Nrf2—NF—κB通路轴及表观遗传学调控与中药
糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病，也是一种终身性疾病，发病率高、危害大。如何预防和糖尿病及其并发症已成为世界各国药学研究者面临的严峻挑战和艰巨任务。2型糖尿病致病機制尚不完全明确，氧化应激、Nfr2NFκB信号轴及相关表观遗传基因改变与2型糖尿病存在密切的联系，已成为探究其发病机制、作用机制和药物筛选的关键热点和有效途径之一。中国传统医药学消渴症（糖尿病）历史悠久而常有奇效。中药及天然药物以其毒副作用小、作用温和持久、具有综合作用、可延缓并发症等优点，受到医药学界越来越多的关注。在此背景下，从中药及天然植物中筛选、发现安全有效的新型抗糖尿病药物，以满足临床个性化方案及药物多样化的需求，已成为糖尿病药物研究的必然发展趋势。然而，究竟是具有哪些成分起到降血糖作用？其降血糖的机制又是什么？该文系统总结了现阶段各国研究者对调控Nrf2NFκB通路轴关键蛋白、mRNA及表观遗传基因与2型糖尿病的相关研究成果，及中药及天然药物（成分）2型糖尿病的作用机制等现状，希望能为从中药及天然药物中发现糖尿病创新药物提供一定的研究思路。
标签： Nrf2NFκB； 表观遗传学； 中药； 2型糖尿病
Nrf2NFκB pathway axes， epigenetic regulation
and traditional Chinese medicine （natural medicine）
to treat type 2 diabetes
ZHAI Chunmei， JIA Boyu， WANG Zhibin， HUAI Xue， MA Zhichao， TIAN Zhenkun， MENG Yonghai*
（Key Laboratory of Chinese Materia Medica （Ministry of Education）， Heilongjiang
University of Chinese Medicine， Harbin 150040， China）
[Abstract]Diabetes mellitus is a characterized by high blood sugar metabolic disease， is a lifelong disease with a high incidence of major hazards Prevention and treatment of diabetes and its complications has become a serious challenge and arduous task facing the world pharmaceutical researchers Oxidative stress， Nfr2NFκB signaling axis related epigenomic genes have the apparent close relationship with type 2 diabetes，those have b
ecome one of the key focus and effective way to explore its pathogenesis， mechanism and drug screening This paper systematically summarizes the current stage research regulating the key proteins， mRNA about Nrf2NFκB axis pathway and epigenomics for treatment of type 2 diabetes and the mechanism of traditional Chinese medicine and natural medicine （component） in the treatment of type 2 diabetes， hoping to provide some innovative research ideas for finding new drugs of the treatment of diabetes from traditional Chinese medicine and natural medicine
[Key words]Nrf2NFκB signaling axis； epigenetics； traditional Chinese medicine； type 2 diabetes
doi：10.4268/cjcmm20162304
糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病，也是一种终身性疾病。2015年国际糖尿病联合会（IDF）公布的新数据[1]显示，2015年糖尿病医疗保健支出总额为6 730亿美元；全球有415亿糖尿病成年患者，318亿人存在患糖尿病的风险，全球1/3的糖尿病患者来自中国，成年人中糖尿病前期（IGT）患病率为501%。其中2型糖尿病（type two diabetes mellitus，
T2DM）的发病率约占总发病率的90%以上，危害程度最大，可导致各种组织，特别是眼、肾、心脏、血管、神经的慢性损害、功能障碍[2]。因此，如何预防和T2DM及其并发症已成为世界各国药学研究者面临的严峻挑战和艰巨任务。
1调控Nrf2NFκB通路轴与表观遗传基因在糖尿病中的研究进展
T2DM致病机制尚不完全明确，主要由遗传因素和环境因素共同引起，其病理生理特征主要为胰岛素分泌缺陷和肝脏、肌肉及脂肪组织中的胰岛素抵抗，这些病理生理异常将导致葡萄糖代谢失衡，血糖升高[2]。目前，糖尿病情况下存在明显的氧化应激（oxidative stress， OS）反应增强已成为共识，合理解释了氧化应激与各类糖尿病血管并发症的内在联系，被认为是研究糖尿病及并发症的一个突破性进展[3]。反应性氧化物（reactive oxidative species，ROS）可直接损伤胰岛β细胞，抑制细胞功能，促进其凋亡[2]。氧化应激导致胰岛素分泌水平降低、空腹及餐后血糖增高，产生胰岛素抵抗。胰岛素抵抗会致葡萄糖和游离脂肪酸清除减慢，促进脂肪细胞大量分泌TNFα和IL6等细胞因子，又进一步加重胰岛素抵抗[2]。因此，有效抑制机体ROS的氧化应激被认为是T2DM及并发症的关键[3]。NFκB是一类参与一系列基因表达调控的关键性核转录因子，参与了体内的炎症、免疫、细胞凋亡等
疾病的发生发展过程。氧化应激可导致外周细胞内NFκB通路激活[4]。NFκB激活后能调控一系列基因的表达，其中包括炎症细胞因子如IL1β，IL6，TNFα；趋化因子如MCP1；炎性酶如COX2，iNOS等，而这些受NFκB调控的炎症因子会加速胰岛β细胞凋亡、使外周细胞产生胰岛素抵抗，在糖尿病的发病机制中发挥着重要作用[5]。2004年Michael Karin教授在Nature子刊《Nature Reviews Drug Discovery》中提出NFκB and the signalling pathways that regulate its activity have become a focal point for intense drug discovery and development efforts。因此，通过包括调控蛋白，mRNA，DNA在内的各个环节抑制NFκB活化，是预防和糖尿病重要的研究方向之一[6]。
Nrf2ARE通路为体内最大的抗氧化应激体系，核因子NFE2相关因子Nrf2是抗氧化反应元件（ARE）的激活因子，是机体细胞抗氧化普遍的调控子，是机体防御ROS的基础。当受到来源于ROS攻击后，Nrf2从Keap1中解离，与靶基因中的ARE序列结合，启动下游抗氧化蛋白的转录、激活机体细胞抗自身抗氧化应激的能力，抑制氧化应激发生，达到机体平衡[7]。有研究表明小分子激活剂如bardoxolone methyl等可直接激活Nrf2信号通路，启动细胞内抗氧化酶如CAT，SOD，GPx及GSH，HO1等非酶性的抗氧化分子，抑制氧化应激作用来减缓或阻止糖尿病的发生[8]，dihydroCDDOtrifluoroethyl amide （三萜类衍生物）能够修饰Keapl
第151位的半胱氨酸，稳定Nrf2蛋白，促进Nrf2的核转位，从而激活Nrf2的转录功能[9]。另外，Nrf2ARE通路的启动可有效抑制NFκB的活化，有研究表明Nrf2能通过抑制前炎症基因，抑制TNFα，iNOS和COX2等的表达。其中HO1可明显抑制TNFα活性，抑制NFκB通路启动子IKKβ的磷酸化，从而抑制炎症的发生[10]。NFκB也可以反作用抑制Nrf2的转录活性，抑制HO1的表达[10]。综上，调控Nrf2NFκB信号轴是一种预防和治療2型糖尿病的有效疗法。
随着2003年10月人类表观基因组计划的正式实施，表观遗传学研究已经成为生命科学研究领域的热点。表观遗传变异 （epigenetic variation） 是指在基因的DNA 序列没有发生改变的情况下， 基因功能发生了可遗传的变化， 并最终导致了表型的变化 [1112]。表观遗传基因的改变与T2DM的发生和发展存在密切的联系[1314]。Ling报道胰岛β细胞DNA 甲基化改变引起糖尿病相关基因PPARGC1A的表达异常[1516]。Chakrabarti等[17]研究表明组蛋白修饰参与胰岛素基因表达的调控。 Zhang等[18]研究发现抑制组蛋白去乙酰化酶的活性，影响到胰岛素信号通路的转导。Manish[19]研究表明组蛋白甲基化调节剂能抑制/减缓糖尿病视网膜病变。Norlin[20]报道MTPN蛋白可作为 NFκB的转录因子，miR375 可能作用于 MTPN后，其水平改变可能导致 NFκB活性改变。据统计2015年至少12种与糖尿病和肥胖有关的表观基因调节剂（epigenetic modifier），如组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）、DNA甲基转移酶
抑制剂（DNMTis） 已经进入市场或在临床试验阶段，与之直接相关的研究论文已达1 172篇[13，21]。显然，糖尿病与miRNA，DNA 甲基化及组蛋白乙酰化修饰等表观遗传基因异常相关，而Nrf2NFκB信号轴相关蛋白的表达也必然与之存在一定的联系。
reactive是什么药Tony Kong[14]研究表明氧化应激（ROS）、KeapNfr2NFκB信号轴及相关表观遗传基因与T2DM存在非常密切的联系，并系统总结了近20年来中药及天然药物成分对T2DM及癌症等疾病表观遗传基因作用的研究成果[22]，如槲皮素[23]为去甲基化的基因p16INK4a启动子；芹菜素[24]为去甲基化Nrf2激活剂，能抑制DNMTs和HDACs的表达；EGCG[25]为去甲基化WIF1激活剂，抑制HDAC1，MeCP2和DNMT1表达等；Genistein[26]可抑制DNA甲基化及DNMT活性，促进组蛋白修饰等。因此，考察药物对细胞Nrf2ARE和NFκB信号通路的蛋白、mRNA及表观遗传基因的调控研究，已成为探究其作用机制和药物筛选的关键热点和有效途径之一，也必将为创新防治策略和阐释糖尿病的发病机制带来新的思路和机遇（图1）。
22型糖尿病的临床主要药物及中药（天然药物）降血糖活性成分研究进展
随着人们对糖尿病病理病因的深入了解，现已针对T2DM不同的病理机制开发出多种降糖药物，并已在临床中使用，主要有胰岛素、化学合成药物和中草药（天然药物）三大类[27]。
除胰岛素外，目前临床常用的T2DM化学合成药物[2]主要有：①促进胰岛素分泌的药物；②胰岛素增敏药物；③影响糖吸收的药物主要有双胍类和α葡萄糖苷酶抑制剂等3种类型。这些临床常用经典的降糖药物应用广泛、作用明显，为糖尿病患者解除了病痛，然而这些化学药品及生物药品均存在较为明显不良反应。如磺脲类药物均能引起低血糖，还可引起胃肠道和血液系统的不良反应[23]；胰岛素增敏类药物通常会产生丙氨酸氨基转移酶，血红蛋白异常等严重的不良反应；双胍类和α葡萄糖苷酶抑制剂类药物已报道有氨基转移酶升高反应，甚至出现肝坏死[28]。近年来对中药及天然药物降糖成分的筛选及作用机制的研究进展迅速，目前发现具有降血糖作用的成分主要有多糖、皂苷、萜类、酚酸、生物碱、多肽和氨基酸等[29]。大量研究明确表明皂苷、酚酸及黄酮等天然成分主要是通过对Nrf2ARE和NFκB信号通路的调控，来激活体内抗氧化机制、抑制炎症的发生，从而起到糖尿病的作用[27，3036]，而这些天然成分是否通过调节表观基因的表达而产生影响，值得深入研究。如Solanum anguivi Lam 果实中总皂苷可明显降低四氧嘧啶诱导的糖尿病大鼠血糖水平，降低总胆固醇（TC）、总甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白（LDL）水平，显示出非常强的抑制脂质过氧化反应，可明显清除机体多余自由基，增强SOD，CAT等抗氧化酶活性[3738]。Celosia argentea叶中黄酮及皂苷类成分及荨麻（nettle）水提取物中酚类化合物均
显示出非常强的增强机体抗氧化酶、清除自由基等活性[39]。对刺五加、知母、楤木、天冬、黄芪、麦冬、人参、三七、远志、玉竹、茯苓等11种糖尿病传统中药进行了抗氧化活性和糖基化反应形成的抑制作用研究，结果显示这些中药抗糖尿病活性都与其皂苷类成分的抗氧化和抗糖基化有关，其中以刺五加和楤木尤为显著[40]。Hibiscus rosasinensis L花瓣中酚类成分可通过调节NFκB，P38MAPK，AKT，PI3K，Nrf2等蛋白mRNA的表达来起到抑制氧化应激[30]。糖尿病性神经病模型中芦丁可通过增加H2S和Nrf2水平降血糖、抑制神经炎症、激活机体抗氧化体系。三七总皂苷不仅可以降低糖尿病模型大鼠血糖、脂质，而且增加SOD，BMP7，SIRT1蛋白表达，抑制PAI1，MDA蛋白表达，抑制TGFβ1和MCP1转录，也可以逆转高糖引起的NFκB p65乙酰化[31]。中药刺五加中主要活性成分刺五加苷E可增加2型糖尿病小鼠模型胰岛素灵敏度，保护胰岛α和β细胞损伤，促进糖酵解和抑制葡萄糖异生[41]；紫丁香苷也可以通过增加葡萄糖的利用降低STZ糖尿病大鼠血糖值[42]。刺五加叶总皂苷在降血糖、血脂的同时能显著提高SOD活性，体现出良好的糖尿病活性[4348]等。

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