黄连素通过p38MAPK调节骨骼肌葡萄糖代谢的机制研究

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目的:胰岛素抵抗(IR)是指机体靶组织,主要为骨骼肌、脂肪等外周组织对葡萄糖摄取和利用障碍,是2型糖尿病(T2DM)发病的重要机制。其中骨骼肌是利用葡萄糖和维持血糖平衡的重要组织,葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)是骨骼肌葡萄糖糖代谢的主要的葡萄糖转运体,其蛋白表达、转位和活性与胰岛素抵抗密切相关,p38MAPK信号通路通过调节GLUT4活性和转位在胰岛素抵抗发生中起重要作用。黄连素(Berberine,BBR),属于异喹啉类生物碱,多存于毛茛科黄连属植物,已有的研究表明它其具有多种药理学活性,如抗肠道细菌感染、抗心律失常、促进胰岛素的分泌、改善胰岛素抵抗等,其中改善IR与其调节GLUT4蛋白表达与活性有关,但具体作用机制还不清楚。本课题以T2DM小鼠和小鼠骨骼肌细胞C2C12模型为研究对象,采用分子对接模拟等方法研究BBR是否通过干预p38MAPK信号通路调节GLUT4的蛋白表达与活性,从而改善IR,本研究将进一步阐明BBR改善IR的作用机制,为防治T2DM提供更好的实验依据。方法:1.BBR干预骨骼肌C2C12细胞葡萄糖代谢的研究构建小鼠C2C12骨骼肌细胞系,给予不同浓度的BBR(0.25,0.5,1μmol·L-1)干预。葡萄糖氧化酶法检测细胞葡萄糖消耗;2-NBDG法检测细胞葡萄糖摄取;分子对接模拟预测BBR与Insulin Receptor(InsR)、GLUT1、GLUT4蛋白对接效果;Western blot检测InsR-β、GLUT1、GLUT4、p38MAPK、p-p38MAPK蛋白表达的情况;免疫荧光检测GLUT4的表达和转位。2.BBR干预高脂饲料加STZ诱导胰岛素抵抗小鼠骨骼肌葡萄糖代谢的研究选择高脂饲料加STZ腹腔注射诱导2型糖尿病胰岛素抵抗小鼠模型。造模成功后的随机分6组,即模型组、阳性对照组、BBR低、中、高剂量组、BBR中剂量配伍肉桂醛(10:1)组。正常对照组和模型组给予0.5%羧甲基纤维素钠溶液,阳性对照组给予吡格列酮。灌胃给药6周,检测小鼠的空腹血糖(FBG fasting blood glucose)、血清胰岛素水平(FINS)、胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)。结果:1.C2C12细胞实验结果表明(1)C2C12诱导分化成功:C2C12成肌细胞诱导分化培养45天,细胞形态逐渐变长,80%以上的成肌细胞可分化成多核的骨骼肌细胞。与未分化的相比,分化4天的骨骼肌细胞标志性蛋白myogenin表达明显升高,表明诱导分化成功,可用于后续实验。(2)BBR在2.5μmol·L-1以下的浓度无细胞毒性:0、2.5、10、40μmol·L-1浓度的BBR干预分化前后的C2C12细胞24h,发现BBR浓度为40μmol·L-1时,对分化前的细胞活性没有明显影响;浓度为2.5μmol·L-1时,对分化后的细胞活性没有明显影响;浓度为10、40μmol·L-1时,分化后的细胞形态改变明显,因此认为BBR浓度在2.5μmol·L-1以下的浓度对细胞没有毒性。(3)BBR对C2C12糖代谢影响:葡萄糖氧化酶法、2-NBDG法检测显示0.25、0.5、1μmol·L-1浓度的BBR干预16h的骨骼肌细胞葡萄糖消耗量、葡萄糖摄取显著增加,说明BBR能促进骨骼肌细胞糖代谢。(4)BBR对GLUT4分子对接模拟结果:BBR与GLUT4产生π-π键相互作用,同时与Insulin Receptor、GLUT1可以结合产生氢键作用,说明BBR可能有很好的活性;BBR与Insulin Receptor、GLUT1、GLUT4对接打分分别为-5.370、-8.117、-7.274,说明BBR能够与GLUT1、GLUT4结合。(5)BBR对GLUT4及p38MAPK的磷酸化水平的影响:研究发现BBR抑制了InsR-β的表达,对GLUT1、GLUT4蛋白表达没有影响,但可以刺激GLUT4从细胞核转位至细胞膜,同时BBR增加了p38MAPK的磷酸化水平。2.在体动物实验结果表明(1)造模组C57BL/6J小鼠喂养45%高脂饲料8周后,腹腔注射STZ120mg/kg,72h后测小鼠FBG,以FBG≧11.1mmol/L为标准筛选出45只T2DM小鼠模型,分成6组用于后续实验。(2)黄连素能够降低T2DM小鼠的血糖、血清胰岛素水平,改善胰岛素抵抗,而且黄连素配伍肉桂醛的降糖效果优于黄连素单独给药。结论:1.BBR可以促进骨骼肌细胞糖代谢,刺激GLUT4从细胞核向细胞膜转位,可能通过抑制InsR-β的表达、提高p38MAPK磷酸化水平实现的。2.BBR可以改善T2DM小鼠的胰岛素抵抗,配伍肉桂醛后作用更强。
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