褐藻中甘露葡萄糖醛酸多/寡糖抑制NLRP3炎症小体改善胰岛β细胞功能的机制研究

Pancreatic β cell dysfunction caused by low-grade inflammation plays an important role in type 2 diabetes. NLRP3 inflammasome, as the key sensing receptor of metabolic stress, activates abnormally resulting in overexpression of caspase-1 and IL-1β. Our previous study showed the gene and protein expression of NLRP3, IL-1β, and caspase-1 were significantly upgrade owing to lipid toxicity. Further study indicated Fucoidan can ameliorate blood glucose and improve insulin sensitivity in diabetic rats. Glucuronomannan/glucuronomannan oligosaccharides (GM) were obtained after separation and purification from Fucoidan. As new structural saccharine, antioxidant activity and glucose consumption of HepG2 cell were confirmed. Based on these results, we hypothesize that GM can treat diabetes and improve insulin secretion of beta cell. In this study, we plan to elucidate the mechanism of ameliorating beta cell function by reducing inflammation. Multiple approaches, including RNA-Seq based on transcriptome analysis, western blot and Co-IP based on protein and signaling pathway analysis, immunohistochemistry and electron microscopy based on pancreatic islets morphology and structure analysis, and glucose stimulated insulin secretion, will be used to examine the functional saccharine and expound the mechanism of relieving diabetes by NLRP3 inflammasome. Successful completion of this study will provide the basic and therapeutic targets for marine original drug development.

慢性炎症导致胰岛β细胞功能受损在2型糖尿病发生发展中起重要作用。NLRP3炎症小体作为主要感受代谢应激受体，异常激活会引起caspase-1形成及IL-1β过度表达，促进糖尿病进程。前期发现脂毒性会造成β细胞功能受损，细胞内NLRP3，IL-1β，caspase-1表达水平明显上调。同时发现褐藻多糖硫酸酯(Fucoidan)能够降低糖尿病大鼠血糖和增强胰岛素耐受。经Fucoidan制备的新型甘露葡萄糖醛酸多/寡糖(GM)有抗氧化活性，能促进HepG2细胞葡萄糖消耗。提示GM可用于糖尿病治疗和胰岛β细胞功能改善。本项目以细胞、胰岛、普通小鼠和NLRP3-/-小鼠为基础，利用RNA-Seq转录组，Western blot和Co-IP蛋白分析，免疫组化和电镜分析，GSIS功能分析，开发活性多/寡糖，阐明其通过抑制NLRP3炎症小体改善胰岛β细胞功能的机制，为海洋原创性药物开发提供基础和治疗靶点。

慢性炎症导致的胰岛细胞功能受损在2型糖尿病发生发展中起至关重要的作用。NLRP3作为主要感受代谢应激的受体，异常激活会引起caspase-1形成及IL-1β过度表达，促进糖尿病进程。本项目研究内容主要是研究甘露葡萄糖醛酸多/寡糖(GM)改善胰岛β细胞功能的机制研究。主要内容分为以下三个方面：1）在细胞和原代胰岛水平进行GM改善胰岛β细胞功能的验证和机制研究；2）动物水平进行GM改善胰岛β细胞功能的效果评价和通过抑制NLRP3炎症小体改善胰岛β细胞功能的机制研究；3）新型多糖用于改善胰岛β细胞功能的机制研究。.系列GM多/寡糖干预受损的MIN6细胞和原代胰岛，证实GM能够增强胰岛β细胞的胰岛素分泌功能，并且胰岛素分泌第一时相的增强效果显著。GM可以通过增强β细胞发育相关的转录因子和胰岛素分泌相关蛋白来增强胰岛β细胞的功能；同时还能提高细胞的抗氧化能力和降低炎症水平。进一步通过高脂喂养小鼠和长期糖尿病小鼠证明GM能够缓解和改善胰岛β细胞功能损伤。GM能够通过调节肠道菌群降低机体炎症；GM能够降低胰岛内炎症细胞的数量，同时通过抑制NLRP3炎症小体通路降低胰岛内巨噬细胞M1型和增加M2型来调节巨噬细胞极化改善胰岛内微环境，同时增强胰岛β细胞的抗氧化能力提高胰岛β细胞的功能。.同时通过筛选发现新的多糖SFG能够提高的MIN6细胞的存活率，减少细胞周期阻滞，缓解DNA损伤，以及降低衰老相关分泌表型来延缓胰岛β细胞衰老和功能损伤。SFG能够通过增加胰岛β细胞内ATP含量和SOD水平，减少ROS的产生，上调线粒体呼吸链相关蛋白表达来降低氧化应激，增强线粒体功能。SFG发挥延缓β细胞功能损伤和衰老是通过激活SIRT1/PGC1-α信号通路激活下游转录因子Nrf2和Tfam的基因和蛋白表达来实现的。.本课题发现新的海洋功能多/寡糖用于糖尿病的预防治疗，并且为海洋多/寡糖用于治疗糖尿病胰岛β细胞功能提供新的靶点，为糖尿病药物开发提供结构新型的化合物以及新的治疗靶点。