天然化合物牛蒡子苷元调控胰岛功能及其分子机制研究

Type 2 diabetes is a major serious disease threatening the human health. It is pathologically based on insulin resistance and islet failure. Looking for multi-functional or multi-target anti-diabetic lead compounds from natural products is an important method to develop new anti-diabetic drugs. Our previous study showed that the natural product arctigenin exerted significant anti-diabetic activity through activating AMPK and enhancing insulin sensitivity in skeletal muscle and liver. Meanwhile, arctigenin inhibited the apoptosis induced by high glucose or high fatty aicd in INS-1E pancreatic islet cell. And moreover, arctigenin significantly increased the mRNA levels of key transcription factor related in insulin gene expression in the INS-1E pancreatic islet cells. The protective effects and molecular mechanism of arctigenin on islet function will be studied in this project. We will observe the effects of arctigenin on islet cell apoptosis and proliferation intervented by glycolipid toxic or reactive oxygen species, and investigate its regulation on AMPK, endoplasmic reticulum stress and oxidative stress signaling pathway. The completion of this project will provide the material basis and theoretical basis for developing arctigenin and its analogues to be new anti-diabetes drugs with novel mechanism.

2型糖尿病是严重威胁人类健康的重大疾病，胰岛素抵抗和胰岛功能衰竭是其主要的病理基础，从天然产物中寻找多功能或多靶点的抗糖尿病活性先导活性化合物是糖尿病新药研发的重要手段。我们前期研究发现，天然产物单体牛蒡子苷元具有显著的抗糖尿病活性，该作用与其激活AMPK、增强骨骼肌和肝脏的胰岛素敏感性相关。同时，牛蒡子苷元还可抑制高糖和高脂所诱导的INS-1E胰岛细胞凋亡，并明显增加INS-1E胰岛细胞中胰岛素基因表达关键转录因子mRNA水平，因此，牛蒡子苷元可能具有胰岛素增敏和胰岛功能保护双重作用。本项目将系统研究牛蒡子苷元对胰岛功能的保护及其分子机制，重点观察牛蒡子苷元对糖脂毒性或活性氧干预下胰岛细胞凋亡及增殖的影响，并深入探讨AMPK、内质网应激和氧化应激等信号通路在牛蒡子苷元调控胰岛细胞功能中的作用，为该化合物及其类似物发展成为一种具有全新作用机理的抗糖尿病新药提供物质基础和理论依据。

2型糖尿病是严重威胁人类健康的重大疾病，胰岛素抵抗和胰岛功能衰竭是其主要的病理基础，从天然产物中寻找多功能或多靶点的抗糖尿病活性先导活性化合物是糖尿病新药研发的重要手段。我们前期研究发现，天然产物单体牛蒡子苷元具有显著的抗糖尿病活性，该作用与其激活AMPK、增强骨骼肌和肝脏的胰岛素敏感性相关。同时，牛蒡子苷元还可抑制高糖和高脂所诱导的INS-1E胰岛细胞凋亡，并明显增加INS-1E胰岛细胞中胰岛素基因表达关键转录因子mRNA水平，因此，牛蒡子苷元可能具有胰岛素增敏和胰岛功能保护双重作用。本项目将系统研究牛蒡子苷元对胰岛功能的保护及其分子机制，重点观察牛蒡子苷元对糖脂毒性干预下胰岛细胞凋亡的影响，并深入探讨其作用机制，为该化合物及其类似物发展成为一种具有全新作用机理的抗糖尿病新药提供物质基础和理论依据。.本课题建立了高糖或高脂（palmitate）诱导大鼠胰岛素瘤INS-1E细胞凋亡模型，发现INS-1E细胞经高糖或高脂处理后，细胞凋亡率显著升高，牛蒡子苷元共处理可剂量依赖性地逆转高糖或高脂诱导的细胞凋亡。进行作用机制的研究发现，牛蒡子苷元可降低高糖诱导的细胞内甘油三酯累积，逆转高糖对脂肪酸氧化的抑制作用，并抑制高糖诱导的脂肪酸从头合成过程中关键酶Fasn和Acc1基因表达水平的升高；牛蒡子苷元还可抑制高糖诱导的JNK磷酸化水平的升高，并对p38 MAPK磷酸化水平有降低的趋势；牛蒡子苷元可降低高脂诱导的细胞内甘油三酯累积，但不能逆转高脂对脂肪酸氧化的抑制作用；牛蒡子苷元可抑制高脂诱导的Xbp-1基因的剪切及Grp78和Grp94基因表达水平的升高；牛蒡子苷元还可抑制高脂诱导的JNK磷酸化水平的升高，并显著降低p38 MAPK磷酸化水平。ZDF大鼠实验结果表明，牛蒡子苷元长期给药后可明显延缓ZDF大鼠血清胰岛素水平的下降及随机和空腹血糖的升高，降低糖化血红蛋白水平；增强葡萄糖刺激的胰岛素分泌，改善糖耐量和胰岛形态并增强胰腺内胰岛素染色水平；降低血清甘油三酯和总胆固醇水平。.本研究首次证实天然产物牛蒡子苷元可逆转高糖或高脂诱导的INS-1E细胞凋亡并阐述其抗凋亡的作用机制。牛蒡子苷元长期给药后可改善ZDF大鼠胰岛功能，延缓其糖尿病的发病进程。本研究在体外和体内较为系统地研究了牛蒡子苷元对胰岛β细胞的保护作用，为基于该化合物的抗糖尿病候选新药研发提供了实验依据。