基于GSA/SGLT1研究墨角藻多糖FVF抑制餐后高血糖的分子机制及其对肠道菌群影响

Postprandial hyperglycemia is the key factor in the formation and development of type 2 diabetes mellitus (T2DM) and its complications, and the abnormally elevated intestinal alpha-glucosidase (GSA) and sodium dependent glucose transporter 1 (SGLT1) activities of are the main causes in T2DM patients with postprandial hyperglycemia. Based on our previous works, the present program targets to the inhibition of intestinal GSA and SGLT1 activities by a structure unique polysaccharide FVF and its sub-fractions, which will be purified from Fucus vesiculosus by two-dimensional separation method, and their primary and advanced structures will be determined by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), electrospray tandem mass spectrometry (ES-CID-MS/MS) and atomic force microscopy (AFM) techniques; Meanwhile, the interaction mode of FVF and its sub-fractions with the GSA/SGLT1 will be studied by glycochip and surface plasmon resonance imaging (SPRi) methods as well as some molecular techniques, the relationship between their fine structures of FVF and its sub-fractions with their GSA/SGLT1 inhibitory bioactivities will be systematically elucidated from molecules, cells and animal levels. Because FVF is a non-digestible polysaccharide, its impact on the intestinal flora is further investigated by high-throughput sequencing and bioinformatics technologies. All those data will provide theoretical basis for the development of a novel anti-T2DM oral drug in the non-insulin dependent pathways.

餐后高血糖是2型糖尿病（T2DM）及其并发症形成发展的必要因素，小肠粘膜a-糖苷酶（GSA）和钠离子依赖葡萄糖转运蛋白1（SGLT1）活性异常升高则是导致T2DM病人餐后高血糖的主要根源。本课题拟以肠道GSA 和SGLT1为靶点，以墨角藻为原料，通过二维分离制备特殊结构的墨角藻多糖FVF及其亚组分，采用核磁共振波谱、电喷雾串联质谱及原子力显微扫描技术确定其一级和高级结构,采用糖芯片和表面等离子体共振成像(SPRi)并结合分子生物学技术,探讨其与GSA/SGLT1相互作用模式，并利用不同分子、细胞和STZ诱导2型糖尿病小鼠模型探讨其精细结构与抑制GSA/SGLT1活性之间关系，进而系统阐明FVF双靶向抑制餐后血糖升高的分子机制。由于FVF属非消化性多糖，本研究还将进一步采用高通量测序和生物信息学技术，探讨其对肠道菌群的影响,为非胰岛素依赖口服药物开发奠定基础。

众所周知，2型糖尿病（T2DM）是以高血糖为特征的代谢紊乱疾病，是造成动脉粥样硬化、心血管等疾病的主要根源之一。T2DM患者小肠粘膜a-糖苷酶（GSA）及钠葡萄糖转移酶1（SGLT1）活性均异常提高并导致高血糖，T2DM病人肠道菌群紊乱又进一步加剧了病情，进而导致肾病和心脑血管等并发症的产生。因此，多靶点抗T2DM新药的研发具有迫切的临床需求，而海洋岩藻聚糖硫酸酯（Fucoidan）系列酸性多糖具有抗T2DM活性，是本项目的主攻方向与主要研究内容。 经过4年的潜心研究，取得的系列研究成果，主要体现在以下几个方面：1）从数种海洋褐藻、红藻、绿藻和海参中制备了30余种硫酸多糖及其衍生物，采用2D-NMR和ESI-MS等确定了其一级结构，采用多角激光散射仪和原子力显微镜（AFM）对其高级结构进行表征，为活性评价提供了物质基础与结构信息； 2）构建糖生物芯片筛选及体外抑制GSA活性方法，获得了酵母来源SGLT1/2蛋白，采用SPRi技术确定了褐藻来源a-1,3/1,4-岩藻聚糖硫酸酯FvF/AnF与SGLT1具有强结合作用且KD值为1.98nM，用Caco-2细胞模型证明其能够抑制SGLT1的表达量，为该类化合物动构效关系和动物水平药学及作用机制研究奠定了前提；3）采用2型糖尿病小鼠模型，证明FVF/AnF能够调节肠道微生态，增加Akkermansia及Alloprevotella等肠道有益菌含量，降低小鼠血清血脂和TNF-a水平，改善糖脂代谢并降低餐后血糖，是一种靶向抑制抑制GSA和SGLT1且改善肠道微生态的先导化合物，为新型多靶点口服降糖药的开发提供了理论依据，目前正在与威海人生药业合作开展系统临床前研究；4）除了深入研究Fucoidan及其衍生物抗T2DM作用外，本项目还对红藻硫酸多糖（SAO）、绿藻硫酸多糖（Ulvan）及海参硫酸多糖（FCS）抗凝、抗代谢综合征及抗病毒活性进行了评价，阐明了海带硫酸多糖KW及其衍生物抑制流感病毒作用机制；墨角藻多糖FvF（10-60nM）及海参多糖FCS（40-70nM）靶向结合SARS-Cov-2病毒表面Spike阻止其与宿主细胞ACE2结合，为今后开展抗COVID-19药物研究提供了参考。在该项目支持下，累计发表论文19篇，申请专利9件，其中授权5项；获得中国海洋学会海洋创新成果二等奖、山东省高校科学技术一等奖。