低聚原花青素Cinnamtannin D1通过促进自噬保护胰岛β细胞的药理机制研究

Glucolipotoxicity-induced pancreatic β cell dysfunction is tightly associated with the development of type 2 diabetes mellitus (T2DM). Recent studies have shown that autophagy is crucial in the maintenance of islet homeostasis under stress response. In previous work, we had found the water extract of cinnamon riched in type A procyanidolic oligomers (PCO) could markedly reduce blood glucose and improve islets function in db/db mice. Meanwhile, The major bioactive constituent of cinnamon bark, Cinnamtannin D1(CD-1), protects pancreatic β cells from dysfunction induced by both palmitic acid and H2O2, which may tightly associated with its effect on autophagy induction. In this study, we will employ small molecule compounds and RNA interference to investigate the protective effect of CD-1 on pancreatic β-cell through autophagy induction under high glucose/ high FFA conditions, and to uncover the underlying mechanisms both in vitro and in vivo. In the same time, the role of autophagy enhancer in both promotion of impaired mitochondria clearance and activation of autophagy-dependent Keap1/Nrf2 antioxidative pathway under oxidative stress will also be examined to demonstrate the underlying molecular mechanisms of autophagy enhancer improving glucolipotoxicity-induced pancreatic β cell dysfunction. This study would provide support for the usage of PCO monomer in T2DM therapy and the potential application of autophagy enhancer in β-cell protection.

糖脂毒性导致的胰岛β细胞损伤与2型糖尿病发生发展密切相关。近年研究发现自噬对压力应激状态下胰岛β细胞生存与功能的维持十分重要。前期工作中我们发现富含A型低聚原花青素的桂皮提取物能够降低血糖、明显改善db/db小鼠的胰岛β细胞功能，其主要单体成分Cinnamtannin D1（CD-1）能够抵抗棕榈酸和H2O2诱导的胰岛β细胞损伤，并且这一保护作用与其自噬促进活性有关。本项目拟利用药理学和基因干预手段，在分子、细胞和动物水平系统研究CD-1通过促进自噬保护胰岛β细胞降低血糖的作用及分子机制，同时揭示自噬促进剂在氧化应激状态下提升受损线粒体降解效率、激活Keap1-Nrf2抗氧化信号通路，探讨自噬促进剂抵抗高糖高脂诱导的β细胞损伤的分子机制。本研究的顺利实施将为PCO类天然产物应用于糖尿病防治提供依据，为自噬促进剂用于β细胞保护的可行性提供理论支持。

胰岛β细胞受损是糖尿病发生与发展的重要原因，糖脂毒性导致的胰岛β细胞损伤与2型糖尿病发生发展密切相关。寻找能够安全有效降糖并保护β细胞的药物是目前糖尿病防治药物研究的重要方向。近年研究发现自噬对压力应激状态下胰岛β细胞生存与功能的维持十分重要。我们在研究中发现低聚原花青素（procyanidolic oligomers，PCO）单体Cinnamtannin D1（CD-1）有显著促进INS-1胰岛β细胞自噬的作用，并且可以改善高浓度的葡萄糖和棕榈酸诱导的INS-1细胞自噬损伤。我们进一步在CD-1调节自噬的分子机制研究中发现CD-1是通过激活AMPK/mTOR/ULK1通路促进INS-1细胞自噬的。在高糖/高脂诱导的INS-1胰岛β细胞损伤模型上，我们发现CD-1可以改善高糖/高脂诱导的炎症和内质网应激状态、促进Keap1/Nrf2抗氧化信号通路的激活和抑制β细胞凋亡，利用工具化合物和基因干扰的手段我们证实了CD-1对高糖/高脂损伤的INS-1细胞的保护作用与其自噬促进作用直接相关。在原代培养胰岛上对CD-1的作用研究进一步验证了CD-1促进自噬、改善高糖/高脂培养条件下胰岛自噬损伤和对原代培养胰岛细胞的保护作用。在2型糖尿病模型db/db小鼠长期给予CD-1的药效研究结果证实了其降糖药效，同时证实了CD-1能促进db/db小鼠胰腺中AMPK/mTOR/ULK1通路及自噬，激活Keap1/Nrf2抗氧化信号通路并改善胰岛β细胞的凋亡，且该保护作用是通过促进自噬实现的，该结果与体外INS-1胰岛β细胞和原代培养胰岛的研究结果一致。综上所述，我们通过体内外实验确证了CD-1通过促进自噬保护胰岛β细胞的作用及机制，阐释了自噬促进剂抵抗高糖高脂诱导的β细胞损伤的分子机制。本研究为具有自噬促进活性化合物的抗糖尿病应用提供了实验依据，而且揭示了低聚原花青素抗糖尿病作用的新机制，对将低聚原花青素应用于糖尿病防治具有重要意义。