黄芪多糖改善2型糖尿病糖代谢及其对AMPK活性的影响

2型糖尿病是糖尿病的主要组成部分,它总是与胰岛p细胞功能紊乱、胰岛素抵抗、高血糖、高血脂、肥胖、慢性炎症和其他综合症联系在一起。2型糖尿病时体内持续存在的高糖血症是损害器官并引起各种并发症的根源。保护胰岛p细胞功能、增加葡萄糖的利用,改善糖代谢是治疗2型糖尿病的关键步骤。除了经典的胰岛素信号转导途径途径外,蛋白激酶(AMPK)信号途径也能增加葡萄糖的摄取和利用。AMPK作为一种重要的蛋白激酶参与多种代谢过程,被称为细胞的“能量感受器”或“燃料开关”。AMPK活化也能调控脂肪酸氧化和脂质合成。如今AMPK已经成为治疗2型糖尿病等代谢综合征的一个新靶标。 黄芪多糖(APS)是从黄芪中提取出来的有较强生物活性的大分子化合物。在我们前期的研究中,APS治疗可以显著降低糖尿病动物模型的血糖水平,减轻胰岛素抵抗,其机理与减轻肝脏内质网应激,抑制骨骼肌PTP1B的表达有关。而我们已证实的APS的降糖降脂、增加胰岛素敏感性、改善葡萄糖代谢的作用与AMPK的作用十分相似。APS是否也可以通过活化AMPK来达到降血糖、改善糖代谢的作用是我们关心的问题。 因此在本研究中,我们在2型糖尿病动物模型的基础上,选用胰腺、肝脏、骨骼肌三种器官观察APS对于胰岛p细胞功能、肝脏糖原合成以及骨骼肌葡萄糖转运的影响,能否改变体内环境的葡萄糖的代谢。并进一步在细胞水平上,观察APS是否能改善体内环境的葡萄糖摄取,是否能活化AMPK,探讨其功能如何参与调节糖稳态的机制,旨在进一步说明APS的降血糖作用。因此本组实验分为体内实验与体外实验两个部分。 第一部分黄芪多糖改善2型糖尿病大鼠糖代谢的实验研究 本研究中以高脂饮食(58%脂肪,25.6%碳水化合物,16.4%蛋白质)加小剂量链脲佐菌素(STZ,25mg/kg,腹腔注射)复制2型糖尿病大鼠模型。APS (700mg/kg/d;灌胃治疗8周,检测大鼠血糖、糖基化血红蛋白、血清胰岛素。胰岛素敏感性由口服糖耐量试验(OGTT)和稳态胰岛素评价指数(HOMA IR)指数评估。进一步观察APS的降糖作用及对胰岛p细胞功能、肝糖原合成和骨骼肌葡萄糖转运的影响,并重点研究2型糖尿病的新治疗靶点—骨骼肌AMPK的表达和活性,借以探讨APS调节糖代谢的机制。 实验结果显示我们成功的复制出以高血糖、高糖基化血红蛋白、低胰岛素敏感性为主要特征的2型糖尿病动物模型。此外,该模型还具有胰岛淀粉样物质增多和胰岛β细胞凋亡和损伤,肝糖原含量下降、骨骼肌AMPK活性和骨骼肌胞膜GLUT4表达下降等特征。 APS治疗后能明显降低2型糖尿病大鼠的血糖,其胰岛p细胞功能、胰岛素抵抗程度也能得到明显改善。APS也能使AMPK活化,促进骨骼肌葡萄糖转运。我们推断APS可能通过来减轻2型糖尿病胰岛淀粉样物质,改善胰岛p细胞凋亡和损伤,增加肝糖原的合成,并活化骨骼肌AMPK促进葡萄糖转运来改善糖代谢。 第二部分黄芪多糖改善2型糖尿病大鼠糖代谢的机制研究 增加骨骼肌的葡萄糖转运有两条途径：经典的胰岛素信号转导途径和AMPK信号途径。越来越多的证据显示,AMPK信号途径可以不经过P13K-胰岛素信号转导途径来直接增加葡萄糖的摄取。基于第一部分的实验研究,接下来我们便要探讨APS与葡萄糖摄取之间所连接的“桥梁”。首先确立APS是否可以在体外活化AMPK,增加葡萄糖的摄取。再则,探讨APS对于葡萄糖摄取的影响是依赖AMPK信号途径还是胰岛素信号转导途径。因此我们在细胞模型的基础上加入了P13K-胰岛素信号转导途径的抑制剂Wortmannin和AMPK途径的抑制剂Compound. C,借以验证其到底受哪条信号途径调控。 体外实验研究结果显示,APS呈浓度依赖式(50-200μg/ml)激活小鼠骨骼肌细胞系C2C12的AMPK活性。APS也能促进C2C12细胞的葡萄糖摄取。Compound C, AMPK的高选择性抑制剂,可以很有效的阻断APS诱导的C2C12细胞的葡萄糖摄取。同时,Wortmannin, PI3K-胰岛素信号转导途径的抑制剂,对于APS诱导的C2C12细胞的葡萄糖摄取却没有Compound C的效果明显,提示APS对于葡萄糖摄取的影响主要依赖AMPK信号途径。 体外实验结果也显示,高糖诱导的C2C12细胞模型中AMPK活性明显下降。APS干预后可以增加AMPK的活性,增加细胞的葡萄糖摄取。然而,此效应也能被AMPK的抑制剂Compound C所阻断。因此我们认为,APS通过AMPK信号途径改善C2C12细胞的糖代谢。 结论 1.小剂量STZ加高脂饮食成功的复制出2型糖尿病大鼠模型。APS治疗可以显著改善2型糖尿病大鼠胰岛素抵抗,表现为降低血糖、糖基化血红蛋白、降低HOMA-IR评分、增加糖耐量等。 2.APS治疗2型糖尿病动物模型可减少胰岛淀粉样物质的形成,减轻p细胞的凋亡和损伤,增强胰岛素的作用；可增加肝糖原含量；可使骨骼肌AMPK活化,并增加胞膜和胞浆的GLUT4表达。 3.APS在体外可活化C2C12细胞的AMPK,并主要通过AMPK途径增加其葡萄糖摄取。APS也能增加C2C12细胞高糖状态下的AMPK活性,提高细胞的葡萄糖摄取。