基于Sirt1的抗炎特性研究小檗碱调节糖脂代谢的分子机制

Berberine is a natural compound isolated from Chinese herbs Coptis chinensis, which exerts significant anti-inflammatory action on body and improves dysfunction of glucose and lipid metabolism and insulin resistance in obesity and diabetes. The biological action and its targets related to glucose and lipid metabolism is similar to those of silent information regulator 1(Sirt1), a deacetylase enzyme which also exerts anti-inflammatory effects and improves insulin sensitivity. It implies that pharmalogical effects of berberine are mediated by Sirt1, In this study, the role of Sirt1 in berberine' anti-inflammatory property and regulating effects on glucose and lipid metabolism will be explored in Sirt1 knockdown adipocytes and macrophages or in Sirt1 knockout mice. Furthermore, the effects of berberine on inflammatory signal transduction pathway and signaling molecules or transcription factors related to glucose and lipid metabolism which are controlled by Sirt1 will be investigated. Finally, new deacetyled targets induced by berberine in dependent of Sirt1 will be identified with technology of proteomics. The results of this study will be helpful to elucidate the mechanism underlining berberine' effects on inflammation and metabolic diseases in new viewpoint. It will provide a clue for research on diabetes in Chinese medicine and for potential mechanism of berberine' s multiple pharmalogical actions.

清热解毒中药黄连的有效成分小檗碱具有显著的抑制机体炎症反应的效应，并能改善肥胖和糖尿病的糖脂代谢紊乱和胰岛素抵抗，其作用靶点和生物学效应与体内的去乙酰化酶沉默信息调节因子1（Sirt1）的抗炎特性以及其调控的多种糖脂代谢相关信号通路基本一致，表明小檗碱可能通过Sirt1的介导发挥其药理效应。 本课题以脂肪细胞和巨噬细胞的炎症反应为切入点，体外运用siRNA干扰Sirt1细胞和体内运用Sirt1基因敲除小鼠，借助多种细胞和分子生物学手段和技术，探明小檗碱的抗炎和调节糖脂代谢的作用是否由Sirt1介导，并明确小檗碱依赖于Sirt1所调节的下游炎症信号通路以及与糖脂代谢相关的信号蛋白和转录因子，进一步运用蛋白质组学技术，探寻新的乙酰化分子靶点。 本研究从新的角度更加深入阐明小檗碱抗炎作用和治疗代谢性疾病的机制，既对中医药抗糖尿病方药的研究思路做出探索，也为小檗碱多种药理效应的机制研究提供线索。

本项目基于清热解毒中药黄连的主要有效成分小檗碱具有抗炎和改善胰岛素抵抗的作用与Sirt1的生物学效应相一致的角度，探寻小檗碱是否通过上调Sirt1表达实现抑制炎症和改善糖脂代谢的药理作用。本项目运用RNA干扰Sirt1基因和Sirt1抑制剂，在RAW264.7巨噬细胞和3T3-L1细胞中，分别观察小檗碱处理后，Sirt1 的表达变化，炎症因子表达和分泌以及炎症信号通路激活情况；脂肪细胞基础和胰岛素刺激下细胞葡萄糖摄取消耗和摄取的变化，胰岛素信号通路AKT的磷酸化激活水平以及AMPK通路磷酸化激活，并检测Sirt1下游调控的PGC-1α以及Foxo1的乙酰化水平；在Sirt1基因敲除高脂喂养肥胖小鼠中，观察小檗碱治疗后，糖代谢指标和肝脏甘油三酯含量和肝功能指标等指标的变化；血清和脂肪组织中多种炎症因子水平变化以及胰岛素信号通路、AMPK 通路和炎症信号通路磷酸化激活状态，脂肪组织中巨噬细胞的数量，脂肪组织中Sirt1 的表达量以及其所调控的PGC-1α和FoxO1 的乙酰化水平。研究结果显示在脂肪细胞和巨噬细胞以及小鼠中，小檗碱上调Sirt1的表达，小檗碱抑制LPS 刺激下巨噬细胞TNF-α、IL-6、MCP-1等表达和分泌，抑制炎症信号通路JNK、IKK-β和NF-κB的作用均不同程度地被Sirt1敲减和抑制剂所逆转；小檗碱增加脂肪细胞葡萄糖消耗和摄取，激活AMPK和AKT磷酸化，抑制PGC-1α以及Foxo1 的乙酰化的作用均被Sirt1敲减和抑制剂所部分逆转；在动物实验中，小檗碱改善胰岛素抵抗，降低肥胖小鼠的血清以及脂肪组织中炎症因子TNF-α、IL-6、MCP-1和IFN-γ的水平，降低内TG含量以及ALT、AST水平，激活脂肪组织中AMPK通路和胰岛素抵抗信号通路中AKT，降低脂肪组织PGC-1α以及Foxo1乙酰化水平，减少脂肪组织中巨噬细胞的数量减少以及抑制脂肪组织炎症通路JNK、IKK-β，这些作用均在Sirt1基因敲除小鼠中出现不同程度的逆转。本项目研究结果表明小檗碱通过上调Sirt1的表达发挥其抗炎特性和改善胰岛素抵抗的作用，阐明了Sirt1是小檗碱的重要药理作用靶点以及所涉及的分子机制，有助于理解和拓展黄连和小檗碱治疗2型糖尿病的药理机制，也为小檗碱多种药理效用的潜在机制提供了新的线索。