趨化因子配體16(C-C-X motif chemokine ligand 16,CXCL16)/核因子NF-κВp65的表達,說明RES可能是通過此通路達到改善1型糖尿病的作用。另有研究以高脂飲食誘導的糖尿病小鼠為模型,連續(xù)10周腹腔注射RES(15 mg/kg),發(fā)現(xiàn)RES能降低高脂飲食小鼠的血糖、甘油三酯和體重,改善胰島素抵抗(insulin-resistance, IR),起到降低血糖的作用[9]。以上研究表明,RES在不同類型糖尿病小鼠模型中起到降低血糖的作用,維持體內(nèi)血糖穩(wěn)定。

1.2 RES降血糖的臨床研究

除了各種體外和體內(nèi)實驗研究顯示RES具有降低血糖的有效性外,還有許多臨床試驗表明RES在降血糖方面具有潛在的益處。MAHJABEEN等[10]將94名糖尿病患者分為RES組和纖維素膠囊組,每天服用1次,持續(xù)24周后,與纖維素膠囊組相比,補充RES組的血糖、胰島素、IR、丙二醛、高敏C反應(yīng)蛋白、TNF-α和白細胞介素-6(IL-6)顯著降低;且在服用期間沒有副作用;結(jié)果表明,RES有助于通過降低IR改善血糖控制。另有研究表明,在45～59歲糖尿病患者中,RES對血糖濃度、糖化血紅蛋白含量和胰島素水平有顯著的劑量-反應(yīng)效應(yīng);對于60歲以上的患者,口服RES將會引起IR指數(shù)的變化;且60歲及以上的患者需要比年輕患者更高的劑量的RES才能達到有益的效果[11]。RES口服或靜脈注射時吸收率約為70%,盡管其生物利用度較低,但體內(nèi)實驗表明其有效性可能是由于肝臟中葡萄糖糖醛酸和硫酸鹽復合體轉(zhuǎn)化為RES代謝物,并在腸道中重新吸收后,在肝臟和腸道循環(huán)中充分發(fā)揮RES的療效[12]。同時,需要注意的是RES每天攝入5 g,連續(xù)服用1個月,可被很好地耐受,但每天消耗劑量小于1 g可能需要限制劑量,因為它會引起副作用[13]。

2 RES降糖作用機制研究

研究發(fā)現(xiàn),RES可以通過多種途徑發(fā)揮降血糖作用[14],如抑制糖異生、抑制糖苷酶活性、促進胰島素合成與分泌、調(diào)節(jié)腸菌群、抗氧化應(yīng)激、抗炎癥反應(yīng)等多種方式,降低血糖水平。

2.1 RES對糖代謝的影響

2.1.1 抑制糖異生

肝臟是葡萄糖代謝的主要器官,負責糖異生,肝糖異生障礙會引起的肝臟葡萄糖輸出增加,引起肝臟IR的主要原因[15]。糖酵解是為機體提供能量的主要代謝途徑之一,這個過程包含多種酶,如丙酮酸激酶、磷酸果糖激酶和己糖激酶等,可將葡萄糖轉(zhuǎn)化為丙酮酸[16]。丙酮酸可以進入三羧酸循環(huán),完全代謝成CO2,產(chǎn)生還原態(tài)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和還原型黃素腺嘌呤二核苷酸,以進行氧化磷酸化;另一方面,丙酮酸在O2存在的情況下,也可以發(fā)酵成乳酸,不產(chǎn)生腺苷三磷酸,但可以再生煙酰胺腺嘌呤二核苷酸,這就是通常所說的有氧糖酵解[17]。糖原分解通常是指肝糖原的分解,在糖原磷酸化酶的作用下,將糖原葡萄糖分解生成1-磷酸葡萄糖,之后在葡萄糖磷酸變位酶作用下轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖,最后在葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase, G6Pase)作用下生成葡萄糖[18]。糖異生是糖酵解的逆反應(yīng),由非碳水化合物碳底物產(chǎn)生葡萄糖的過程,在這個過程中,葡萄糖-6-磷酸是由乳酸、甘油和氨基酸等前體產(chǎn)生的,然后由G6Pase水解為葡萄糖[19]。因此,控制肝臟中糖原的分解以及糖異生和糖酵解途徑中關(guān)鍵酶的活性對維持正常的血糖狀態(tài)十分重要[20]。SUN等[21]研究了RES對達格列酮誘導的糖異生調(diào)節(jié)作用,結(jié)果表明,RES可抑制達格列酮誘導的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和G6Pase的mRNA和蛋白表達上調(diào),激活叉頭轉(zhuǎn)錄因子O1(forkhead box transcription factor O1, FoxO1)蛋白,揭示了RES通過激活磷酸化激活磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3 kinase, PI3K)/絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶(serine-threonine protein kinase, AKT)通路,進而抑制FoxO1的激活,從而減輕糖異生的機制,可以在2型糖尿病治療中取得更好的降糖效果。

2.1.2 抑制糖苷酶活性

α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶在穩(wěn)定餐后血糖水平中具有重要的作用[22]。小腸是食物消化和營養(yǎng)消化吸收的重要區(qū)域,小腸的消化吸收酶能夠?qū)⑹澄镏械奶妓衔锼獬蓡翁?其主要過程為:α-淀粉酶將多糖水解為低聚糖,α-葡萄糖苷酶催化碳水化合物水解的最后一步,釋放出可消化吸收的單糖[23],此外,α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制劑也可以用來調(diào)節(jié)餐后血糖水平的突然增高[24]。研究表明,通過控制糖苷酶的活力,能夠有效延緩葡萄糖在小腸內(nèi)的溶解作用,進而明顯降低餐后濃度,調(diào)節(jié)機體血糖水平[25]。丁華杰等[26]從虎杖中提取RES,并進行體外控制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性實驗,發(fā)現(xiàn)虎杖RES具有良好的抑制作用,可以有效地改善血糖水平。研究發(fā)現(xiàn),RES對α-葡萄糖苷酶具有顯著的抑制作用,其半抑制濃度高達5.047 μmol/L,遠高于陽性對照阿卡波糖組[27]。SHEN等[28]證實RES對α-淀粉酶具有競爭性抑制作用,半抑制濃度為3.62l g/mL。

2.2 RES促進胰島素的合成和分泌

2.2.1 改善胰島素抵抗

當健康個體的血糖水平升高時,胰島素的分泌會被激活,從而促進葡萄糖的運輸,進入肌肉細胞、肝功能細胞和脂類細胞,以儲存能量,同時也會抑制肝功能中糖原的分解速度[29]。胰島素是一種基本的多肽激素,調(diào)節(jié)血液中的糖平衡。當血漿中的葡萄糖水平增高時,胰腺β細胞會產(chǎn)生胰島素,這會刺激身體內(nèi)的保守信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),從而刺激葡萄糖的攝取。雖然葡萄糖是一種重要的能量來源,但血糖水平的異常升高可能會對身體造成傷害。因此,必須嚴格控制血液中的葡萄糖水平,而胰島素是這種調(diào)節(jié)的關(guān)鍵激素[30]。在骨骼肌中,葡萄糖攝取是由4型葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白(glucose transporters 4,GLUT4)介導的,研究發(fā)現(xiàn),采用RES對高胰島素誘導的骨骼肌細胞進行干預,可有效緩解IR;同時,RES還可增加(促進)AMPK的激活,并恢復胰島素介導的質(zhì)膜GLUT4葡萄糖轉(zhuǎn)運體水平的升高[31]。AMPK是一種重要的能量調(diào)節(jié)酶,它可以通過調(diào)節(jié)GLUT1和GLUT4的轉(zhuǎn)運體,顯著提高肌肉細胞和其他細胞對葡萄糖的攝取,增加胰島素的靈敏度,進而有效降低血糖水平[32]。RAI等[33]以高果糖飲食建立了糖尿病大鼠模型,RES治療后可緩解糖尿病大鼠的IR、高胰島素血癥、高血糖、尿酸升高以及高甘油三酯血癥等癥狀;同時,抑制大鼠肝臟中炎癥成分的表達和促炎癥細胞因子的轉(zhuǎn)錄,并且降低糖尿病大鼠的糖原含量和肝臟組織纖維化。CHEN等[34]研究發(fā)現(xiàn),RES處理可顯著提高3T3-L1脂肪細胞的葡萄糖攝取,并且可以改善胰島素信號轉(zhuǎn)導途徑,促進細胞膜GLUT4的蓄積;此外,沉默信息調(diào)節(jié)因子1(sirtuin-1, SIRT1)蛋白水平也可以增強AMPK的磷酸化,從而提高磷酸化的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(p-AKT)水平,這表明RES可能通過SIRT1-AMPK通路參與調(diào)節(jié)葡萄糖攝取。以上研究表明,RES對靶器官的IR起到積極作用,可維持血糖穩(wěn)定。

2.2.2 改善胰島β細胞功能

胰島β細胞是維持糖代謝平衡的關(guān)鍵細胞。研究表明,RES能夠有效緩解1型糖尿病小鼠胰島β細胞的死亡,并且可能是通過改善CXCL16/氧化型低密度脂蛋白通路來減輕胰島β細胞的表達[35]。此外,吳成香等[36]的研究還發(fā)現(xiàn),RES干預組口服葡萄糖耐量試驗中血糖曲線面積顯著下降(P<0.05),而磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1(phosphoinositide-dependent protein kinase 1,PDK-1)蛋白表達也有所增加,與高糖組相比,這些結(jié)果表明,RES能夠有效地改善胰島β細胞的機能,進而有效地維持糖代謝平衡;經(jīng)RES治療后,小鼠胰島β細胞中PDK-1和p-AKT蛋白的表達顯著增加,而上清液中胰島素水平也有所提升,這表明RES能夠有效激活小鼠胰島β細胞中的PDK-1/AKT通道,進而提高胰島β細胞的能力。LUO等[37]研究結(jié)果表明,乙醇或許會引起大鼠胰腺β細胞功能障礙,這是因為它破壞了SIRT1-解偶聯(lián)蛋白2(uncoupling protein 2, UCP2)通路,從而引起胰島素分泌受損。相比之下,RES則可以通過調(diào)節(jié)SIRT1和UCP2的表達,從而恢復大鼠胰腺β細胞的功能,從而有效地改善胰島素分泌的效率。XIN等[38]研究發(fā)現(xiàn),RES能夠有效地減輕尿酸對小鼠胰島β細菌的損害和機能障礙,因為尿酸能夠控制細胞活性,導致壞死,增強誘導型一氧化氮合酶表現(xiàn),減少胰島素分泌,而RES則通過調(diào)節(jié)微小核糖核酸-126(miR-126)和激活PI3K/AKT信號通路,有效地抵御尿酸誘導的小鼠胰島β細胞損傷和機能障礙。王素星等[39]研究表明,RES可能通過降低內(nèi)臟脂肪組織神經(jīng)肽Y的表達,抑制內(nèi)臟脂肪合成,減少脂質(zhì)外溢、炎癥因子釋放,改善限食后重飼大鼠胰島素敏感性。RES可以通過氫原子轉(zhuǎn)移和質(zhì)子損失電子轉(zhuǎn)移機制,清除各種多種活性氧自由基/活性氮自由基(ROS/RNS)和次級有機自由基,從而保護胰島β細胞內(nèi)的生物分子免受自由基的損傷[40]。RES可以有效地改善胰島β細胞的功能,通過促進其修復、保護、增強胰島素敏感性以及抑制自由基的活性,從而有效地控制血糖水平,達到調(diào)節(jié)血糖的目的。

2.3 RES調(diào)節(jié)腸道菌群

2.3.1 調(diào)節(jié)腸道微生物

近年來,人們普遍認為腸道微生物在人類各種疾病中發(fā)揮著重要作用,被認為是人體的第二基因組[41]。腸道微生物菌群構(gòu)成了人體中發(fā)現(xiàn)的最大的微生態(tài)系統(tǒng),并參與新陳代謝和能量生產(chǎn)[42],其特征是它們的基因組中有大量代謝多糖的基因,這些基因被賦予分解碳水化合物的能力,這些碳水化合物不能被宿主和動物多糖消化或吸收[43]。因此,維持腸道微生物的平衡對機體的正常功能具有重要的作用。CAI等[44]研究表明,RES可以逆轉(zhuǎn)db/db小鼠腸道微生物區(qū)中Bacteroides、Alistipes、Rikenella、Odoribacter和Alloprevotella豐度水平低等特征;改善腸道通透性和炎癥。另有研究進行糞便微生物群移植,表明RES可以通過腸道微生物群的變化來改善肥胖癥患者的葡萄糖穩(wěn)態(tài)[45]。HUI等[46]給db/db小鼠喂食含有RES的食物10周,發(fā)現(xiàn)經(jīng)RES處理的小鼠表現(xiàn)出血漿和糞便中膽汁酸成分的改變以及腸道微生物群的顯著重塑,表明RES可維持db/db小鼠體內(nèi)的葡萄糖平衡。

2.3.2 改善腸道屏障

腸道屏障是由閉鎖小帶和整個腸道中的Claudins、小腸中Paneth細胞的抗菌肽以及大腸和遠端小腸中大量存在的微生物共同分泌而成的[47]。不平衡的飲食會導致腸道微生物組成的嚴重紊亂,進而破壞腸道屏障功能,有可能導致體內(nèi)糖代謝紊亂[48]。WANG等[49]將RES-微生物群移植到高脂肪飲食喂養(yǎng)的小鼠中,用RES治療的小鼠顯示出微生物群組成的明顯改變,主要表現(xiàn)在Bacteroides、Lachnospiraceae_NK4A136_group、Blautia、Lachnoclostridium、Parabacteroides、Ruminiclostridium_9等腸道菌群富集;此外,RES-微生物群能夠調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝,減少炎癥并改善腸道屏障功能。PEGAH等[50]用RES治療2型糖尿病大鼠4周后,取出腸道進行組織病理學分析、生物化學測試和氧化應(yīng)激標記,RES能夠使糖尿病大鼠的腸道組織學變化恢復正常。研究表明,在整個腸道和糞便中發(fā)現(xiàn)了大量的RES及其硫酸化代謝物;在體外Caco-2細胞的培養(yǎng)過程中,RES-3-O-硫酸鹽明顯上調(diào)了緊密連接和黏液蛋白相關(guān)蛋白的mRNA表達;表明RES及RES-3-O-硫酸鹽對腸道微生物的生長和腸道屏障功能顯示出卓越的調(diào)節(jié)作用[51]。

2.4 RES抗氧化應(yīng)激

當身體處在正常運轉(zhuǎn)狀況時,人類細胞氧化和抗氧化系統(tǒng)會保持動態(tài)均衡。但是,如果身體的細胞氧化和抗氧化均衡被破壞,就會形成一定量的自由基[52],這些帶有強烈的氧化物性,可能會對人類身心健康構(gòu)成嚴重的威脅。當自由基的清除能力低下或過量時,會對身體中蛋白質(zhì)和組織構(gòu)成嚴重的損傷[53]。此外,細胞氧化應(yīng)激還會阻礙胰島素的信息傳遞,引發(fā)IR;同樣,它還會損傷胰島β蛋白質(zhì)的功能,進而阻礙胰島素的人工合成和釋放,最終引發(fā)體內(nèi)血糖濃度增高[54]。RES具備多重抗氧化作用[55],它能夠消除自由基、降低ROS的形成,激發(fā)內(nèi)源性抗氧化酶,利用各種信號通路促進抗氧化物分子的表現(xiàn),誘導自噬,進而減緩糖尿病小鼠腎組織的氧化應(yīng)激和細胞凋亡。此外,有研究還發(fā)現(xiàn),RES可通過激活AMPK/p38絲裂原活化蛋白激酶/核因子紅血球相關(guān)因子2(nuclear erythroid 2-related factor 2,Nrf2)信號通路抑制氧化應(yīng)激,減輕心肌缺血/再灌注損傷[56]。

2.5 RES抗炎癥反應(yīng)作用

研究發(fā)現(xiàn),脂多糖處理可以促進發(fā)炎反應(yīng)速度,而RES的加入則可以顯著降低TNF-α、白細胞介素-8(IL-8)和單核細菌趨化蛋白質(zhì)MCP-1的表現(xiàn)。此外,RES處理還會引起蛋白質(zhì)乙酰化和甲基化模式的顯著變化,這表明脫乙酰酶的誘導和去甲基酶活性的降低主要是由細胞核因子(nuclear factor κB, NF-κB)和Janus激酶/信息轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子(JAK/STAT)信號介導的調(diào)控級聯(lián)化學反應(yīng)所致。研究表明,RES可以抑制細胞免疫反應(yīng)產(chǎn)生的促炎癥因子[57],從而減少發(fā)炎[58]。NF-κB是一個關(guān)鍵的調(diào)整因子,它能夠控制各種基因組表現(xiàn),并參加炎癥反應(yīng),從而有效地緩解炎癥。炎癥反應(yīng)信息的正向傳導可能會導致胰島素敏感細菌出現(xiàn)IR或胰島β細胞受損,從而引發(fā)體內(nèi)產(chǎn)生炎癥變化[59]。此外,RES通過上調(diào)氧化應(yīng)激相關(guān)蛋白Nrf2的表達,下調(diào)TLR-4/NF-κB信號通路阻斷炎癥反應(yīng),減少細胞凋亡[60]。WANG等[61]研究表明RES可顯著減少促炎介質(zhì)和細胞因子的產(chǎn)生,增加抗炎介質(zhì)的表達,從而達到對脂多糖誘導大鼠炎癥反應(yīng)的治療作用。總之,RES能夠調(diào)節(jié)促炎和抗炎的細胞因子和趨化因子來預防炎癥。

3 展望

科學研究表明,RES含有多種機制可以有效降低血糖水平(圖1)。目前,從食物中提取新型、安全和高效的糖尿病治療因子已經(jīng)成為營養(yǎng)健康領(lǐng)域的研究熱點。大多數(shù)糖尿病患者通過口服西藥來達到降糖目的,例如噻唑烷二酮類、美格列奈類和雙胍類藥物[62],但長期服用會帶來嚴重的副作用。RES的來源十分廣闊,其含有許多生物活性,可以為降血糖藥物的研究提出新的思路和方法。盡管RES在動物實驗中得到了廣泛的報道,但在臨床試驗中只有很少的報道。此外,以前的臨床前研究在實驗動物中使用了不同劑量的RES,這些研究中RES的不同劑量可能是由于給藥途徑不同、口服生物利用度低和靶點不一致所致。因此,在考慮RES的口服生物利用度后,需要在不同的模型中對RES的體內(nèi)有效劑量進行優(yōu)化。伴隨研究的不斷深入,這種基因分子機制和藥物臨床研究將獲得更多的證明支撐。