植物多糖降血糖作用及机制研究.docx

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1、植物多糖降血糖作用及机制研究摘要：糖尿病是高血糖临床表现之一，长期糖尿病易引发各种并发症。目前，还尚未发现彻底根治糖尿病的方法，主要采用西药治疗，但是西药具有较严重的副作用，因而能有效降血糖、低毒、副作用小的天然物质倍受关注。研究发现广布于自然界的植物多糖具有良好的降血糖成效，是一类天然的生物活性物质，具有低毒、副作用小的特点，已成为医药界及保健食品领域的研究热门。本文主要概括了近几年国内外降血糖植物多糖的种类及其降血糖的机制。关键词：植物多糖；糖尿病；降血糖；作用机制当机体内的胰岛素分泌相对或绝对缺乏时，会导致血糖超出正常范围，引发高血糖。糖尿病是高血糖临床表现之一，它是以慢性高血糖为主要特

2、征的一组内分泌代谢性疾病1，长期的糖尿病易导致眼、肾、心血管等各种并发症2。糖尿病有型糖尿病、型糖尿病、妊娠糖尿病三种主要类型1，其中型糖尿病占糖尿病的903，主要是以高血糖引起的胰岛素抵抗IR和相对胰岛素缺乏为特征的疾病。目前糖尿病尚未发现完全根治的方法，患者需要长期结合西药治疗、控制饮食并适当运动，但是传统西药治疗对机体均有一定的毒副作用4。因而找出并利用具有降血糖的天然活性物质已成预防和治疗糖尿病的热门。多糖广泛存在于自然界，是由超过10个糖苷键连接单糖而成的天然高分子多聚物，介入生物体各项生命活动，是保证生物体生命活动正常运转的物质之一。植物多糖来源于广泛，具有低毒、副作用小的特点。我

3、国植物资源丰富，为植物多糖的研究利用提供有利的条件，现已有大量的研究表明植物多糖具有抗肿瘤、降血糖、抗氧化、免疫调节等多种重要生物活性5，其中植物多糖降血糖作用的研究已获得宏大的进展，本文主要概括总结近几年国内外近四十余种降血糖植物多糖的种类及其降糖机制。1.植物多糖降血糖的种类目前，具有降血糖生物活性的植物多糖已被广泛发现，按所属门类可分为：被子植物门、裸子植物门、红藻门、蓝藻门及绿藻门等；其中包括百合科黄精属、菊科苍木属、五加科有参属等不同科属类的植物。2.植物多糖降血糖机制正常情况下，机体的血糖由胰岛细胞分泌的胰高血糖素与胰岛细胞分泌的胰岛素保持平衡。当胰岛素分泌相对或绝对缺乏时，血糖超

4、出正常范围，毁坏血糖平衡，就可能引起糖尿病。胰岛素分泌缺乏和胰岛素抵抗IR是引起糖尿病的两大主要原因，胰岛素抵抗是指胰岛素促进葡萄糖摄取和利用的效率下降。研究表明：各种科属类植物多糖的降血糖机制具有多方面性，不同种属之间无显著差异，其机制包含抑制胰岛细胞凋亡；抗氧化、抗炎保护胰岛素细胞构造和功能等促进胰岛素的分泌；改善胰岛素与靶细胞特异性结合，加强对胰岛素敏感性改善胰岛抵抗；调节关键酶活性促进糖吸收利用和代谢以及信号通路等途径调节血糖含量。2.1促进胰岛素分泌胰岛素是体内唯一能降低血糖的激素，胰岛细胞是体内分泌胰岛素的细胞，当胰岛细胞构造和功能受损时，会导致胰岛素分泌相对缺乏，引起糖尿病。研究

5、报道表明植物多糖可通过抑制胰岛细胞凋亡、保护和修护胰岛细胞促进胰岛素分泌49。2.1.1抑制胰岛细胞凋亡细胞凋亡是细胞自主有序的死亡，由基因严格控制，其中Bcl-2B淋巴细胞瘤-2基因、caspase-3在细胞凋亡中占重要作用50。Bcl-2是抑制细胞凋亡的蛋白，caspase-3是促细胞凋亡蛋白。研究表明植物多糖可通过上调Bcl-2和抑制caspase-3的表达，抑制胰岛细胞的凋亡，刺激胰岛素分泌，调节血糖。桑叶多糖51-52能上调STZ糖尿病大鼠的抗凋亡性Bcl-2蛋白和mRNA的表达，抑制促凋亡蛋白caspase-3活化，刺激胰岛细胞分泌胰岛素，增加胰岛素含量，降低血糖。黄精多糖6能降低

6、STZ糖尿病大鼠的空腹血糖和糖化血清蛋白，下调caspase-3表达，增加血清胰岛素含量，改善胰岛细胞形态，血糖得到降低。2.1.2保护并修护胰岛细胞除了胰岛细胞的凋亡会引起胰岛素的分泌缺乏之外，胰岛细胞的构造和功能受损同样也会引起胰岛素分泌的缺乏。研究表明植物多糖可通过抗氧化、抗炎等途径保护和修护胰岛细胞。2.1.2.1抗氧化超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、谷胱甘肽过氧化物酶GSH-Px等自由基抗氧化剂酶在胰岛细胞内表达相对较低，造成胰岛素对活性氧ROS和活性氮RNS等自由基很敏感53。一旦ROS、RNS等自由基物质过量，存在于细胞环境中的多余自由基物质可毁坏细胞大分子如：DNA、蛋

7、白质和脂质等引起氧化应激，导致胰岛细胞构造及功能受损，引起胰岛素分泌缺乏。SOD活性、CAT和GSH-Px等指标可反映氧自由基的去除能力，进而反响胰岛细胞的受损程度。苦瓜多糖54通过改善STZ诱导的大鼠的体重，高血糖，高脂血症，上调抗氧化酶GSH，SOD和CAT、下调MDA，恢复总抗氧化能力，减轻氧化应激导致的肾脏损伤，改善血糖水平。仙人掌多糖55能加强SOD，GPx和CAT的活性，并降低STZ诱导的糖尿病大鼠血清，肝脏，肾脏和胰腺中的丙二醛水平；保护并修护胰岛细胞，具有抗氧化和降血糖的作用。黑果枸杞果实多糖56能显著降低糖尿病小鼠的血糖含量，加强糖尿病小鼠血清和肝脏SOD活性，降低其血清和肝

8、脏MDA含量，通过促进机体对SOD等抗氧化剂的生物合成，加强机体抗氧化能力及去除氧化产物的能力，减轻或阻止自由基对胰岛细胞的损伤、促进胰岛细胞的修复与再生，并能促进葡萄糖转变为肝糖原。具有降血糖的作用，且抗氧化能力的效果优于盐酸二甲双胍。2.1.2.2抗炎炎症细胞因子如IL-1、TNF-、IL-6和IL-8等表达会引发炎症发生，是胰岛细胞功能受损的原因之一53。研究表明植物多糖可降低炎症因子的表达，保护胰岛细胞，控制血糖含量。当归多糖30能够降低IL-6和TNF-的表达，表现出抗炎作用，保护胰岛细胞，降低血糖。太子参多糖57可通过降低TNF-，提高IL-10阻断促炎细胞因子的活性的水平，保护胰

9、岛细胞，减轻IR，降低血糖。2.2改善胰岛素与靶细胞特异性结合，加强胰岛素敏感性脂肪、骨骼肌和肝脏细胞都是胰岛素作用的靶细胞，胰岛素通过与靶细胞外表的胰岛素受体InsR特异性地结合而发挥作用。InsR的数量以及与靶细胞特异性结合的亲和力都能反映出一定的降血糖作用。仙人掌果多糖58可通过增加STZ诱导的糖尿病大鼠胰岛细胞数量，刺激胰岛素的分泌，降低血糖，并能降低血清中TC和TG含量，调节血脂代谢。丹皮多糖59能提高肝细胞低亲和力InsR最大结合容量，使胰岛素敏感性指数ISI增加，提高InsR数目、改善受体环节的胰岛素抵抗，显著降低STZ诱导的糖尿病大鼠空腹血糖，改善糖耐量异常及血脂异常。2.3调

10、节关键酶活性糖类吸收、利用和代谢以及胰岛素与受体结合都需要一定的关键酶才能发挥作用。机体内有的关键酶可促进糖物质的消化吸收利用及代谢，有的会阻碍胰岛素与受体结合。目前，植物多糖可通过调节葡萄糖吸收、利用、代谢关键酶活性以及蛋白酪氨酸磷酸酶1B的表达，调节血糖含量，改善糖代谢紊乱和减轻IR49。2.3.1抑制-淀粉酶和-葡糖苷酶活性-淀粉酶和-葡糖苷酶是机体中碳水化合物消化和吸收的两个最关键的酶。-淀粉酶可分解长链碳水化合物，-葡糖苷酶可水解葡萄糖苷键，释放出葡萄糖，它们是直接介入淀粉及糖原代谢途径必不可少的酶。因而，抑制-淀粉酶和-葡萄糖苷酶的活性能够抑制碳水化合物的水解释放葡萄糖、减缓小肠对

11、葡萄糖的吸收53。山茶花多糖24和马尾藻多糖48都能够通过抑制-淀粉酶和-葡萄糖苷酶活性，缓解IR，降低血糖含量。打瓜干皮多糖20对淀粉和蔗糖负荷小鼠均有降血糖作用，且对-葡萄糖苷酶有明显的抑制作用。Chenchun等证明60辣木叶多糖具有抑制-淀粉酶和-葡萄糖苷酶活性的作用，具有治疗糖尿病的潜力。2.3.2提高糖代谢关键活性，促进肝糖原合成，抑制糖异生肝脏是葡萄糖代谢的主要器官之一61，当血糖不平衡时，可通过肝糖原的合成和分解维持机体血糖平衡。葡萄糖激酶GlucoKinase,GK是糖代谢中的关键酶，催化葡萄糖转化为6-磷酸葡萄糖，促进肝糖原的合成。G6Pase是肝脏糖异生的关键酶，催化糖异

12、生的最后一步反响是6-磷酸葡萄糖转化为葡萄糖。GLUT2是肝脏最主要的葡萄糖转运体，运送葡萄糖进出肝脏，与GK协调作用促使胰岛素分泌，介入机体血糖调节62。白簕中性均一多糖63通过提高GLUT2和GK表达，降低G6Pase表达，促进葡萄糖在肝脏中的转化，抑制糖异生，降低STZ诱导的I型糖尿病小鼠的血糖。薏苡仁多糖64能通过增加肝GK，促进肝糖原合成，调节糖尿病大鼠的糖代谢异常，降低血糖。2.3.3下调蛋白酪氨酸磷酸酶1BPTP-1B的表达蛋白酪氨酸磷酸酶1BProteinTyrosinePhosphatase-1B，PTP-1B与蛋白酪氨酸激酶ProteinTyrosineKinases，PT

13、K共同维持着酪氨酸蛋白磷酸化的平衡。胰岛素受体或其底物上的酪氨酸残基会被PTP-1B去磷酸化，导致胰岛素信号转导进行负调节；组织细胞中PTP-1B太多的表达会降低PTK的活性，使胰岛素受体无法与胰岛素结合，引起胰岛素抵抗，导致血糖升高65。桑叶多糖66能改善STZ诱导的糖尿病大鼠的口服葡萄糖耐量，恢复糖原合成GS活性。胰岛素信号通路中胰岛素受体底物2IRS2、PI3K、PKA表达得到上调，降低PTP1B表达，激活PI3K-AKT途径，有效调节糖代谢。2.4调节信号通路2.4.1PI3K/Akt信号通路葡萄糖通过协助扩散方式透过细胞膜脂质双层构造进入细胞，但其扩散方式需要细胞膜上的GLUT载体蛋

14、白转运才能完成。当PI3K/Akt信号通路被激活后，GLUT4从细胞内转移到细胞膜，可增加葡萄糖的摄取67。PI3KPhosphatidylInositol3-Kinase，磷脂酰肌醇3-激酶由调节亚基p85和催化亚基p110所组成的异二聚体。Akt又称蛋白激酶BProteinKinaseB，PKB，是PI3K信号通路下游的重要靶蛋白。Akt有3个亚型，其中Akt2主要介入胰岛素效应组织中葡萄糖的稳态调节，在胰岛素敏感的组织如脂肪、骨骼肌和肝脏都有较高的表达68。因而，激活PI3K/Akt信号通路可调节血糖水平。茶多糖69能够降低T2DM小鼠的TC和LDL-c，使TG和HDL-c恢复正常水平；

15、改善肝脏和肾脏组织中SOD、GPX活性，保护细胞；PI3K、p-Akt、GLUT4的表达也得到上调，激活PI3K/Akt信号通路，发挥降血糖的作用。铁皮石斛多糖25通过调节肝脏和肌肉中的糖原合成酶GSK-3、GS和GLUT4促进糖原合成；加强肝脏中的葡萄糖代谢酶活性PK、HK、PEPCK；改善糖代谢障碍，上调PI3K/Akt信号通路，降低STZ诱导的糖尿病小鼠的血糖水平。2.4.2MAPK信号通路MAPKMitogen-activatedProteinKinase，丝裂原活化蛋白激酶是信号从细胞外表传导到细胞核内部的重要传递者，介入细胞增殖、分化、存活和凋亡等活动。它分为4个亚族：ERK、p3

16、8、JNK和ERK5。其中JNK和p38MAPK信号通路在炎症和细胞凋亡的应激反响中起关键作用，植物多糖可调节此信号通路抑制胰岛细胞凋亡，提高胰岛素水平70。桑葚多糖71通过下调p-JNK，p-p38和cleaved-caspase-3的表达，抑制胰岛细胞的凋亡，降低STZ诱导的糖尿病小鼠的空腹血糖和HbA1c水平，并提高胰岛素水平。2.4.3cAMP-PKA信号通路cAMPcyclicAdenosineMonophosphate，环磷酸腺苷是一种环状核苷酸，具有调节细胞代谢的作用，但是需要依靠PKAProteinKinaseA,，蛋白激酶下游靶蛋白磷酸化发挥作用。cAMP-PKA信号通路的激

17、活能够刺激胰岛细胞分泌胰岛素72。研究证明绿茶多糖73在体外可上调GLP-1R、PKA、PDX-1、INS-1、INS-2、GLUT2和GCK的转录，并通过在RIN-5F细胞中参加SQ22536AC抑制剂和H-89PKA抑制剂检测胰岛素的分泌，证明绿茶叶多糖是通过cAMP-PKA通路刺激胰岛素的分泌，进而降低血糖。2.5其他降血糖作用机制2.5.1拮抗胰高血糖素胰高血糖素和胰岛素是保持机体内血糖平衡的两大激素，刺激胰岛素的分泌可有效控制血糖，拮抗胰高血糖素的产生也是控制机体血糖的手段之一。芦荟多糖74可能是通过降低胰高血糖素水平、促进糖原的合成及抑制糖异生的途径降低四氧嘧啶糖尿病大鼠及小鼠的血

18、糖，并非是通过刺激胰岛细胞分泌胰岛素的释放而起到降血糖的作用。同时它还可促进糖尿病小鼠损伤的胰岛组织构造的修复，抑制胰岛细胞空泡变性及纤维化。2.5.2胰十二指肠同源框因子胰十二指肠同源框因子PDX-1是同源盒家族中的一员，其主要功能为指导胰腺的发育和分化，促进胰岛细胞增殖，抑制胰岛细胞凋亡，调节胰岛素基因及几个重要的胰岛细胞特异性基因的转录，对于胰岛细胞功能的稳定性及糖尿病的发生、进展有特别重要的意义75。桑叶多糖52能够改善STZ糖尿病大鼠的HFD和胰岛素的分泌，增加胰岛素含量，其可能机制市恢复糖尿病大鼠胰岛细胞中PDX-1蛋白的核定位和增加PDX-1的mRNA和蛋白的表达。3.结语糖尿病

19、是威胁全球人类健康的疾病之一，长期的糖尿病可导致各种并发症。然而，至今尚未发现能彻底根治糖尿病的方法，目前主要采用西药治疗，但各种合成抗糖尿病西药如噻唑烷二酮类、美格列奈类、双胍类等具有较严重的副作用。因而，低毒、副作用小的植物多糖被广泛研究。研究发现具有降血糖作用的植物多糖种类多样包含不同科属类植物，其降血糖机制也具有多方面性，不同种属之间无显著差异；它可通过抑制胰岛细胞凋亡、保护修护胰岛细胞、调节糖代谢关键酶活性促进葡萄糖的吸收利用，促进肝糖元的合成，减少糖异生以及调节信号通路等途径到达降糖目的。但是，目前植物多糖在糖尿病方面的研究主要集中在降血糖作用及机制，对糖尿病引发的各种并发症研究较缺乏，进一步了解植物多糖对并发症的作用及机制可能会减少糖尿病带来的伤害，这对糖尿病及其降血糖药物的研究都具有很大的价值意义。