大黄中大精酸成分治疗糖尿病并发症的积极作用与获益（2）——如何控制肾病的低劣度炎症？

2023-02-24

信使RNA核酸药物

引入Introduction目前，中国糖尿病患病率高达11.6%，约1.3亿患者，其中，糖尿病肾病发病率30%以上，男性多见，治疗药物不尽人意。项目发明人丛晓东与中国药科大学团队历经30年研发，从大黄中发现的天然产物大精酸，用于糖尿病并发症。2005-2006年进行临床前研究，药学方面取得了积极进展；2007年与中国药科大学戴德哉教授合作对药理药效、作用机制进行了系统的研究，发现了其三个药理作用机制：①消除糖尿病记忆；②抗血管炎症；③修复血管内皮细胞损伤，证明其完全可以控制和治疗糖尿病多种并发症。自2006年起陆续申请了全程覆盖化合物、晶型、制备方法及用途等多个专利，具有品种的稀缺性和市场的独占性，同时也具有较高的经济与社会价值。目前获得重大突破，取得：（1）中国、欧、美、日、俄发明专利证书；（2）糖尿病并发症的新作用机制及药效获国际医药专家的认可，在国际著名核心期刊SCI公开10多篇研究报告；（3）项目列为国家重大新药创制科技重大专项立项，2017ZX09301066。关于糖尿病肾病的治疗，除控制血糖，控制血压外，控制糖肾低劣度炎症更重要，如何控制肾病的低劣度炎症？今天推荐我们前期的研究数据：一篇2011年在德国药理学杂志发表的一篇文章，“大精酸通过减少肾NADPH氧化酶，CX43和PERK靶点的表达—治疗糖尿病肾病”，见下。大精酸治疗糖尿病肾病的获益（通过减少肾的NADPH氧化酶，CX43和PERK的表达路径）摘要Abstract 糖尿病肾病是糖尿病微血管病变，会不断恶化、发展至出现终末性肾病（ESRD ）。糖尿病肾病的发病机制复杂及其新药开发理论颇具研究价值。糖尿病肾病是一种炎症反应，表现为肾脏内炎症因子及促炎因子的增多，例如肾脏中过氧化物酶增殖体激活受体α（PPARα）、NADPH氧化酶、内质网应激（ER stress）和内皮素受体A（ETA）的上调及缝隙连接蛋白43（Cx43）的下调。氨基胍是晚期糖化终产物的特异性阻断剂，大精酸是由大黄酸和L-精氨酸结合的一种新型化合物。大黄酸具有抗炎活性，经化学修饰后形成的化合物二乙酰大黄酸可用于治疗骨关节炎，并已在欧洲上市。大精酸由于具有两个活性基团——大黄酸和L-精氨酸，可能会有效地抑制炎症因子引起的糖尿病肾病病理改变。以链脲佐菌素对大鼠进行腹腔注射（65mg/kg）造模，结果显示早期糖尿病肾病的微量蛋白尿、血浆中肌酐和尿素升高，这些与肾脏中NADPH氧化酶 p22phox，p47phox和p67phox以及ETA的mRNA和蛋白质的表达上调、(PKR)-like 真核起始因子2α激酶（PERK）的上调以及Cx43下调有关。PERK上调表明糖尿病肾病出现内质网应激，并伴随着炎症因子及致炎因子的增加，这说明糖尿病肾病其实是一种慢性炎症。氨基胍或大精酸能显著缓解这些异常的生理指标。新化合物大精酸能够缓解和抑制糖尿病并发症（如糖尿病肾病等导致的微血管病变），具有一定的临床应用前景。1.前言糖尿病人的血管并发症是致残和死亡的重要原因，糖尿病10年后常引发慢性肾病，比如微血管并发症，糖尿病肾病。在发达国家，糖尿病成为引起终末性肾脏疾病（ESRD）的重要原因(B rown2008)。糖尿病（包括高血糖症）的病理过程是逐步发展的，其促进因子是可调控的。高血糖症引发细胞损伤，包括血管内皮，肾小球和肾小管，这些物质都促进糖尿病的最终发生，增加了糖基化的末期产物（AGEs）。体内的糖基化的末期产物（AGEs）可以通过测定HbA1c来反映，然而HbA1c和血糖的降低水平并不能阻止肾脏发展成为终末期肾脏疾病（ESRD）（Okada et al. 2 007）。严格控制血糖并不能减少心血管并发症的死亡率（Mannucci et al.2009）。并且6.9% HbA1c严格治疗组和8 .4 % Hb A1c 标准治疗组的致死率之间没有显著差别（Duckworth et al .2009）。由于活性氧簇（ROS）的增多导致氧化应激，氧化应激参与糖尿病的病理过程（Haidara et al. 2010），因此，抗氧化剂的应用可以在一定程度上减轻糖尿病。活性氧簇（ROS）有许多来源，其中，NADPH氧化酶可能是肾脏组织中最主要的来源。乙酰香草素（APO）是NADPH氧化酶特异性抑制剂，可以有效地改善糖尿病的病理病变（Asaba et al. 2005; Xu et al. 2009）。因此NADPH氧化酶可以作为治疗糖尿病药物干预的重要靶标。STZ注射大鼠导致内皮素系统激活（Liu et al. 2008;Xu et al. 2009），糖尿病病人血浆中ET-1增多（Zanatta et al. 2008）。血管收缩功能受许多因素调控，两种因素比较重要：NO和ET-1。内源性血管舒张物质NO由血管内皮释放，通过cGMP 可以使血管平滑肌舒张，而ET-1则是重要的血管收缩物质。高血糖症引起AGEs，从而产生ET-1，导致组织损伤。ET受体A（ETA）的激活可以降低血管中NO的生物活性，引起血管收缩活性增加，导致肾脏组织血流供应减少。ETA的阻断导致血管舒张反应增强，改善血管痉挛状态。除了对血管平滑肌的直接作用，ET可以导致ROS产生增加（Lund et al. 2005），其中ET的增加可以通过ETA和ETB激活NADPH氧化酶的活性（Peng et al. 2010）。因此，ETA的激活可以认为是一种促炎症因子。细胞内缝隙连接通路由一类连接蛋白调控，其中Cx43在肾小球和肾小管细胞中参与小分子的转运，这参与正常的肾功能。Cx43表达下调表明肾脏细胞中间隙连接通路受损，这影响肾小管和肾小球的功能，从而导致糖尿病的病理过程。由于炎症因子和促炎症因子参与慢性低劣度炎性病变，糖尿病的实质是炎症（Li et al. 2009）。非折叠蛋白响应（UPR）的增加与细胞核转运因子比如PERK的增加有关，PERK反映了ER 应激（Hotamisligil 20 10）。ET-1和ROS的增加，参与糖尿病肾病并发症的炎症反应。大精酸作为大黄酸的衍生物，其大黄酸部分具有抗炎活性。大黄酸对糖尿病的治疗作用有临床应用（Zheng et al. 2008; Gao et al.2010）。NO活性的降低损伤血管内皮，引起糖尿病并发症（Brown. 2008）。L-精氨酸作为NO的供体可以影响NO的外源性生物合成，L-精氨酸的补充可以提高糖尿病血管活性（Coronel et al. 2010）。大精酸是由大黄酸和L-精氨酸结合的新分子。给予大精酸治疗后，可以在体内发挥这两种功能基的作用。我们提出由糖尿病引发的慢性肾病的本质是炎症反应，这包括促炎症因子的升高，例如NADPH氧化酶，ETA和PPARα和生物活性分子PERK的升高。这会引起内质网应激（ER stress）和Cx43的减少，从而参与糖尿病的病理过程。抗炎药物大精酸和氨基胍可以改善肾脏组织中生物指标的改变。氨基胍特异性阻断AGEs 和 iNOS，对改善糖尿病症状具有很好的疗效（Sugim oto et a l. 200 7; Xu et al. 2009; Liu et al. 2008）。3种不同剂量的大精酸，可以改善炎症因子和促炎症因子的作用，从而改善糖尿病肾脏功能。2.材料与方法略。【请见原文】（链接地址）大精酸治疗糖尿病肾病的获益.pdf3.结果蛋白尿（Proteinuria），血清肌酐（Serum creatinine）及尿素（Urea nitrogen）大鼠链脲佐菌素注射给药8周后，血清葡萄糖含量（28.58±6.71mmol/L）相比正常值（7.98±2.41mmol/L）明显升高，P<0.01。同时，与正常组大鼠相比，链脲佐菌素注射组大鼠的24h尿微量蛋白、血清肌酐和尿素含量也随之增加（Fig.2）。大精酸治疗4周能够减轻这些变化，治疗作用与剂量具有相关性，100mg/kg剂量给药比氨基胍更有效地降低血清肌酐和尿素水平。这表明大精酸能够治疗糖尿病肾病所发生的血清肌酐和尿素异常，但并不能缓解血糖的增高。PPARα（过氧化物酶体增殖物激活受体α）在糖尿病肾脏中，PPARα的mRNA和蛋白表达与正常组相比显著下调，P<0.01（Fig.3）。PPARα的下调与肾功能异常有关，而氨基胍能够缓解这种病变，促使肾功能复原。3种剂量的大精酸都可显著改善PPARα的受限表达，使其趋于正常；大精酸的最大治疗效应要比氨基胍更好（P<0.01）。NAPDH氧化酶我们测定了NAPDH氧化酶的三个亚单位p22phox、p47phox和p67phox在肾组织的mRNA表达和蛋白含量，其中，与正常组大鼠相比，链脲佐菌素注射组的含量明显增高。口服给予大精酸100mg/kg，减轻NAPDH氧化酶异常表达，与氨基胍相比同样有效，而且大精酸的最大治疗作用要强于氨基胍（Fig.4）。内皮素系统我们检测了大鼠糖尿病肾组织中ppET-1，ECE和ETA的mRNA表达，发现ET系统的基因表达相对于正常组别明显上调，P<0.01（Fig.5a-c）。ETA的蛋白浓度也明显上升，与其mRNA变化一致。这些数据说明ET系统的激活是糖尿病肾脏中的致病因子之一。大精酸直接抑制了ppET-1，ECE的mRNA及ETA的mRNA和蛋白表达，使他们趋于正常。氨基胍治疗组也显著抑制了ET系统的激活；但是大精酸比其更为有效。Cx43（链接蛋白43）在糖尿病肾组织中，我们发现Cx43的mRNA和蛋白表达，相比于正常组显著下调（Fig.6）。对于维系正常肾功能来说，细胞间隙中的小分子交换必不可少；而链脲佐菌素诱导的肾功能异常，会损害这种肾组织细胞间的交换机制。与未施用链脲佐菌素的组相比，氨基胍显著缓解了这种异常变化。3种剂量的大精酸都改善了Cx43的表达，也促进了肾功能恢复。Fig. 4 Upregulation of mRNA and protein abundance of NADPH oxidase subunitsp22phox (a, b), p47phox (c, d),and p67phox (e, f) were found in the diabetic kidney. These changes were blunted by aminoguanidine (AMG;100 mg/kg, po) and argirein(AR; 50,100, and 200 mg/kg, po). x ± s, n=8. **P<0.01 vs. normal; ##P<0.01 vs. STZPERK（pkr样真核起始因子2α激酶）糖尿病肾脏中ET系统和NADPH氧化酶的变化显著，这说明糖尿病肾病可能具有炎症机制。PERK是一种能调节核内转录过程的生物活性分子，基于此，检测了PERK的表达。肾脏中PERK的基因和蛋白表达都显著上调（Fig.7），显示出UPR的增加，这导致了肾功能恶化及ETA、NADPH氧化酶的上调。肾组织中PERK的异常表达是内质网应激的信号，而氨基胍和大精酸可以显著减缓这种异常。200mg/kg灌胃剂量的大精酸可完全抑制PERK的上调，这比氨基胍更为有效。这说明在抑制糖尿病的内质网应激方面，大精酸至少与氨基胍有同等或超过的药效。Fig. 5 Upregulation of mRNA of the ppET-1 (a), ECE (b), ETA(c), and protein abundance of ETA (d) was found in the kidney in STZ-injected rats. These changes were suppressed by aminoguanidine (AMG;100 mg/kg, po) and argirein(AR) at three doses (50, 100,and 200 mg/kg, po). x±s. n=8,**P<0.01 vs. normal; ##P<0.01vs. STZ; $P<0.05 vs. AMGFig. 7 Upregulation of mRNA (a) and protein (b) of PERK in thekidney was found in STZ-injected rats and alleviated by aminoguanidine(AMG) and argirein (AR). x±s. n=8. **P<0.01 vs. normal; ##P<0.01 vs. STZ; $P<0.05 vs. AMG4.讨论大鼠注射STZ 8周后大鼠出现高血糖症，导致肾功能的显著改变，同时肾脏PPARα的mRNA和蛋白表达下降。PPARα的表达降低与NADPH氧化酶的上调有关。AMG和大精酸能通过调节NADPH氧化酶逆转PPARα的异常。PPARα是一种配体激活的核转录因子，能够调节周围脂肪代谢。在醋酸去氧皮甾酮盐性高血压中，PPARα的激动剂氯贝丁酯能够使肾小管细胞色素P450的表达上调，20-羟二十碳四烯酸产生增多（Zhou et al.2008）。PPARα的激活能抑制脂毒性，炎症，和ROS的产生，使细胞内信号通路保持正常，减少血管损伤，降低糖尿病微血管并发症的发生率(Hiukka et al. 2010)。尽管很多研究表明，由于其对脂相关或者不相关因素的都有作用，PPARα可能成为预防微血管病的新靶点，但是临床证据还很少。虽然研究表明PPARα的抗炎活性对心脏具有保护作用(Chen et al. 2010)，但是，非诺贝特激活的PPARα在肾脏的作用却具有争议：上调的PPARα是有益的，但是因为同型半胱氨酸导致肌酐浓度增加而对肾脏有害(Foucher et al. 2010)。PPARα的表达对氧化和炎症反应敏感，我们以往的研究发现，非PPARα激动剂如抗氧化和抗炎药物对其都有调控作用。如在糖尿病心脏中，维生素C能够使异常表达的PPARα趋于正常，同时下调NADPH氧化酶的异常增高(Lee et al. 2010)。小檗碱能够通过上调PPARα的表达，缓解糖尿病肾病(Liu et al. 2010; Noh et al. 2010)。抗氧化和抗炎药物上调PPARα却不会增加对肾功能有影响的同型半胱氨酸，因此比PPARα的直接激动剂更有利。糖尿病肾病处在进行性发展状态之中，通过监测HbA1c，血糖能够在很长时间内保持正常，但是肾功能却在不断下降，最终发展为ESRD。糖尿病肾病的病理过程机制尚不明确，我们认为这可能是肾小球组织和肾小管上皮细胞长期的炎症反应，因此与炎症反应相关的生物指标可能与肾脏的进行性损害有关。NADPH氧化酶是高血糖症导致肾功能异常最重要的原因之一，是糖尿病肾病（DN）中ROS的主要来源。吞噬细胞上的NADPH氧化酶所有组成部分，以及Nox-1和Nox-4在肾脏都有表达特别是肾血管，肾小球，足细胞，小管细胞和皮质中的成纤维细胞。血管紧张素II的刺激能够导致调节亚基p22phox表达上调 (Gill and Wilcox 2006)。在肾系膜细胞中，NADPH氧化酶的表达受ETA调控(Xu et al. 2009)。研究发现，NADPH氧化酶的特异性抑制剂夹竹桃麻素（Apocynin）能够缓解糖尿病肾病，肾脏中NADPH氧化的激活可能由PKCα的磷酸化介导(Thallas-Bonke et al. 2008)。NADPH氧化酶的过度表达是氧化变化（包括MMP-9，ETA和ETB）的基础，导致了糖尿病血管并发症中血管活性的异常(Xu et al. 2008a, b)。本实验中，糖尿病大鼠肾脏皮质中NADPH氧化酶的膜亚单位（p22phox）和胞浆中的调节亚单位（p47phox和p67phox）都表达上调，与之前的发现一致(Etoh et al. 2003; Xu et al. 2009)。本文中，我们还发现大精酸不能抑制高血糖症，但是却能缓解糖尿病肾病，这主要与显著降低NADPH氧化酶有关。NADPH氧化酶的表达上调提示了体内氧化应激状态，这会导致肾小球和远端小管的损伤，后者也是糖尿病肾病的主要损伤。NADPH氧化酶的过度激活，会出现肾小球和肾小管间质功能异常，而血管紧张素转化酶抑制剂或醛固酮对NADPH氧化酶都有抑制作用(Tojo et al. 2007; Strippoli et al. 2005; Ribeiro and Gavras 2006)。糖尿病肾病的实质是上一种炎症，大精酸能有效缓解DN可能是通过其抗炎活性对NADPH氧化酶直接抑制而产生的。糖尿病肾病病理过程中，除肾素—血管紧张素—醛固酮系统有关外，ET-1也是NADPH氧化酶的激活因素，ET-1介导了长期的微量蛋白尿，而在与糖尿病肾病和高血压肾病中，长期微蛋白尿与肾小球和肾小管的纤维化有关(Neuhofer and Pittrow 2006)。在糖尿病肾病和高脂血症诱导的肾功能不全中，ET受体双重阻断剂CPU0213能抑制NADPH氧化酶的激活并缓解微量蛋白尿症状(Xu et al. 2009) (Luo et al. 2009)。内皮素受体拮抗剂CPU0213的抗氧化作用可能是因为其对NADPH氧化酶的抑制。在异丙肾上腺素诱导的心肌纤维化病变中，ETA和ETB介导了NADPH氧化酶的激活，并与MMP-2，MMP-9的上调以及Cx43的下调有关(Peng et al. 2010)。在糖尿病血管病变和视网膜病变中，NADPH氧化酶，MMP-9和ETA的上调造成的损害可能是一种炎症反应(Kern. 2007)。过氧化亚硝基是一种自由基，能促使eNOS的解偶联，降低NO生物利用度，进而对血管内皮造成损伤。NO的产生减少是STZ注射引起的大鼠糖尿病肾病中的肾脏损害的重要因素(Keynan et al. 2000)。补充L-精氨酸增加可利用的NO，使血管功能恢复正常(Coronel et al. 2010)。给予大精酸治疗后糖尿病大鼠的肾功能得到改善，可能与其增加了NO的生物利用度有关(Liu et al. 2008; Xu et al. 2009)。缝隙连接蛋白（Cx）在细胞间缝隙连接通讯中至关重要，对血管的功能的发挥也很必要。异常的缝隙连接蛋白参与了DN中肾功能的损害。Cx40在脉管系统中缝隙连接形成的中发挥主要作用，它也参与了肾血流量的自我调节(Just et al. 2009)。嘌呤霉素氨基核苷诱导的实验性足细胞损伤肾病模型中，肾小球缝隙连接蛋白Cx43表达降低 (Herrmann et al. 2010)。肾小球缝隙间正常沟通对正常肾功能是必要的，还依赖于正常的细胞外基质。细胞外基质MMP-2和MMP-9的异常表达会导致通过缝隙间传导信号减弱，损伤血管功能 (Xu et al. 2008a)，正常的MMPs，ETA和NADPH氧化酶表达对于糖尿病肾病中损伤的肾功能的恢复是必要的(Xu et al. 2009; Liu et al. 2008)。有研究表明，肾功能损伤是由于缝隙连接蛋白异常影响了肾小球近端组织钙信号，肾小管嘌呤信号，肾小球反馈以及水盐的重吸收而造成的(Hanner et al. 2010)。Cx43的通信损伤与ETA(Tang et al. 2008)，NADPH氧化酶(Zheng et al. 2010)，MMPs(Li et al. 2008)的异常联系密切。过量的ET-1的合成与释放会导致肾小球毛细管静水压升高，系膜基质沉积，炎症因子增多，足细胞损害(Ortmann et al. 2004)，最终导致肾小球硬化症和肾小管间质纤维化的发生，同时肾功能退化。内皮素系统的上调是高血糖症导致炎症反应的重要部分，使用内皮素受体拮抗剂(Neuhofer and Pittrow 2006;Xu et al. 2009)或使用中药汤剂(Liu et al. 2008)均可抑制上调。大精酸能改善肾功能，可能也与其通过发挥抗炎活性，抑制ETA的上调有关。维持或增强内质网功能对预防慢性代谢改变引起的损害是必要的。尽管内质网应激和高血糖症对分子伴侣的作用机制尚不明确，一些发现还是能表明恢复内质网的正常功能能够减缓多种代谢性疾病的发展进程。肾功能的改变与氧化应激中的生物指标的改变主要受增强的细胞核转录介导，分子伴侣PERK的增多就是核转录的三个主要通路之一(Hotamisligil 2010)。内质网应激会导致非折叠蛋白响应（UPR）的激活，贯穿于胰岛素抵抗和2型糖尿病中多种不同炎症和应激信号通路。内质网应激导致了肾脏病理与功能的改变，大精酸和AMG减少上调的PERK转录和蛋白表达缓解糖尿病肾脏功能和生物指标的异常的新途径。代谢疾病引起的氧化应激的增强与伴随着的内质网应激相关，使用抗氧化剂维生素E和维生素C能减少内皮细胞中高糖造成的氧化应激，但是对内质网应激无作用，说明内质网应激对抗氧化的响应与经典的抗氧化药物不同(Sheikh-Ali et al. 2010)。上调的PERK调控内质网应激的启动是一系列炎症反应的结果，包括NADPH氧化酶的上调，PPARα的下调，ET系统的上调和细胞间缝隙连接信号减弱，抗炎药物大精酸能显著的抑制这些炎症反应。5.结论综上所述，NADPH氧化酶的激活，ET通路的上调，PPARα的下调以及的PERK上调都是炎症或者促炎症因子，他们促使了肾脏功能损害。这些异常变化实质上是糖尿病肾病中炎症反应的结果，并不取决于血糖的高低，这些炎症反应能被大精酸所抑制。通过抗炎能够减缓糖尿病肾病的病理进程，对减少糖尿病肾病（DN）病人ESRD的发生意义重大。6.致谢与参考文献本工作得到了国家自然科学基金项目81070145的资助。非常感谢纽约州立大学的David Triggle教授为编辑正文的英语写作风格提供的帮助。参考文献：略【见原文】附：作者简介Introduction丛晓东中国药科大学77级药学专业1982年-2002年，任中国药科大学/中药学院助教、讲师、副教授。1999年—2005年，山东绿叶制药集团/南京新药研究中心R&D 总监；期间，2000年—2003年兼烟台大学化学生物理工学院教授。2005年-2007年8月江苏联创医药技术有限公司总经理；2005年—2007年兼南京师范大学生命科学院教授；2007年—2022年浙江中医药大学/中药炮制技术研究中心副主任；2016年3月至今南京中敬医药科技研究所所长；南京瑞因大健健康科技有限公司董事长。1982-2000年：中国药科大学（1）获国家中医局1991年度中医科技进步一等奖；（2）同上项目，1992年度国家科技进步一等奖。2000-2007年：（1）获新药证书2个（独家产品）；（2）二类中药临床批件（多个化合物专利证书+有效部位专利证书）；（3）主持国家863计划人工皮肤中试与产业化项目,获生产批件；（4）获国家发明专利证书6项。2008-2022年：（1）承担国家重大专项、国家发改委、卫生部、中国药典、浙江省自然科学基金等科研项目多项；（2）发表论文约100篇，其中，中文80多篇；国际SCI论文27篇；（3）成果：获中华人民共和国教育部-科学技术进步奖二等奖。获中国发明专利证书10项，国际化合物专利证书（欧盟、美国、日本、俄罗斯）4项。联系方式：13372006183信息来源：丛晓东往期推荐本平台不对转载文章的观点负责，文章所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示暗示的保证。------------THE END------------点击查看：投稿获丰厚稿费关注药研一路同行药研论坛：始终以为药品研发一线人员提供高质量、高性价比培训为第一宗旨。自成立以来，累计举办近60期药品研发、注册领域研讨班。据统计，中国医药工业百强企业和研发百强企业均超过90%参加过药研收费类培训。截至2022年底，包括上海强生、辉瑞、阿斯利康、山德士、日本大冢、大鹏、卫材、小林制药、扬子江、恒瑞、正大天晴、东阳光、科伦、中科院等在内的2600余家企事业单位参加过药研线下收费培训，得到业界普遍认可与好评！药研学院：已同众多企业合作近百期直播课，全网观看突破100万+，药研直播课聚焦药品研发相关主题，平均观看人数行业领先。药研自媒体矩阵20万+：目前药研公众号研发领域关注用户约10万人！双直播平台10万人，微信社5万人，其中制药企业和研发机构关注量4000+。商务合作：15911172616