小檗碱通过负向调控GS修复受损肝糖原分子结构的作用及机制研究

At present, the study on the regulation of glucose metabolism by berberine focuses on how to regulate the quantity of glycogen, but rarely on the quality of glycogen. The structure of glycogen is related to its biological function, abnormal glycogen structure can affect the process of many diseases. Recent researches have verified that glycogen structure of db/db mice is impaired, the impaired glycogen structure accelerates glycogen degradation, increases hepatic glucose output and affects blood glucose. Our previous data show berberine has repairing effect on impaired molecular structure of liver glycogen. Thus, we aim to investigate the effect of berberine on glycometabolism based on glycogen structure, and also the repairing effect on glycogen structure and its mechanism of berberine. This study will be divided into three parts: 1) confirming the repairing effect of berberine on impaired molecular structure of liver glycogen from the whole level; 2) further proving the effect of over expression of GS on liver glycogen structure and clarifying the mechanism of berberine fix impaired glycogen structure by regulating GS from cell level; 3) verifying the effect of berberine on the AMPK and PI3K/AKT/GSK3 of GS upstream pathway and the regulation of the phosphorylation of GS from molecular level. The successful implementation of this project can enrich the understanding of the mechanism of berberine regulating glucose metabolism, further improve its molecular mechanism network, and provide new implications for the further development and utilization of berberine.

目前关于小檗碱调节糖代谢的研究报道多集中在其如何调节糖原的“数量”，而对糖原的“质量”关注较少。糖原结构与其生理功能密切相关，糖原结构异常可影响多种疾病的进程。研究证实2型糖尿病模型db/db鼠肝糖原结构受损，受损肝糖原结构会加速糖原分解，增加肝糖输出，影响血糖。我们前期研究发现小檗碱能修复受损的肝糖原结构。据此，我们拟从糖原结构这一新角度，探讨小檗碱对糖代谢的影响，证实并阐明小檗碱对糖原结构的修复作用和机制。本课题将从整体水平证实小檗碱对受损肝糖原结构的修复作用；从细胞水平进一步确定糖原合成酶（GS）过度表达对肝糖原结构的影响，证实小檗碱通过调控GS发挥修复作用；从分子水平明确小檗碱对GS上游通路AMPK和PI3K/AKT/GSK3的影响及对GS的磷酸化调控作用，阐明其机制。本项目的成功实施能够丰富对小檗碱调节糖代谢作用机制的认识，完善其分子机制网络，为小檗碱的进一步开发利用提供新思路。

小檗碱降糖效果确切，但因其多靶点效应的特点，其降糖机制尚未完全明确。本项目基于肝糖原分子结构这一新角度，深入研究小檗碱改善糖代谢紊乱的作用机制。动物实验结果表明，小檗碱显著提高糖尿病小鼠肝糖原中α粒子的含量，提高其结构的稳定性；细胞实验结果表明GS作用增强是肝糖原分子结构受损的主要原因，且小檗碱是通过负向调控GS发挥修复作用；机制研究结果表明，小檗碱是通过介导AMPK和PI3K/AKT/GSK3双通路调控GS的活性，同时，本项目还明确了小檗碱磷酸化调控GS的3个作用位点，分别是site2，site3a和site3b。在此基础上，本项目还研究小檗碱调控糖原分解代谢的作用机制。结果表明小檗碱可通过调控cAMP-PKA信号，下调GP，抑制糖原分解；小檗碱可通过调控HNF-4α和AMPK抑制糖原异生。此外，项目组收集了部分糖尿病患者和非糖尿病患者的肝脏样本。结构分析结果显示，糖尿病患者的肝糖原分子结构特征与前期研究中糖尿病动物模型的一致，提示病理状态下肝糖原分子结构的不稳定性可能在哺乳动物上具有普遍性。根据蛋白定性定量分析及富集分析的结果，初步筛选出8个潜在的影响糖原分子结构稳定性的靶蛋白，为后续研究提供基础。总之，本项目顺利的完成了申请书制定的研究计划，并在前期研究基础上有所延伸。本项目的成功实施丰富了小檗碱调节糖代谢的分子机制网络，为其进一步开发利用提供了理论基础。.