基于代谢组学联合分子对接探讨芹黄素对胰岛素抵抗、血糖稳态的作用机制

Worldwide, Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is a major public health challenge owing to its high prevalence and increasing trend. However, the mechanism of T2DM is still unclear. It’s important to uncover some interventions that are effective on some key targets. Before, we studied and observed a significant negative effect of elevated XO activity on insulin resistance (IR) and the incidence of T2DM.We also found that Apigenin, a flavone derived from food, who has a significant and positive effect on glycolipid metabolism and XO activity, and also, has been found correlated with anti-inflammatory and anti-oxidative stress on the pathway of IR in animal pre-experiment and other researches. Thus, we hypothesis that Apigenin could be used for improve IR and glucose homeostasis. However, it’s still need to be verified by intervention on animal models and clinical research volunteers to clarify the related mechanism. In this study, we plan to conduct a randomized controlled trials and an animal experiment to reveal the effect of Apigenin on glucose homeostasis indexes. Metabolomics will be conducted to screen differential metabolites, and mathematical models will be performed for the pathway of Apigenin and XO activity in the development of IR and glucose metabolism disorders. Molecular docking technique is used for clarifying the effect of Apigenin on XO chemically.

2型糖尿病(T2DM)的发病率在全球范围内逐年增长，严重威胁着人类健康，因此亟待明确其致病机制，并找到有效作用于关键靶点的干预措施。本课题组此前研究发现黄嘌呤氧化酶（XO）活性改变在胰岛素抵抗（IR）、T2DM的发病过程中作用显著；动物预实验与文献结果均表明，芹黄素，一种来源于食物的黄酮类化合物，可能与调节糖脂代谢、XO活性有关；研究表明其与抗IR相关的抗炎症、氧化应激密切相关。因此提出假设：芹黄素可能在一定程度上具有改善IR、调节血糖的作用，而其可能通过抑制XO活性从而发挥效用。然而以上理论有待在人群、动物中有针对性地观察和验证，并对机制进行深入探讨。本研究拟对人群、动物展开芹黄素的干预性研究，以观察芹黄素的对血糖稳态指标的影响;采用代谢组学方法筛选差异代谢产物并建立模型，以探讨芹黄素、XO在血糖调节中的作用机制。采用分子对接技术辅助阐明芹黄素是否具有抑制XO活性的化学实质而发挥作用。

2型糖尿病(T2DM)的发病率在全球范围内逐年增长、亟待明确其致病机制，并找到有效作用于关键靶点的干预措施。项目主持者此前研究发现黄嘌呤氧化酶（XO）活性改变在胰岛素抵抗（IR）、T2DM的发病过程中作用显著，提出假设：芹黄素可能在一定程度上具有改善IR、调节血糖的作用，而其可能通过抑制XO活性从而发挥效用。然而以上理论有待有针对性地观察和验证，并对机制进行深入探讨。在体内实验观察到芹黄素对高脂饮食诱导、 db/db 小鼠分别干预后均起到T2DM血糖稳态调节作用。通过 HepG2 细胞构建的IR模型验证了芹黄素在体外能够缓解IR，恢复细胞糖摄取能力。此外，通过体外实验，用 HepG2 细胞作为模型，采用分子对接得分预测联合等离子表明共振法（SPR），验证了芹黄素在体外对XO活性存在靶向抑制作用。进一步，对XO活性抑制后调控血糖和胰岛素稳态的机制进行了非靶向、靶向代谢组学研究：发现了芹黄素干预下调节T2DM血糖稳态相关的系列差异代谢物，靶向定量关键产物赖氨酸及其降解代谢物 2-AA。靶向检测发现干预组与对照组相比小鼠肝脏中赖氨酸、 2-AA含量明显升高。之后采用体外实验验证了 XO 抑制能够提高 HepG2 细胞中赖氨酸、 2-AA 含量。进一步探索 XO 调控了何种蛋白使赖氨酸在肝脏中含量增多。 肝脏中参与赖氨酸转运的蛋白为 CAT-2，赖氨酸含量的升高理论上与转运蛋白在膜上表达增多相关。因此，对小鼠肝脏和 HepG2 细胞进行了验证，发现干预组小鼠肝脏中 CAT-2 表达明显上调， XO敲低的 HepG2细胞中 CAT-2表达明显上调，而 XO过表达的 HepG2细胞中 CAT-2 表达明显下调，验证此前假设。以上研究在人群中，过FFQ问卷联合生化指标与代谢组学联合检测，经过长期随访，平行验证了芹黄素摄入水平高与T2DM发病、血糖稳态指标存在显著负向关联。 本研究阐释了芹黄素通过靶向抑制XO活性进而维持T2DM血糖稳态，可作为调节血糖的潜在有效的天然植物化学物。本研究不仅仅为开发安全性更好，提取成本相对较低的XO抑制剂提供前景，同时侧面证明了前期研究发现：XO为T2DM发病过程中的关键靶点，另外，本研究提示了芹黄素可作为潜在靶向抑制XO进而可有效控制血糖的天然植物化学物，为今后开发辅助治疗T2DM的天然产物、有效降糖方案提供理论依据