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二甲双胍抗炎作用机制及其与疾病的关系

更新时间:2020-06-09 08:31点击:

    摘要二甲双胍作为2型糖尿病治疗的-线首选用药,其除降低血糖外,尚可通过降低促炎因子水平表达、升高抗炎因子水平,激活腺苷酸活化蛋白激酶途径,抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白合成通路,抑制氧化应激等机制发挥抗炎作用,可能对各种炎症反应性疾病有一-定治疗作用, 具有比较广泛的应用前景。
 
    关键词二甲双胍;炎症; 治疗
二甲双胍于 1957 年进入临床使用,大量循证医学证据[1]显示其有良好的降糖作用和安全性,且具有突出的效价比,目前二甲双胍已被许多权威糖尿病指南( 包括美国糖尿病学会、欧洲糖尿病学会、国际糖尿病联盟和中国糖尿病学会等) 推荐为 2 型糖尿病( type 2 diabetes mellitus,T2DM) 治疗的一线首选用药。近年来一些研究[2 -4]显示其在降低血糖的同时具有抗炎作用且对糖尿病慢性并发症及慢性炎症反应性疾病等也有一定益处。该文就其降糖之外的抗炎机制及其在炎症相关性疾病中的作用方面作简要综述。
 
  1 抗炎作用机制
 
  1. 1 降低促炎因子水平、升高抗炎因子水平 Iso-da et al[2]通过体外培养血管内皮细胞,发现二甲双胍可通过抑制蛋白激酶 B、细胞外信号调节激酶1/2信号通路,进而抑制核转录因子( nuclear factor,NF) -κB 活化,降低白细胞介素( interleukin,IL) -1β诱导的血管平滑肌细胞、内皮细胞及巨噬细胞促炎因子 IL-6、IL-8 的释放,进 而 发挥其 抗 炎 作 用。Hyun et al[3]指出二甲双胍不仅能降低巨噬细胞炎症因子肿瘤坏死因子( tumor necrosis factor,TNF) -α、IL-1β、IL-6 的分泌,还能升高抗炎因子 IL-10 的合成。范梅琳 等[4]观察二甲双胍对脂多糖诱导的人急性单核细胞白血病细胞系( human acute mono-cytic leukemia cell line,THP-1) 相关炎症因子分泌及凋亡影响的剂量效应关系的研究表明: 二甲双胍可剂量依赖性地降低血清 IL-1β、IL-6、IL-8 和 TNF-α的水平,并剂量依赖性地减少 THP-1 早期凋亡数目,提示其具有一定的直接抗炎作用,而并非完全依赖控制血糖、血脂、体重等的综合作用。
 
  1. 2 激 活 腺 苷 酸活 化蛋白 激 ( adenosine mono-phosphate-activated protein kinase,AMPK) 途径AMPK 是一种丝氨酸 / 苏氨酸蛋白酶,由 3 个亚基组成: 催化亚基( α) 和两个调节亚基( β 和 γ) ,AMPK 是巨噬细胞中一种强有力的炎症信号通路的反向调节剂,可直接促使巨噬细胞分化成抗炎功能的表现型,从而发挥抑制炎症反应的作用。Sag etal[5]认为二甲双胍是 AMPK 的激活剂,二甲双胍可通过直接和间接方式激活 AMPK: 二甲双胍激活完整活细胞 AMPK α 亚单位第172 位的苏氨酸残基促使 AMPK 磷酸化,从而直接激活 AMPK,但不能激活无细胞游离状态下的 AMPK,因此认为二甲双胍可能通过作用于 AMPK 上游的激酶激活胞内 AMPK,也有可能作为一种前体药物通过修饰作用促进AMPK 形成活性形式; 另外,二甲双胍可以通过阻断线粒体呼吸链复合体 I 的电子传递,减少 ATP 的合成,使胞内 AMP 的水平上升,AMP/ATP 比例上升,从而间接激活 AMPK.Hattori et al[6]认为二甲双胍可剂量依赖地激活 AMPK,进而抑制 NF-κB 抑制因子( inhibitory NF-κB,IκB) 激酶( inhibitory NF-κB ki-nase,IKK) 的活性,降低 IκB 的磷酸化和降解,降低促炎因子 IL-1β 和 TNF-α 以及依赖两者的 NF-κB的激活,抑制血管细胞黏附分子、E-选择素、细胞间黏附分子等引发的炎症反应和细胞聚集。李黛等[7]通过反转录聚合酶链反应技术,检测在二甲双胍及 AMPK 的阻断剂复合物 C 干预下,脂多糖诱导的人单核细胞相关炎症因子 IL-1β、TNF-α 基因水平的表达,结果显示二甲双胍在基因水平上有一定的抗炎作用,且其抗炎途径与激活 AMPK 有关。
 
  1. 3 抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白( the mamma-lian target of rapamycin,mTOR ) 合 成 通 路mTOR 是蛋白合成的关键调节器,并在细胞生长、增殖、分化和凋亡等多种生物功能中发挥作用。在单核细胞中,mTOR 可抑制 NF-κB 介导的前炎症细胞因子 IL-12 生成,增加信号传导及转录激活因子 3依赖性抗炎因子 IL-10 的产生,提示 mTOR 具有抗炎作用。二甲双胍激活 AMPK 后,不仅可以抑制肝脏糖异生、降低乙酰辅酶 A 羧化酶的活性、促进脂肪酸氧化,而且可以抑制内皮细胞增生、降低 mTOR活性以及 mRNA 和蛋白的合成。然而,Kalender etal[8]发现,在敲除了 AMPK 的细胞中,二甲双胍可通过抑制重排活化基因鸟苷三磷酸酶下调 mTOR,提示二甲双胍对 mTOR 蛋白合成通路的抑制作用可独立于 AMPK 之外。
 
  1. 4 抑制氧化应激 研究[9]表明氧化应激与慢性炎症反应有着密切的关系。活性氧簇可以通过 IKK上调 NF-κB 水平,促进炎症反应。崔珏 等[10]对由长期高脂喂饲引发的小鼠机体氧化应激的研究表明长期高脂喂饲小鼠与正常小鼠比较,IFN-γ、TNF-α和 IL-6 水平显着升高,IL-10 的含量显着降低,说明长期的氧化应激可诱发机体形成慢性低水平炎症。Alhaider et al[11]在转录水平证实二甲双胍可显着恢复氧化应激相关基因 mRNA 的表达,并抑制 TNF-α和 IL-6 等促炎基因的表达和分泌,对糖尿病大鼠肾脏发挥保护作用。
2 二甲双胍抗炎作用及其与疾病的关系
 
  2. 1 心血管保护作用 二甲双胍是目前唯一被2013 美国临床内分泌医师学会 ( AACE) 指南推荐有心血管获益证据的降糖药物[12].心血管疾病的病理基础是动脉粥样硬化( atherosclerosis,AS) ,炎症反应及炎症因子在 AS 的发生和发展中起着重要的作用。Isoda et al[1]在体外培养人血管平滑肌细胞、巨噬细胞和内皮细胞时发现,二甲双胍可通过抑制 NF-κB 表达,减少炎性反应因子释放,对抗血管炎性反应。Sena et al[13]报告二甲双胍可抑制巨噬细胞合成迁移抑制因子( 前炎性反应因子,通过参与巨噬细胞激活 AS 斑块的过程) ,减轻 AS 进程。
 
  炎症标志物高敏 C 反应蛋白( C reactive protein,CRP) 是心血管事件的独立危险因子,研究[14]显示二甲双胍可显着降低 T2DM、葡萄糖耐量受损及多囊卵巢综合征患者的血清 CRP 水平。Kim et al[15]发现二甲双胍可通过激活 AMPK,进而调节血管平滑肌细胞中 TNF-α 介导的炎症反应,且具有一定的剂量依赖效应。Yin et al[16]在糖尿病及非糖尿病大鼠心肌梗死动物模型中,观察到二甲双胍可降低心肌梗死缺血再灌注后的心肌损伤程度,其机制可能为二甲双胍激活 AMPK,磷酸化下游内皮型一氧化氮合酶通路,及激活过氧化物酶体增殖活化受体 γ辅助活化因子 lα 表达有关。
 
  2. 2 肾脏保护作用 研究[17 -18]表明二甲双胍具有一定的肾脏保护作用。糖尿病肾病时各种炎性反应因子和免疫细胞在肾脏大量浸润,其本质上也是一种炎性反应性疾病。杨小娟 等[17]发现二甲双胍可减轻代谢综合征伴肾脏损害患者尿白蛋白排泄率,从而保护肾脏。致炎因子单核细胞趋化因子-1、细胞间黏附分子-1、TNF-α、IL-6 等可通过介导单核巨噬细胞的粘附趋化等过程在糖尿病肾病早期病变过程中起重要作用,并与蛋白尿、肾小管间质损伤及病变进展有关。Louro et al[18]分别给予年轻 T2DM 大鼠胰岛素、二甲双胍和格列齐特治疗,发现二甲双胍在降低血糖的同时,明显降低了血 IL-1β、IL-6、TNF-α 和 转 化 生 长 因 子 ( transforming growth factor,TGF) -β1 水平,改善了肾功能,减轻了肾小球纤维化和肾脏炎症参数,同时肾脏足细胞融合和间质纤维化也有所改善,提示二甲双胍在肾脏局部存在抗炎和抗纤维化的效应。
 
  2. 3 抗肿瘤作用 慢性炎性反应可能与肿瘤的发生、发展密切相关。自 2005 年 Evans et al[19]首次发现二甲双胍能明显地降低 T2DM 患者肿瘤的发病率以来,流行病学研究[20]显示二甲双胍能降低 T2DM患者的胰腺癌、肝癌、结肠癌、乳腺癌、尿道癌、子宫内膜癌等肿瘤的发病率,但机制尚不明确。最近,Hirsch et al[21]发现,二甲双胍对肿瘤干细胞生长的抑制作用,可能与二甲双胍抑制了与细胞转化相关的炎性通路有关。研究[22]报告二甲双胍可激活AMPK 从而抑制 mTOR,导致 mTOR 下游的靶分子解磷酸化,进而下调细胞周期蛋白 D1,将肿瘤细胞阻滞于 G0期/G1期。二甲双胍能抑制肿瘤干细胞( cancer stem cells,CSCs) 的转化,CSCs 炎症基因表达升高与 NF-κB/IκB 复合体的解离有关[21].NF-κB 与 IκB 解离后进入细胞核,激活炎症相关基因,使 TNF-α、IL-α、IL-1β、IL-6、IL-10 等炎症基因表达增多[23],二甲双胍能抑制 NF-κB 的活性以及抑制NF-κB 下游分子 IκB 的磷酸化,从而抑制了 NF-κB /IκB 复合体的解离,CSCs 的转化受到抑制。
 
  2. 4 骨关节保护作用 研究[24]表明,二甲双胍可通过 AMPK 信号通路影响骨代谢,调节成骨细胞的细胞因子的产生以抑制破骨细胞的生成,刺激护骨素的表达分泌,并可抑制 NF-κB 的表达分泌,进而减少破骨细胞的分化,从而起到骨关节保护作用。Son et al[25]研究发现二甲双胍对胶原诱导的类风湿关节炎( rheumatoid arthritis,RA) 有抗炎作用,该抗炎作用与其抑制辅助性 T 细胞( helper T cells,Th) -17 细胞分化,促进调节性 T 细胞分化,同时抑制破骨细胞分化有关。TNF-α 是在 RA 的发病机制中居于中心地位的炎症因子,其可促使滑膜细胞、纤维母细胞、巨噬细胞等产生多种炎症因子,并通过 NF-κB、酪氨酸激酶/信号转导子和转录激活子等通路介导 RA 的炎症及关节破坏反应。郭强 等[26]分别给予Ⅱ型胶原诱导的 RA 大鼠模型高剂量二甲双胍、低剂量二甲双胍、甲氨蝶呤灌胃干预治疗,发现高剂量二甲双胍可显着保留关节结构并使其免受侵蚀,且能显着降低大鼠血清中炎症因子 TNF-α、IL-1β、IL-6 水平,升高抗炎因子 IL-10 水平,提示二甲双胍对于Ⅱ型胶原诱导的 RA 大鼠模型有显着的抗炎及关节保护的作用。
 
  2. 5 减重作用 肥胖是一种慢性低度炎症性疾病,并可导致胰岛素抵抗。肥胖患者体内有大量脂肪组织,脂肪细胞是脂肪组织发挥作用的主体,能够分泌瘦素、抵抗素、TNF-α、IL-6 等多种因子。脂肪组织中还包含多种免疫细胞,如脂肪细胞、前脂肪细胞、巨噬细胞及淋巴细胞等,巨噬细胞在脂肪组织中过度表达是肥胖的一个特征,巨噬细胞激活后,可分泌IL-6 和 TGF-α 等多种炎性因子。2005 年 Cochrane上发表了一篇关于二甲双胍对体重影响的综述和Meta 分析[27],结果表明,短期单药二甲双胍治疗能够有效调节肥胖 T2DM 患者糖脂代谢紊乱,同时存在一定的减重作用。研究[28]表明二甲双胍能降低肥胖和代谢综合征大鼠模型子代的炎症水平。Sou-za-Mello et al[29]予肥胖小鼠二甲双胍干预 6 周,小鼠体重降低,脂肪细胞肥大减轻,且脂肪细胞体积的减小与 TNF-α 水平降低呈正相关性。岳杉 等[30]对二甲双胍干预分化成熟的脂肪细胞,观察瘦素、TNF-α 表达与分泌量的变化,提出二甲双胍抗肥胖、改善脂代谢的作用可能与改善瘦素、TNF-α 抵抗状态有关。
 
  综上所述,二甲双胍通过一些机制发挥了降糖作用以外的抗炎效应,可能对各种炎症反应性疾病有一定治疗作用,具有广泛的应用前景,但尚需大样本的临床研究予以证实并探讨其机制。
 
  参考文献
 
  [1] 中国内分泌相关专家小组( 统称) . 二甲双胍临床应用专家共识[J]. 中国糖尿病杂志,2014,22( 8) : 673 -81.
 
  [2] Isoda K,Young J L,Zirlik A,et al. Metformin inhibits proinflam-matory responses and nuclear factor-kappaB in human vascular wallcells [J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol,2006,26( 3) : 611 -7.
 
  [3] Hyun B,Shin S,Lee A,et al. Metformin down-regulates TNF-αsecretion via suppression of scavenger receptors in macrophages[J]. Immune Netw,2013,13( 4) : 123 -32.
 
  [4] 范梅琳,刘云峰,章 毅,等。 二甲双胍对脂多糖诱导的 THP-1 细胞相关炎症因子及凋亡的影响[J]. 中华内分泌代谢杂志,2013,29( 9) : 801 - 5.

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