壳寡糖胍的固相合成及其与葡萄糖转运蛋白的作用关系研究

Glucose transporters (GLUTS) are crucial to the mediation of glucose transport process. Abnormal expression of GLUTS might contribute to limitations of nutrition supplying, causing a decline in the function of islet beta cells, and thus give rise to diabetes. By reference to the molecular structure of metformin (an oral hypoglycemic drug), this project is based on designing and preparing chitooligosaccharide guanidines (COSG), which can exhibit both hypoglycemic effects as metformin and molecular recognition abilities to GLUTS as chitooligosaccharides (COS). Moreover, the gastrointestinal irritation caused by biguanides could also be reduced by COS. Firstly, COSG of high yield and high purity are prepared by microwave assisted solid-state synthesis and membrane filtration, where high reactive guanidinylation reagents are used. Secondly, through the experimental treatment on rats of type 2 diabetes mellitus (T2DM), the recovery effect of COS and COSG on islet beta cells is investigated. Further research on the interactions between COSG and GLUTS is made to analyze the influence of COSG on the activities, gene expression and glucose transport capacity of GLUTS in cells of different tissues or organs. Besides, the effects of COSG on the key proteins responsible for sugar absorption (GLUT2, GLUT5) and insulin (GLUT4) are also compared and discussed. Finally, a safer and more targeted and efficient COSG will be designed with the deepening research into the therapeutic mechanism by affecting GLUTS.

葡萄糖转运蛋白（GLUTS）对于介导葡萄糖的细胞内外转运至关重要，GLUTS表达受损就可能造成胰岛β细胞营养供给缺失，引起胰岛β细胞功能下降，进而引发糖尿病。本项目参照经典口服降糖药二甲双胍的分子结构，采用高反应活性的胍基化试剂，通过微波固相合成，制备高产率、高纯度壳寡糖胍（COSG）。期望产物不仅因胍基拥有明显的降糖效果，而且因壳寡糖具有对GLUTS的分子识别作用，和缓解双胍药物胃肠刺激的作用。在此基础上，通过COSG对糖尿病大鼠的治疗实验，明晰其对胰岛β细胞功能的修复作用，深入研究COSG与GLUTS的作用关系，分析其对不同组织、器官细胞中GLUTS活性和基因表达的影响，比较COSG对糖吸收关键蛋白（GLUT2、GLUT5）和胰岛素关键蛋白（GLUT4）的作用效果。探索其以GLUTS为靶向治疗糖尿病的机理，设计更高效和安全的壳寡糖胍及其制备方法。

为了将经典降糖药物甲福明的二甲双胍结构引入到壳寡糖上，通过微波固相合成制备出了多种壳寡糖胍基衍生物（COSG），研究其对2型糖尿病的治疗效果，测定其对不同组织器官中葡萄糖转运蛋白和相关信号通路的作用，及其下游信号因子的表达水平的影响。对比甲福明和壳寡糖，从分子和基因水平研究COSG治疗2型糖尿病的机理和优势。.通过胰岛素抵抗细胞模型实验，研究了其对胰岛素受体InsR蛋白和GLUT-4、GLUT-2葡萄糖转运蛋白表达水平的影响。研究结果让我们初步认识到COSG能显著提高细胞膜中GLUT-4蛋白的表达量，从而提高葡萄糖消耗水平，且优于于壳寡糖和甲福明组；COSG还可以有效降低GLUT-2蛋白表达量，促进肝糖异生，缓解肝细胞的胰岛素抵抗的生成。.通过建立2型糖尿病（T2DM）大鼠模型，研究发现COSG对体内的糖稳态有明显的改善作用，部分品种可与甲福明相媲美。对胰岛受损的T2DM大鼠来说，COSG有促进胰岛素分泌的功效。对糖尿病大鼠胰腺损伤进行病理学分析，进而测定β细胞胰岛素分泌相关信号因子Akt、p-Akt（ser473）、IRS-2、FoxO1、PDX-1、GLUT-2、GCK等表达水平，检测了与β细胞凋亡相关信号蛋白GSK-3β、p-GSK-3β、Caspase-3等的变化情况，发现COSG可以通过改善上述信号通路进而修复大鼠胰岛β细胞的功能缺陷。对肝脏组织的损伤进行病理学分析，测定肝脏细胞中Akt、p-Akt（ser473）、IRS-2、GLUT-2等与葡萄糖吸收有关的信号因子的表达情况，同时测定PEPCK、G6Pase、肝糖原等与肝糖代谢相关因子的表达情况，结果显示COSG有利于恢复肝脏功能，改善肝脏内胰岛素抵抗。COSG还可以降低肾脏中PKC、TGF-β两种与氧化损伤相关蛋白的表达量，进而修复肾脏细胞的氧化损伤，从而对糖尿病大鼠的并发肾病有很好的治疗作用。通过荧光分析发现，COSG在糖尿病大鼠体内的吸收效果明显好于甲福明，除了在胃中，COSG在胰腺和肝脏内有较强的吸收，这也可辅助证明上面提到的COSG保护胰岛β细胞和改善肝脏胰岛素抵抗的功效。.综合以上结果，可以看到COSG不仅拥有二甲双胍优良的降糖本领，而且可充分发挥壳寡糖的生物功能性，其在糖尿病及相关并发症的治疗领域可望拥有广阔的应用前景与良好的经济和社会效益。