基于肠道微生态、胰岛素信号通路和代谢网络调控的苦参抗糖尿病物质基础及作用机制研究

Recent studies have shown that type 2 diabetes is directly associated with intestinal dysbacteria. Chinese herbs “KuShen” which can clear away heat and dry dampness. Based on our preliminary studies which indicate the Sophora flavescens Ait. could improve high glucose-induced T2DM insulin resistance and inhibit non-enzymatic protein glycation end product formation, and according to traditional Chinese medicine therapeutic method of “Qingre and Zaoshi” and modern medicine theory about type 2 diabetes , this project will establish T2DM animals for evaluating the improvement of insulin resistance of Sophora flavescens Ait.. A metabonomic approach based on UPLC-MSn will be developed to characterize the serum/urine/faeces metabolic profiles associated with insulin resistance and investigate the intervention mechanisms of Sophora flavescens Ait.. Meanwhile, applied by metagenomics technique, species-level structural changes of gut microbiota mediated by Sophora flavescens Ait. will be resolved in a microbiome wide association study strategy. To determine the expression of LPS and related factors, specific inflammatory cytokines, insulin signaling pathway related cytokines or gene, protein and to study their internal relations. The implement of this subject will elucidate mechanism of improving insulin resistance in type 2 diabetes mellitus and therapeutic material basis of Sophora flavescens, and provide new research methods and ideas for other Chinese Traditional Medicine.

肠道菌群紊乱与2型糖尿病关系密切，可影响胰岛素抵抗通路信号水平并引起代谢网络变化。苦参味苦性寒，具有清热燥湿的功效。在前期研究表明苦参能够明显减轻高糖诱导糖尿病大鼠胰岛素抵抗状态、抑制蛋白非酶糖基化改善糖尿病微循环的基础上，本项目依据中医糖尿病清热燥湿治法，结合现代医学最新认识，从肠道菌群-内毒素-慢性炎症致病网络、胰岛素抵抗信号通路和代谢网络调控三个层次探讨苦参抗糖尿病物质基础及作用机制。构建T2DM动物模型，以苦参主要成分为干预手段，进一步开展苦参抗糖尿病药效学评价，结合UPLC-MSn技术从内、外源代谢组调控水平找到其治疗糖尿病的实验依据；采用宏基因组学考察给药后肠道菌群的结构变化，采用分子生物学技术发现活性成分对内毒素及相关因子、特异性炎症因子、胰岛素抵抗信号通路的调节作用，阐明苦参成分通过多靶点协同发挥抗糖尿病的作用机制，为中药抗糖尿病研究提供思路与方法学参考。

中药苦参味苦性寒，具有清热燥湿的功效，临床及现代药理已证实该药物有抗糖尿病作用，但其抗糖尿病的物质基础和防治机制尚不明确。本项目基于已有工作基础，结合现代医学最新认识，从肠道菌群-内毒素-慢性炎症致病网络、胰岛素抵抗信号通路和代谢网络调控多方面展开研究：对苦参黄酮成分进行化学研究，建立针对苦参中黄酮类化合物的质量控制方法，采用代谢组学联合网络药理学的新策略探索并确定了六个黄酮成分作为苦参黄酮的质量标志物，并优化了苦参总黄酮提取工艺；在前期研究基础上，基于2型糖尿病大鼠模型进一步筛选、验证了黄酮部位的抗糖尿病药效作用，其可降低糖尿病大鼠空腹血糖水平、升高体重，改善糖脂紊乱并减轻组织病理损伤；应用UHPLC-MS技术对苦参黄酮给药后大鼠血浆和尿液的原型黄酮成分及代谢产物进行检测，进一步阐明药效物质体内代谢过程及动力学行为，并结合检测短链脂肪酸和血浆代谢产物水平开展了基于“药物-机体”双重代谢网络的药效物质基础及作用机制研究；采用16S rRNA基因测序分析肠道菌群变化，采用LC-MS技术考察粪便代谢物水平，并整合代谢组学与微生物组分析结果，从“宿主-微生物代谢轴”角度探索苦参黄酮抗2型糖尿病作用机制，结果表明苦参可能通过调节菌群结构并介导宿主-微生物代谢轴发挥治疗糖尿病作用；同时，网络药理学和药理学验证结果表明，苦参黄酮也可以通过调节IRS1/PI3K/AKT和IKK/NF-κB/TNF信号通路减轻T2DM大鼠的胰岛素抵抗和炎症反应，从而直接或间接调节糖尿病大鼠的糖脂代谢。综上所述，苦参黄酮可能通过影响宿主-微生物代谢轴、PI3K/AKT和炎症通路等多条代谢途径发挥治疗T2DM的作用。项目的完成揭示了苦参多成分通过多靶点发挥抗糖尿病作用，为中药抗糖尿病作用研究提供思路与方法学参考，同时将为全面评价苦参质量、研发新药提供依据。