基于AMPK/FOXO3信号通路探讨多酚类化合物对β胰岛细胞分子保护作用机制的研究

Oxidative stress is considered as one of the main factors resulted in damages of pancreatic islet β-cells, as well as the pathogenesis of diabetes mellitus and metabolic syndromes. β-cells are very sensitive to oxidative stress-induced cellular damages because of the relatively low quantity and activity of antioxidant enzymes. This research is to (1) investigate the role of AMPK-FOXO3 signaling pathway in diabetogenic agent streptozotocin-induced oxidative damage, and regulating antioxidant enzymes, with the treatment of polyphenol compounds; (2) find out the targeted antioxidant enzymes which are regulated by AMPK-FOXO3 signaling pathway through screening of transcription factor FOXO3 binding sites in gene promoter region of antioxidant enzymes; (3) comparatively analyze the differential effects between AICAR, an AMPK activator, and polyphenol compounds on this signaling pathway, and discuss the potential application for diabetes prevention and therapy via regulating AMPK-FOXO3 signaling pathway.

氧化应激是造成β胰岛细胞损伤，引发糖尿病及其并发症的重要原因之一。胰岛细胞因抗氧化酶含量及活性相对较低，因而对氧化应激介导的损害非常敏感。本项目拟通过对于β胰岛细胞中AMPK-FOXO3信号通路的研究,探讨在多酚类化合物的作用下，激活该信号通路对糖尿病诱导剂链脲佐菌素引起的细胞损伤的保护作用以及对抗氧化酶表达的影响；然后根据抗氧化酶基因启动子区域有无FOXO3转录因子结合位点，筛选目标基因，确定该信号通路的分子调控机理；最后比较分析AMPK激活剂AICAR与多酚类化合物对该信号通路的作用，阐述通过调控AMPK-FOXO3信号通路来对糖尿病进行预防和治疗的可能性。

氧化应激是造成β胰岛细胞损伤，引发糖尿病及其综合征的重要原因之一。胰岛细胞因抗氧化酶含量低，因而对氧化应激引起的损伤非常敏感，因此从天然产物中筛选出能有效保护胰岛细胞免受氧化应激损伤的多酚类化合物是目前研究关注的热点。本项目重点阐述了多酚类化合物对糖尿病诱导剂链脲佐菌素(Streptozotocin, STZ)诱导下胰岛细胞损伤的保护作用及相关分子机制。本课题研究证实，多酚类化合物桑色素(Morin)能有效抑制STZ作用下细胞内活性氧自由基(reactive oxygen species, ROS)的生成，降低多聚(腺苷二磷酸-核糖)聚合酶(poly(ADP-ribose) polymerase, PARP)的活性，还原细胞内烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+)的水平，以及修复STZ作用下胰岛细胞的凋亡。同时，研究发现Morin能明显增加胰岛细胞中抗氧化酶过氧化氢酶(Catalase)的表达，并且对STZ引起的Catalase的过低表达有显著的改善作用。另外，Morin可以磷酸化AMP-活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK), 进而促进叉头蛋白(forkhead box O3, FOXO3)的核移位，通过激活AMPK-FOXO3信号转导通路，最终调控了Catalase的表达。除此之外，本课题还证实了多酚类化合物芹菜素(Apigenin)对STZ作用下的胰岛细胞同样具有保护作用，具体体现在：Apigenin可以有效抑制STZ作用下ROS的产生，减少细胞内DNA的损伤，脂质过氧化以及蛋白质羰基化，以及修复STZ作用下胰岛细胞的凋亡。并且Apigenin还对STZ引起的胰岛细胞内一系列抗氧化酶的过低表达有明显的改善作用。从而证实了Apigenin不仅能够清除ROS，而且还可以调控胰岛细胞内的抗氧化防御体系。本课题的上述研究发现，阐明了多酚类化合物Morin和Apigenin对STZ引起的胰岛细胞的保护作用及相关机理，为糖尿病及相关疾病的有效防治提供了理论依据。