线粒体电子传递链复合物I- - 调节糖脂代谢的新靶点

目前认为，AMPK激活是二甲双胍、小檗碱和匹格列酮等降糖药发挥疗效的关键机制或原因之一。申请人及其他研究者近期发现，这些药物均能通过抑制线粒体的有氧呼吸刺激糖酵解而达到降糖效果，AMPK的激活是电子传递链复合物I功能抑制的结果。本课题将进一步探讨复合物I在糖脂代谢调节中的作用，阐明复合物I有否独立于AMPK的降糖通道。本项目将应用RNA干扰和化学阻断剂抑制AMPK和（或）复合物I，观察糖代谢的变化及对降糖药物的反应性；通过体内和体外试验分析复合物I是否二甲双胍等药物降糖作用的根源；通过抑制电子传递链的其它复合物及运用解偶联剂，明确除复合物I外，线粒体其它部位或功能的抑制能否产生相似的代谢调节效果。本课题旨在阐明复合物I作为糖脂代谢调节枢纽的关键性作用，并为降糖药物的研制提供新的靶点和通路。

二甲双胍和小檗碱均为常用的治疗2型糖尿病的降糖药物。AMPK的激活被认为是它们重要的分子机制。本研究旨在探讨激活AMPK是否为二甲双胍和小檗碱的降糖作用所必须。我们发现，二甲双胍与小檗碱显著刺激了HepG2肝细胞和C2C12肌管细胞的葡萄糖消耗量和乳酸释放量，并表现出剂量依赖性的作用。二者还大幅增加了AMPK及其下游蛋白ACC的磷酸化。RNA干扰，Compound C和Ad-DN-AMPK腺病毒转染能明显抑制细胞内AMPK信号通路的活性。然而，在AMPK被抑制的条件下，二甲双胍与小檗碱依然能够显著增加细胞的葡萄糖消耗量和乳酸释放量。为测试二甲双胍和小檗碱对氧消耗的作用，海马XF24分析仪被用于分析细胞外的氧流量。这两种药物几乎完全阻断了C2C12肌管细胞线粒体电子传递链复合物I的活性。本研究提示，二甲双胍和小檗碱通过刺激糖酵解而上调细胞的糖代谢，但该作用与其激活AMPK并没有关联；抑制线粒体电子传递链复合物I应该是二甲双胍和小檗碱促进糖代谢的始动因素和关键机制。.因为二甲双胍和小檗碱这两种常用的降糖药均能够抑制线粒体复合物I的活性，我们假设其它的复合物I抑制剂也有相似的作用。因此，一种典型的复合物I抑制剂鱼藤酮被用以研究对糖代谢的作用。鱼藤酮改善了db/db小鼠的高血糖和胰岛素抵抗，诱导了葡萄糖消耗和糖酵解，通过降低G6Pase和PEPCK的表达而抑制肝糖输出。鱼藤酮也激活AMPK，然而，在AMPK失活的情况下它依然能够发挥降糖作用。另一个代表性的复合物I抑制剂异戊巴比妥，也能在体外发挥刺激葡萄糖消耗和抑制肝糖输出的作用。GRIM-19是复合物I的亚基，通过基因沉默将GRIM-19表达抑制后，观察到糖代谢相似的变化。这些发现揭示复合物I正在成为糖尿病的一个关键的药物靶点。抑制复合物I改善糖代谢的作用独立于AMPK的激活。