第二章、 文獻回顧
第五節 抗糖尿病物質與酚類化合物
一、常見之抗糖尿病藥物
根據美國食品藥物管理局 ( FDA ) 之分類，將核准用於治療第二型糖尿病用 藥分為六大類，包括 Insulin、sulfonylureas、meglitinides、biguanides、α-glucosidase inhibitor、thiazolidinediones，分述如下：
(一) 胰島素 ( Insulin )
胰島素於臨床使用已超過八十年，仍是目前降低血糖最有效的藥物。生物合 成的人體胰島素與內源性的人體胰島素，在作用及化學結構上均相同；雖有罕見 過敏案例，但人體胰島素幾乎沒有使用上的禁忌。胰島素根據作用的高峰與持續 時間來分類，主要可分為以下幾類，速效性胰島素 lispro、aspart 和 glulisine，
短效性 regular，中效性 NPH 和 Lente，長效性 Ultralente 和 Ultratard；此外，
還有另一種沒有作用高峰的長效性胰島素 glargine 與 detemir。
(二) 磺醯尿素類 ( Sulfonyurea，SU )
目前臨床上常見的口服降血糖藥物多屬此類藥物，其降血糖機轉主要為此類 藥物與胰臟 β 細胞受體具有高度親和力，可提高 β 細胞對葡萄糖的敏感度，進 而促進胰臟 β 細胞分泌胰島素 ( Yoshinaga et al.，1968 ) ，因此此類藥物又稱為 促胰島素分泌劑 ( insulin secreting agents ) 。此類藥物包括，glyburide、gliclazide、
glipizide、glimepiride 等，而此類藥物常見之副作用有血糖過低、體重增加等。
而有中度至重度肝功能異常、孕婦及哺乳婦不宜使用此類藥物 ( 沈與顏，
2008 ) 。
(三) 非磺醯尿素類 ( Meglitinides )
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此類藥物作用機制與磺醯尿素類藥物相同，皆是刺激胰臟 β 細胞上相同的 K+-ATP channel 關閉而促使胰島素分泌 ( Keilson et al.， 2000 ) 。此類藥物包 括：repaglinide、nateglinide、glimepiride 等，而此類藥物之副作用大致也與磺 醯尿素類藥物相同 ( 沈與顏，2008 ) 。
(四) 雙胍類 ( Biguanide，BG )
BG 為 guanidine 之衍生物 ( 兩個 guanidine 分子去掉 NH2 而連接在一 起 ) ，目前已上市的藥物有 Phenformin、Buformin 與 Metformin。Phenformin 因 引起乳酸中毒而致死之機率較高，故許多國家包括台灣已經禁止使用此藥物。目 前使用 BG 類藥物之國家，均以 Metformin 為主 ( 其引起乳酸中毒之機率較 Phenformin 低 10 倍 ) 。此類藥物作用機制至今仍尚未完全了解，但已有研究 指出其與降低腸胃道吸收葡萄糖、活化醣解作用、抑制醣質新生作用、減少葡萄 糖從肝臟降解 ( Johnson et al.，1993；Alastair，1996 ) 及提高胰島素受體的結合 力等作用有關，但並不會直接刺激胰臟分泌胰島素。此藥物有不易造成低血糖，
不會造成體重增加等優點，故常被使用在臨床上；而其副作用為噁心、腹瀉等 ( 沈 與顏，2008 ) 。
(五) α-醣苷酶抑制劑 ( α-glucosidase inhibitor )
此類藥物常用的有 Acarbose、Miglitol、Miglitol 等。因此類藥物之結構與 醣類相似，所以會彼此競爭胰臟 α-amylase 及腸道內之 α-glucosidase 等醣類消 化酵素，因而抑制食物中醣類在腸道中之分解及吸收 ( Perez et al.，2009 ) 。 α-glucosidase 對醣類的消化作用減低，因而延緩葡萄糖從腸道吸收，有效地降低 飯後血糖與胰島素濃度 ( Goda et al.，1982 ) 。此類藥物可使餐後血糖上升速率 較為帄緩，所以也是一種控制血糖濃度的輔助藥物。此類藥物的優點為不會造成 血糖過低、不會導致體重上升，適合用於餐後高血糖之病患；而其副作用少，僅
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有腹瀉、腹脹等腸胃症狀 ( 沈與顏，2008 ) 。 (六) 胰島素抗性致敏劑 ( Thiazolidinediones )
Thiazolidinediones 為 新 型 的 降 血 糖 藥 物 ， 簡 稱 TZDs 。 Troglitazone 、 Rosiglitazone 及 Pioglitazone 皆為此類藥物，其中 Troglitazone 被證實具肝毒性 故已被停用 ( Rangwala and Lazar，2004 )。
此類藥物主要的作用機制為促進細胞核內 peroxisome proliferator-activated receptor-gamma ( PPAR-γ ) 接受器之活性，進而活化 PPAR-γ 所調控之訊息傳遞 路徑 ( McEvoy，2000；Rangwala and Lazar，2004 ) ，加強了胰島素之作用，使 細胞內葡萄糖轉運蛋白 GLUT2 和 GLUT4 表現增加，將葡萄糖轉運至細胞內進 行代謝，因而降低細胞外血糖，達到降低血糖之效果。此類藥物為提高細胞對胰 島素之敏感性及增加葡萄糖之利用來改善胰島素阻抗之情況，而非刺激胰臟細胞 分泌胰島素。此外，此類藥物也會促使脂肪酸運輸蛋白及結合蛋白增加，使脂肪 酸進入細胞，雖因此要改善胰島素的阻抗性，卻也因此使皮下脂肪和體重略微上 升，與病患需減重的目標相互矛盾。且部分服用者還有水腫之情況 ( Panunti et al.，
2004 ) 。TZDs 類藥物副作用其中以肝毒性最受關注，嚴重肝功能異常者禁止使 用；且服用此類藥物之病患，最好可以定期檢查肝功能，肝功能一旦異常便應停 用。
三、酚類化合物與糖尿病
酚類化合物 ( phenolic compounds ) 廣泛存在於植物性食品中，且被指出具有 抗氧化及改善及預防慢性病之功能，此外也有研究指出其可調解醣類之代謝 ( Scalbert et al.，2005 ) 。酚酸 ( phenolic acid ) 屬於酚類化合物的一種，主要可 區分為兩大類，一類為苯甲酸 ( benzoic acid ) 衍生物 hyroxybenzoic acid，例如：
沒 食 子 酸 ( gallic acid ) ， 另 一 類 為 肉 桂 酸 ( cinnamic acid ) 衍 生 物
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hyroxycinnamic acid ，例如：咖啡酸 ( caffeic acid ) 、肉桂酸 ( cinnamic acid ) 、 阿魏酸 ( ferulic acid ) 、異阿魏酸 ( isoferulic acid ) ， ( 如圖 2-8 所示 ) 。
(A) Hydroxycinnamic acid
( Adisakwattana et al.，2008 )
(B) Hydroxybenzoic acid
( Manach et al.，2004 )
圖 2-8、Hydroxycinnamic acid 與 Hydroxybenzoic acid 之化學結構
Figure 2-8. Chemical structure of Hydroxycinnamic acid and Hydroxybenzoic acid.
R1 R2 R3 Chemical name H H H Cinnamic acid OH OH H Caffeic acid OH OCH3 H Ferulic acid OCH3 OH H Isoferulic acid
R1 R2 R3 Chemical name OH OH OH Gallic acid
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酚酸之生理活性除了具抗氧化 ( anit-oxidation ) 及抗癌 ( anti-cancer ) 之外，
近期也有許多研究指出多種酚酸具有降血糖、抗糖尿病之活性：
(一) 肉桂酸 ( cinnamic acid )
Adisakwattan 等人 ( 2005 ) 利用以 streptozotocin 誘導糖尿病鼠評估肉 桂 酸 衍 生 物 ： p-methoxycinnamic acid 抗 糖 尿 病 之 效 果 ， 結 果 顯 示 p-methoxycinnamic acid 可改善糖尿病鼠葡萄糖耐受性、增加糖解作用酵素，
包括：Hexokinase、Glucokinase 與 Phosphofructokinase 之活性、降低糖質 新生作用酵素，如：Glucose-6-phosphatase 之活性，增加血液中葡萄糖利用 產生能量或進入肝臟中合成肝醣儲存。
(二) 阿魏酸 ( ferulic acid )
阿魏酸為植物代謝產物，存在穀物與穀物產品中 ( Ohnishi et al.，2004 ) 。 Ohnishi 等人 ( 2004 ) 分別以胰島素依賴型模式 ( insulin-dependent diabetes mellitus ) 的 streptozotocin ( STZ ) 誘導糖尿病小鼠及非胰島素依賴型模式 ( non-insulin dependent diabetes mellitus ) 的 KK-Ay 小鼠評估阿魏酸抗糖尿 病之效果，發現其對於兩種糖尿病模式之小鼠皆明顯降低血液中葡萄糖濃度，
並且具抗脂質過氧化之效果。
(三) 異阿魏酸 ( isoferulic acid )
Liu 等人 ( 2000 ) 發現異阿魏酸以靜脈注射方式，探討其對 STZ 誘導 之糖尿病大鼠抗糖尿病之情況，發現其可降低血液中葡萄糖濃度，此外，亦 可促進大鼠比目魚肌 ( soleus muscle ) 之葡萄糖攝入及肝醣合成，增進身體 對葡萄糖之利用；且發現於比目魚肌中葡萄糖轉運蛋白 ( GLUT-4 ) mRNA 表現量增加、糖質新生酵素 phosphoenolpyruvate carboxykinase ( PEPCK ) mRNA 表現量下降；因此異阿魏酸可以增加 STZ 誘導之糖尿病大鼠週邊組
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織葡萄糖的利用而降低血糖濃度，且會抑制糖質新生作用降低葡萄糖之產生，
改善葡萄糖轉運蛋白之表現量，增加葡萄糖之攝入，而具有抗高血糖之效果 ( Liu et al.，2000 ) 。
(四) 咖啡酸 ( caffeic acid )
Okutan 等人發現咖啡酸對於 STZ 誘導之糖尿病大鼠具有抗糖尿病之 效用 ( Okutan et al.，2005 ) 。在 C57BL/KsL-db/db 小鼠之第二型糖尿病模 式中，發現咖啡酸可以顯著增加 db/db 小鼠肝臟中 glucokinase 活性及 mRNA 表現量，改善血液中葡萄糖之利用以產生能量或進入肝臟中合成肝醣 形式儲存 ( Hummel et al.，1966 ) 。
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第六節 粉紅種蓮霧帅果分離物─ vescalagin 與 gallic acid
一、粉紅種蓮霧帅果分離物─ vescalagin 與 gallic acid
本實驗室先前已利用細胞模式對桃金孃科植物包括：番石榴 ( Psidium guajava Linn. ) 、蓮霧 ﹝ ( Syzygium samarangense ( Blume ) Merr. and L.M.
Perry ) ﹞ 、蒲桃 ﹝ ( Syzygium jambo ( L. ) Alston ) ﹞ 、肯氏蒲桃 ( Syzygium cumini Linn. ) 等進行測詴，發現均具有提升胰島素阻抗肝臟細胞株葡萄糖攝入
之效果。其中又以蓮霧屬的粉紅種蓮霧帅果水萃物效果最佳，經進一步證實該水 萃物之區分物─ vescalagin 與 gallic acid 具有極佳的促進葡萄糖攝入能力，推測 可能具有減緩生體內 ( in vivo ) 胰島素阻抗與降血糖之活性。 ( 張，2010 )
二、Vescalagin
Vescalagin 為一種鞣質 ( ellagitannins ) ，水解單寧類化合物的一種，其結構 如圖 2-9 所示，化學結構式為 C41H26O26 ，分子量 934.63 g/ mol。許多研究指 出鞣質具有抗腫瘤( Ito et al.，2007；Miyamoto et al.，1993；Yang et al.， 1999 ) 與 抗病毒之生理活性 ( Martino et al.，2004；Nakashima et al.，1992；Nonaka et al.，
1990 ) 。當酒精被靜置於橡木桶中， vescalagin 會藉由化學作用由橡木桶中被萃 取出，又以釀製白葡萄酒的橡木桶中，其 vescalagin 含量較為豐富 ( Puech et al，
1999 ) 。目前尚未有關於 vescalagin 抗糖尿病相關研究，因此相當值得進一步的 探討。
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三、沒食子酸 ( Gallic acid )
沒食子酸 ( 3,4,5-tridroxybenzoic acid ) ( 圖 2-10 ) ，是一種內生性的植物酚，
廣泛存在於茶、葡萄、莓果類等水果中，在酒中亦有存在。 ( Ma et al.，2003；
Singh et al.，2004 ) 。已有研究指出，沒食子酸具有抗發炎 ( anti-inflammatory ) ( Kroes et al.，1992 ) 、抗腫瘤 ( anti-cancer ) ( Inoue et al.，1995 ) 與抗氧化 ( anti-oxidant ) ( Kim et al.， 2002 ) 之效果。
近期有研究顯示對於 STZ 誘導之第二型糖尿病大鼠，沒食子酸可以增加其 胰島素濃度、改善脂質過氧化 ( TBARS ) 、增進抗氧化酵素包括 SOD、Catalase、
Glutathione reductase、Glutathione peroxidase ) 、增加肝臟肝醣儲存量及增進 HMG-CoA reductase ( 膽固醇合成之關鍵酶 ) 之活性 ( Punithavathi et al.，2010 ) 。 Punithavathi 等人 2010 年又提出，利用 STZ 誘導第二型糖尿病大鼠之動物模式，
發現沒食子酸可有效增加胰島素之分泌、改善糖化血色素 ( HbA1C ) 之產生、降 低脂質過氧化物 ( MDA ) 產生，且藉由增加糖解作用酵素 ( Hexokinase ) 之活性、
降低糖質新生作用酵素 ( Glucose-6-phosphatase、Fructose-1,6-bisphosphatase ) 活
性，增進細胞葡萄糖之利用並且抑制肝臟之糖質新生作用而減少葡萄糖之產生。
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圖 2-9、Vescalagin 結構圖。 圖 2-10、Gallic acid 結構圖。
Figure 2-9.Structure of Vescalagin. Figure 2-10. Structure of Gallic acid.
( Vilhelmova et al.，2011 ) ( Punithavathi et al.，2010 )
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第三章、研究動機與實驗架構
第一節 研究動機與目的
胰島素阻抗為第二型糖尿病病患之主要發病原因，患者血糖中葡萄糖無法有 效被利用，身體長期處於高血糖狀態，導致體內氧化壓力增加，使身體產生慢性 發炎反應。桃金孃科植物廣泛分布於全台，粉紅種蓮霧為台灣常見之水果。本實 驗室先前已證實粉紅種蓮霧帅果水萃物中之 vescalagin 與 gallic acid 兩種酚類 化合物，可以減輕以腫瘤壞死因子 ( TNF-α ) 處理之小鼠肝臟細胞 ( FL83B ) 胰 島素阻抗及改善醣類代謝。
本研究將探討由粉紅種蓮霧帅果水萃物分離物之 vescalagin 與 gallic acid 兩種酚類化合物，對高果糖誘導之第 2 型糖尿病鼠之醣類代謝、胰島素訊息傳遞 路徑、發炎反應與氧化壓力等四大部分進行探討。實驗架構圖如下：
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Insulin signal transduction：
-western blotting Insulin receptor
Insulin receptor substrate-1 Phosphatidylinositol 3-kinase Akt/Protein kinase B
Phosphofructokinase Aldolase
Fructose-1,6-bisphosphatase
Glucose-6-phosphate dehydrogenase
Anti-inflammation mechanism：
-western blotting Nuclear factor-κB Cyclooxygenase-2
Monocyte chemoattractant protein-1 Intercellular adhesion molecule-1
Anti-oxidation：
-enzyme activity assay SOD
Catalase
Glutathione peroxidase -Lipid peroxide assay TBARS
Wistar Rat
Treated with vescalagin or gallic acid High fructose diet induced Type 2 diabetic Rat
Liver tissue
圖 3-1、實驗架構。
Figure 3-1. Experimental framework
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第四章、 材料與方法
第一節 粉紅種蓮霧帅果分離物─ Vescalagin 與 Gallic acid 之製備
一、樣品來源
蓮霧 ﹝ ( Syzygium samarangense ( Blume ) Merr. And L.M. Perry ) ﹞ 粉紅種蓮霧帅果果實 ( 取自花謝後 15 至 20 天之帅果 ) ，係 2010 年 7 月 收集自新北市雙溪鄉。
(一) Vescalagin
本實驗室自行由粉紅種蓮霧帅果分離純化而得 ( 張，2010 ) 。 (二) Gallic acid
購自 sigma 公司之詴藥級藥品。
(三)Pioglitazone
市售抗糖尿病用藥，購自古亭藥局。
二、樣品製備
分別秤取 Pioglitazone、Vescalagin 與 Gallic acid 溶於去離子水中，配 置成 10 mg/ml 與 30mg/ml 之濃度，每日新鮮配置。
三、實驗儀器
純水製造機 Milli-Q ultrapure water system ( Millipore, Bedford, MA, USA )
天帄 Balance ( HR-200, A&D, USA )
震盪混合器 Vortex mixer ( G-560, Scientific industries, Inc., Bohemia, NY,