竹节参皂苷IVa通过IRS-2/Akt/GSK-3β信号通路介导胰岛β细胞损伤的保护作用及机制

Pancreatic β-cell dysfunction and depletion in numbers are necessary in the onset and development of type 2 diabetes. Thus, protecting pancreatic β cells is always the key to the treatment of type 2 diabetes. Our previous studies showed that the total saponin extract of Aralia taibaiensis exhibited excellent insulinogenic and antidiabetic activites, and its active constitutent Chikusetsu saponin IVa (CHS) could induced insulin secretion obviously, and strengthen the phosphorylation level of GSK-3β in nerve cells. The pilot experiments showed that CHS decreased apoptosis and increased the number of β cells. However, the mechanisms of these protective are largely unclear. Recent studies suggested that GSK-3β as the downstream of the main insulin function signal pathway IRS-2/Akt, plays an important role in maintaining the number of pancreatic β cells and regulating the secretion of insulin. On the basis of our previous researches, we propose to further study the protective effect of CHS on pancreatic β-cells and its mechanism, specifically the key role of IRS-2/Akt/GSK-3β pathway. These studies not only reveal the mechanisms of CHS but also useful in the structure optimization and provide a theoretical foundation of such drugs for the treatment of diabetes, which has both theoretical and clinical importance.

胰岛β细胞功能减退和数量减少在糖尿病的发病和进展中都具有重要的作用，如何保护胰岛β细胞一直是2型糖尿病研究和治疗的关键。我们前期研究表明，楤木皂苷抗2型糖尿病和胰岛保护效果明确，其活性成分竹节参皂苷IVa（CHS）可明显促进胰岛素释放，增加神经细胞GSK-3β磷酸化水平，预实验结果表明，CHS可显著减少胰岛β细胞凋亡，但其具体作用机制仍不清楚。近年来的研究表明，GSK-3β作为发挥胰岛素功能的主要信号通路IRS-2/Akt的下游分子，在维持胰岛β细胞的数量，增加胰岛素分泌中发挥着关键性的作用。本课题拟在前期研究基础之上，进一步深入考察CHS对胰岛β细胞损伤的保护作用及其分子机制，尤其是IRS-2/Akt/GSK-3β在其中的关键作用。阐明这一问题，不仅可以揭示CHS保护胰岛β细胞的作用机制，还可以优化药物结构，为此类抗糖尿病药物的研究奠定基础，具有重要的理论和临床价值。

胰岛β细胞的凋亡是造成胰岛素分泌不足的重要原因，β细胞功能的恶化在2型糖尿病的发生发展中发挥着决定性作用，如何保护胰岛β细胞的功能，增加胰岛β细胞的数量，一直是2型糖尿病研究的重点。本课题为验证竹节参皂苷IVa（CHS）改善胰岛细胞功能、减少胰岛细胞凋亡，分别于体内、体外建立胰岛损伤模型，采用口服糖耐量试验、Cell counting kit、Hoechst荧光染色、流式Annexin V-FITC/PI双荧光染色、caspase活性检测、Western blot、Elisa等检测方法对胰岛β细胞的胰岛素分泌、胰岛细胞增殖、凋亡、氧化应激水平的情况进行分析，对CHS的胰岛保护作用进行验证，明确了CHS抑制脂毒性导致的胰岛β细胞凋亡，促进胰岛素释放，减少氧化应激损伤，提高胰岛细胞活性，降低Cleaved-caspase 3、Bax，提高Bcl2的作用。IRS-2/Akt/GSK-3β信号通路在胰岛β细胞损伤中发挥着关键作用，本研究从IRS-2/Akt/GSK-3β调控PDX1入手，考察了CHS减少胰岛β细胞凋亡、促进胰岛素释放的具体作用机制。研究通过Western blot检测胰岛素信号通路相关蛋白IRS2、Akt、GSK3β蛋白磷酸化的表达情况，发现CHS可以增加P-IRS2的表达，减少脂毒性对胰岛β细胞Akt活性的抑制，增加Akt磷酸化的表达，激活胰岛素信号调节关键信号通路传导，继而增加GSK-3β磷酸化和PDX1的表达，发挥调节胰岛细胞分化、胰岛素合成等生物学功能，最终减少脂毒性造成的胰岛β细胞损伤，为CHS这一类天然药物活性成分的研究奠定基础，为CHS的临床应用提供理论基础。