石斛是中医药治疗糖尿病常用的中草药之一,因其在糖尿病治疗中的潜在替代作用而备受关注。本文旨在对其植物化学成分、安全性和治疗糖尿病及其并发症的药理作用进行全面研究,并揭示其潜在机制。通过检索PubMed、Science Direct、Scopus、Web of Science和Google Scholar等数据库,对2000 - 2020年发表的医学文献进行综合检索,检索关键词为石斛、糖尿病、植物化学、药理学和安全性。结果表明,石斛通过调节AMPK-GLUT4-PPARα对糖尿病及其并发症具有降低糖异生、调节脂质、保护胰岛细胞、抗肥胖、抗氧化、抗炎症等抗糖尿病作用;cAMP-PKA和Akt/Fox01;cRaf-MEK1/2-ERK1/2;IRS1-PI3K-Akt-Fox01 /葛兰素史克3β;MAPK;NF -κB;PI3k/Akt信号通路。 The main chemical constituents of dendrobium species, which exert anti-diabetic, were polysaccharides. Most of the compounds of dendrobium species improved diabetes by antioxidant activity. No side effect of dendrobium species was reported in experimental studies. Therefore, our study suggested that dendrobium may offer a new potential alterative for prevention and treatment of diabetes and its complication. Well-designed clinical trials are needed for future studies.
石斛,糖尿病,植物化学,药理学,安全性
AC:腺苷酸环化酶;Akt:蛋白激酶B;阿拉巴马州:丙氨酸;ALT:丙氨酸转氨酶;醛糖还原酶;AST:天冬氨酸转氨酶;AUC:曲线下面积;碱性成纤维细胞生长因子;BG:血糖;BUN:血尿素氮; BW: Body Weight; CA/CDCA: Cholic Acid/Chenodeoxycholic Acid; CAT: Catalase; CK: Creatine Kinase; Citr: Citrate; Create: Creatine; CREA: Creatinine; CTGF: Connective Tissue Growth Factor; DPPH, 2,2-Diphenyl-1-Picrylhydrazyl; ERG: Electroretinogram; FBG: Fasting Blood Sugar; FFAs: Free Fatty Acids; FN: Fibronectin; FINS: Fasting Insulins; Fox01: Forkhead Box Protein 01; GDH: Glucose Dehydrogenase; Gln: Glutamine; GLU: Glucagon; GLUT1: Glucose Transporter 1; GLUT2: Glucose Transporter 2; GLUT4: Glucose Transporter 4; G6Pase: Glucose-6-Phosphatase; GSK 3β: Glycogen Synthase Kinase 3 Beta; GSH: Glutathione; GSH-PX: Glutathione Peroxidase; GSP: Glucose Regulated Protein; HG: High Glucose; HIF-1α: Hypoxia-Inducible Factor 1-Alpha; HOMA-IR: Homeostasis Model of Assessment Insulin Resistance; Hs-CRP: High-sensitivity CRP; HW/BW: Heart to Body Weight Ratio; ICAM-1: Intercellular Adhesion Molecule 1; IFN-γ: Interferon-γ; IGF-1: Insulin-like Growth Factor 1; IL-1β: Interleukin-1β; IL-6: Interleukin-6; Ile: Isoleucine; INS: Insulin InsR: Insulin Receptor; iNOS: Inducible Nitric Oxide Synthase; KB: Ketone Body; LDL: Low-Density Lipoprotein; LDL-C: Low Density Lipoprotein Cholesterol; LDH: Lactate Dehydrogenase; Leu: Leucine; MDA: Malondialdehyde; MMP 2/9: Matrix Metalloproteinase-9; MT-1: Metallothionein-1; MyD88, Myeloid Differentiation Primary Response 88; 2-NBDG: 2-[N——(7-nitrobenz-2-oxa-1 3-diazol-4-yl)氨基]2脱氧葡萄糖;NF-κB:核因子κ β;Nqo1: NADPH醌氧化还原酶-1;OGTT:口服葡萄糖耐量试验;P-AMPK:单磷酸腺苷(AMP)活化蛋白激酶磷酸化;磷酸烯醇丙酮酸羧激酶;PDGF A/B:血小板衍生生长因子A/B;PGC1α:过氧化物酶体增殖物激活受体- γ辅激活因子-1的α亚基PKA:蛋白激酶A;PI3K: Phosphoinositide-3-Kinase; PPARα: Peroxisome Proliferator-Activated Receptor α; ROS: Reactive Oxygen Species; SCr: Serum Creatine; SOD: Superoxide Dismutase; Tau: Taurine; TC: Total Cholesterol; Tch: Blood Lipids; TG: Triglycerides; TLR-4: Toll-Like Receptors; TNF-α: Tumor Necrosis Factor-α; T-SOD: Total Superoxide Dismutase; UA: Uric Acid; Val: Valine; VEGF: Vascular Endothelial Growth Factor.
糖尿病的特点是由于机体需要的胰岛素不足而导致高血糖[1]。一般认为,1型糖尿病是由于胰腺分泌胰岛素不足引起的,而2型糖尿病是由于机体细胞对产生的胰岛素反应不正常引起的[2]。糖尿病已成为世界范围内的主要卫生保健问题,因为高血糖增加了糖尿病视网膜病变、糖尿病性白内障、糖尿病肾病、糖尿病性心肌病等并发症的风险[3]。
然而,糖尿病是一种慢性疾病,由于β细胞质量的进行性减少和不可逆的β细胞衰竭而无法治愈和修复[4]。由于药物的超前作用,目前糖尿病的治疗并不理想[5]。由于中草药具有相对高性价比、多靶点、提前效应风险低的特点,成为糖尿病药物开发的潜在候选药物[6]。
石斛是兰科植物的主要属之一,具有观赏和药用价值。全世界有1400多种,广泛分布于亚洲、欧洲和大洋洲等热带和亚热带地区[7]。在中国,石斛大约有80种,主要分布在中国的西南、东部和南部[8]。
石斛是一种重要的花卉植物,具有很高的经济价值。它的茎和花被视为珍贵的食品和草药,具有保健和治疗作用。在传统中医中,一些石斛属植物的新鲜或干茎被采收用于药用,统称石斛。其药用价值在几千年前的中国古代医书《神农本草》中就有记载[9]。
石斛是中医理论中常用的滋阴清热的名贵药材。具有润肺益胃、清热明目、补虚强身的功效[10]。因此,它可以用来益胃,滋补津液,润肺,止咳。近年来,许多研究者对石斛属植物的化学成分和药理作用进行了研究。发现石斛属植物的化学成分包括多糖、生物碱、联苯类、酚类、菲类等[11]。
多项研究表明,石斛具有抗衰老、抗癌、促进消化、降血压、治疗白内障和血管舒张等作用[12]。目前,药用石斛有铁皮石斛、火神石斛、罗氏石斛、葡萄石斛、铁皮石斛、褐皮石斛、龙石斛等50多种[13]。
本文在PubMed、Science Direct、Scopus、Web of Science和Google Scholar数据库中检索2000 - 2020年20年间的文献,关键词为石斛、糖尿病、植物化学、药理学和安全性。
近年来,许多研究者对石斛种类的研究产生了浓厚的兴趣。然而,目前尚无文献报道石斛对糖尿病及其并发症的治疗作用机制。虽然有研究表明石斛可以治疗糖尿病,但对石斛抗糖尿病作用的综合机制缺乏研究。因此,本综述首次通过研究石斛治疗糖尿病及其各种并发症的植物化学和药理机制,全面了解石斛在糖尿病中的作用。它也提供了一个有趣的和启发性的见解,谁打算在未来对石斛物种进行临床试验的读者。
石斛植物化学:目前,从石斛中已鉴定分离到的化合物有50多种[14]。发现石斛的化学成分主要是多糖、生物碱、酚类、菲类和生物碱[15]。表1列出了具有抗糖尿病作用的化合物。
表1。不同种类石斛中具有抗糖尿病活性的化合物含量
表1总结了不同种类石斛中具有抗糖尿病作用的化合物。图1-4说明了这些化合物与抗糖尿病活性有关的几种化学结构。这些化合物包括多糖、菲类、二苯乙烯类、联苯类、多酚类、吲哚吡啶类生物碱。这些具有抗糖尿病作用的化合物大多是多糖。此外,这些化合物大多通过抗氧化活性缓解糖尿病,这意味着未来研究糖尿病的潜在候选者。
图1所示。不同种类的植物中化合物的含量石斛兰显示出抗糖尿病的活性
图2。抗糖尿病作用的动物实验石斛兰以及它的成分
图3。从不同种类石斛中分离的具有抗糖尿病活性的化合物的化学结构和名称
图4。药用植物石斛兰用于治疗糖尿病及其并发症及其作用机制
石斛在糖尿病治疗中的药理作用
减少糖质新生:在正常生理条件下,肝糖原合成与糖异生保持动态平衡[16]。然而,当肝脏出现胰岛素抵抗,即人体不能正常对胰岛素作出反应的病理状态时,肝脏糖异生增加,肝糖原合成减少。然后,糖异生和糖原合成之间的平衡被破坏。之后,肝糖原输出量增加,最终导致高血糖。因此,减少糖异生是控制血糖的目标之一[17]。
石斛混合物包括15 g石斛、20 g黄芪、8 g五味子、15 g葛根、15 g鼠尾草、15 g地黄和8 g蚯蚓,通过调节PI3K/Akt信号通路改善胰岛素抵抗和肝功能。Fox01、PEPCK、G6Pase表达降低,InsR、PI3K、Akt表达升高。因此,石斛可改善肝糖原,降低血糖[18]。
铁皮石斛水提物可上调能量和氨基酸代谢,增加肝糖原。可减少糖异生[19]。Wang Hong-Yan等研究发现,霍山石斛(dendrobium hooshanense, GXG)多糖可通过胰岛素介导的IRS1-PI3K-Akt-Fox01/GSK 3β信号通路促进糖原合成,减少糖异生。本研究表明,石斛可能通过提高肝糖原结构的稳定性来降低糖原降解率[20]。在另一项研究中,铁皮石斛多糖(DOP) (100,200,400 mg/kg,连续4周)通过抑制cAMP-PKA信号通路来增强脆弱的糖尿病肝糖原。此外,它还能抑制肝糖原降解和肝糖异生[21]。
简而言之,石斛已被证明可以通过减少糖异生来缓解糖尿病。其潜在机制可能归因于PI3K/Akt、PI3K-Akt- fox01 /GSK 3β、cAMP-PKA信号通路的调控(图5)。
图5。该图说明了糖异生的减少石斛兰
石斛兰通过降低糖异生,糖原降解率,增加能量和氨基酸代谢以及糖原合成,缓解糖尿病。
脂质调节肥胖是2型糖尿病的病因之一,肝脏脂质沉积可导致胰岛素抵抗[22]。此外,脂肪毒性可增加胰岛细胞凋亡,限制肌肉对葡萄糖的利用能力。因此,糖尿病患者预防血脂异常非常重要[23]。
石斛提取物。(DNLA) (15mg/kg,持续18周)通过降低CA/CDCA比率减少胆固醇的吸收,并通过增加牛磺酸偶联胆汁酸增加胆固醇的排泄[24]。张琼等研究表明,石斛提取物(100mg/kg、200mg /kg,连续4周)可减少大鼠脂质积累和脂毒性诱导的肝细胞凋亡。它还能阻止胰岛细胞凋亡[25]。
在李雪文等人的一项细胞研究中,富含石胡碱的石胡提取物减少了细胞内油滴和甘油三酯的积累。它还增加了3Ts-L1细胞对2-NBDG的摄取[26]。石斛的另一项研究。发现DNLA生物碱可增加脂质代谢基因表达,降低脂质合成调节因子Srebp 1[27]。
总的来说,石斛通过调节胆固醇的吸收和排泄来缓解糖尿病。它还可以减少胆汁酸的毒性和脂质积累(图6)。
图6。该图说明了脂质调节石斛兰
石斛兰通过减少脂质积累、胆汁酸的毒性、胆固醇的吸收以及增加胆固醇的排泄来缓解糖尿病。
保护胰岛细胞胰腺是由外分泌组织形成的混合性腺体,能合成和分泌无活性的消化酶。胰腺内分泌组织以Langerhaous胰岛为代表,胰岛由α、γ、epsilon和β细胞组成[28]。细胞凋亡是发生在糖尿病中的一种细胞死亡形式。富shihumine loddigesii提取物的体外研究表明,给药9周后,通过上调AMPK-GLUT4-PPARα信号通路,胰岛细胞数量和脂肪细胞大小增加。cleaved caspase-3的表达也受到抑制。因此,它可以防止胰岛细胞凋亡[29]。
综上所述,石斛通过调节AMPK-GLUT4-PPARα信号通路保护胰岛细胞,从而缓解糖尿病。石斛兰能保护胰岛细胞,防止胰岛细胞凋亡(图7)。
图7。该图说明了脂质调节石斛兰。
抗氧化剂氧化应激被定义为氧化剂和抗氧化剂之间的失衡,有利于氧化剂,导致氧化还原信号和控制的破坏和/或分子损伤[30]。如果产生过多的活性氧,β细胞成熟和凋亡增加。那么胰岛素的合成和分泌就会减少。糖尿病和肥胖均可增加活性氧的产生,导致氧化应激[31]。
富多酚提取物D. loggigesii (DJP) (25 mg/kg,50 mg/kg,100mg/kg,连续8周)被证明可以降低db/db小鼠的氧化应激[32]。另一项研究采用1g/kg铁皮石斛提取物喂养STZ大鼠5周。虽然对血糖水平和体重没有影响,但谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)升高,提示石斛提取物的保护作用与抗氧化活性有关[33]。
一项细胞研究从铁皮石斛茎中分离出两种多糖(DOPA-1和DOPA-2),测试了其抗h2o2诱导的氧化损伤的能力,发现DOPA-1和DOPA-2可以抑制细胞凋亡,改善氧化损伤[34]。石斛生物碱的又一研究。(DNLA)研究表明,它可以通过nrf2 -抗氧化途径增加小鼠肝脏中抗氧化基因MT-1和Nqo1的表达[27]。
总之,石斛通过nrf2 -抗氧化途径发挥抗氧化作用。它还能增加葡萄糖代谢基因和抗氧化基因。石斛兰通过增加糖代谢基因和抗氧化基因发挥抗氧化作用(图8)。
图8。该图说明了抗氧化剂石斛兰
抗炎:低度炎症可导致胰岛素抵抗,是2型糖尿病的主要原因,促炎巨噬细胞可降低肝脏、骨骼肌和胰腺β细胞的胰岛素敏感性[35]。
富含多酚的D. loddigesii (DJP)提取物通过降低IL-6和TNF-α被证明具有抗炎作用[32]。另一项研究表明,石斛(DFE)提取物可下调588个差异表达基因(DEGs),其中74%与炎症相关,可能具有抗炎作用[25]。
综上所述,石斛通过调节NF-κβ信号通路发挥抗炎作用。石斛兰通过调节NF-κβ信号通路发挥抗炎作用(图9)。
图9。该图说明了抗炎症石斛兰。
糖尿病心血管并发症心血管并发症是糖尿病患者死亡的重要原因[26]。糖尿病性心肌病是一种严重的糖尿病并发症,是糖尿病患者死亡的重要原因。主要表现为心肌功能障碍,无其他心脏疾病,最终可能导致心力衰竭[36]。糖尿病合并糖尿病性心肌病患者慢性持续性高血糖和胰岛素抵抗可诱发心肌梗死和慢性压力过载[37]。经8周(75mg/kg、150mg/kg、300mg/kg)给药后,一种石斛提取物(DOE)被证明可以抑制氧化应激、心脏脂质积累和促炎细胞因子,从而减少心脏纤维化[38]。在Jing-yi Zhang等的细胞研究中,铁皮石斛多糖(DOY-GY)可通过PI3K/Akt和MAPK通路对H2O2诱导的h9c2心肌细胞发挥心脏保护作用[39]。总的来说,石斛通过减少炎症、心脏纤维化、心脏氧化应激、心肌损伤和细胞凋亡来减轻糖尿病心血管并发症。其潜在机制可能与PI3K/Akt和MAPK通路有关。石斛兰通过减少炎症、心脏纤维化、心脏氧化应激、心肌损伤和细胞凋亡,减轻糖尿病心血管并发症(图10)。
图10。该图显示了糖尿病心血管并发症石斛兰
糖尿病肾病糖尿病肾病是糖尿病重要的慢性微血管并发症,可导致终末期肾脏疾病[40]。糖尿病肾病是由糖尿病引起的,扰乱肾小管、肾小球及其滤过屏障会导致肾功能不全。肾功能持续下降,直至终末期肾功能衰竭[41]。糖尿病影响人体的新陈代谢和血液循环,产生过多的活性氧。损伤肾小球并引起蛋白尿[42]。肾小球滤过屏障由开孔内皮、肾小球基底膜和上皮足细胞组成,在糖尿病肾病的进展中受损更严重。给药铁皮石斛(0.2、0.4、0.8g/kg) 8周后,发现其可通过调节VEGF、GLUT-1、CTGF表达改善肾脏病理改变,缓解糖尿病肾病[43]。
在糖尿病肾病的体外和体内研究中,研究证实了石斛(DM)的甲醇提取物对hfd诱导的小鼠肥胖具有降脂作用,并能抑制氧化应激引起的肾细胞损伤[44]。
另一项研究使用铁皮石斛提取物(5 ml/kg、10 ml/kg)连续4周,结果显示其可通过预防胰岛素抵抗、降低tlr和炎症反应来缓解糖尿病肾病[45]。葡甘聚糖是铁皮石斛茎的提取物,在给药4周(160 mg/kg)后,可以平衡被扰乱的葡萄糖、脂质、氨基酸代谢,使肾小体和肾小管系统的结构正常化[46]。
综上所述,石斛通过减轻炎症、氧化应激、胰岛素抵抗、肾功能障碍和糖尿病肾损害来缓解糖尿病肾病。石斛兰通过减少氧化应激、肾功能障碍、胰岛素抵抗、炎症反应和糖尿病肾病改善糖尿病肾病(图11)。
图11。图示糖尿病肾病石斛兰
糖尿病性视网膜病变糖尿病视网膜病变是糖尿病常见的并发症。其特征为硬渗出物、微动脉瘤、黄斑水肿和视网膜出血[47]。金曲霉乙醇提取物(30 mg/kg,300 mg/kg,持续1个月)被证明可以破坏血液视网膜屏障,抑制视网膜炎症,防止紧密连接蛋白如occludin和claudin-1的减少[48]。余增阳等人对从黄曲石斛中提取的毛蕊素进行了体内外研究。可以通过抑制hg诱导的VEGF表达来抑制视网膜新生血管生成。它还可以阻断ert1 /2介导的视网膜内皮细胞和小胶质细胞中HIF-α的激活[49]。另一项研究也发现,金曲石斛乙醇提取物可通过抑制nf - κβ信号通路,缓解视网膜血管生成,改善视网膜炎症[50]。综上所述,石斛通过减少视网膜新生血管生成和紧密连接蛋白来减轻糖尿病视网膜病变。它还可以减少促血管生成因子和炎症。石斛兰通过减少炎症、视网膜新生血管生成、紧密连接蛋白和促血管生成因子来缓解糖尿病视网膜病变(图12)。
图12。图示糖尿病视网膜病变石斛兰
糖尿病性白内障:白内障是糖尿病患者视力受损和失明的主要原因[51]。高血糖相关的渗透压升高和氧化损伤是糖尿病性白内障发生发展的主要原因[52]。
在一项由吴杰等人进行的细胞研究中,从黄曲石斛中提取了一种巨醇。抑制人晶状体上皮细胞(HLECs)中AR基因表达和醛糖还原酶[53]。另一项研究表明,金石斛巨巨醇可通过抑制AR和iNOS的基因表达和活性来预防半乳糖诱导的大鼠晶状体损伤。它还可以延缓晶状体浑浊,保持晶状体透明[54]。
综上所述,石斛通过减轻渗透压应激和氧化损伤来缓解糖尿病性白内障。石斛兰通过减少氧化损伤和渗透压应激引起的损伤来改善糖尿病性白内障(图13)。
图13。图示糖尿病性白内障石斛兰
石斛的安全性:在《神农本草》中,石斛被列为“一级”药材,是一种没有明显毒性的有效药材。由于重金属元素的摄入对人体有害,因此中药的安全性非常重要。袁英丹等人的一项研究表明,剂量为12g d-12010年版《中国药典》规定的石斛,按照美国食品药品监督管理局推荐的微量元素每日推荐摄入量[55]。Li-Chan Yang等对90只SD大鼠进行了90天的口服毒性和遗传安全性评价,临床体征和体重均未见异常变化。在整个研究期间,治疗组与对照组在生化参数、尿液分析和血液学方面均无显著差异[56-65]。因此,按药典规定的剂量服用时不会引起任何不良反应和微量元素中毒。
石斛是中医临床治疗糖尿病最常用的中药之一。表2和表3总结了其在动物实验和细胞实验中的降糖作用。在最近的研究中,从石斛中分离鉴定了50多种化合物。具有抗糖尿病活性的化合物类型包括多糖、菲类、二苯乙烯类、联苯类、多酚类、吲哚吡啶类生物碱。大多数具有抗糖尿病作用的化合物是多糖。石斛治疗糖尿病的信号机制可能参与调控AMPK-GLUT4-PPARα;cAMP-PKA和Akt/Fox01;cRaf-MEK1/2-ERK1/2;IRS1-PI3K-Akt-Fox01 /葛兰素史克3β;MAPK; NF-κB; PI3k/Akt which are illustrated in Figure 2.
表2。抗糖尿病作用的动物实验石斛兰以及它的成分
表3。抗糖尿病作用的细胞基础研究石斛兰以及它的成分
此外,石斛还具有降低糖异生、调节脂质、保护胰岛细胞、抗肥胖、抗氧化、抗炎症等作用。还可治疗糖尿病心血管、糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变、糖尿病白内障等各种糖尿病并发症。
在推荐剂量下,石斛是相当安全且耐受性良好的,在临床试验中没有副作用的报道。然而,由于石斛对糖尿病的临床试验研究不足,还需要进一步的研究,特别是精心设计的随机临床试验来研究石斛对糖尿病的治疗作用。
本研究将石斛体内外实验证据与中医理论相结合。结果表明,石斛可能为治疗糖尿病及其并发症提供新的治疗前景。潜在的具有抗糖尿病作用的化学结构也被证实,以供进一步研究。期望在未来的研究中进行设计良好的临床试验。
作者声明没有利益冲突。
这项研究没有从公共、商业或非营利部门的资助机构获得任何具体的资助。
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