山楂总黄酮通过抑制酸性鞘磷脂酶/神经酰胺通路改善PM2.5诱发胰岛素抵抗的机制研究

The occurrence of insulin resistance (IR) is closely related to inflammation induced by atmospheric fine particles (PM2.5). Ceramide is produced by the hydrolysis of sphingomyelin by acid sphingomyelinase (ASMase). Ceramide is an important lipid messenger molecule that links inflammation and IR. Hawthorn flavonoids play an anti-inflammatory role by inhibiting the production of TNF-α. Our pre-research results showed that exposure to PM2.5 caused a significant increase in ceramide levels, which involved IR. Hawthorn flavonoids inhibited ASMase activity in skeletal muscle and alleviated PM2.5-induced IR. We hypothesized that hawthorn flavonoids can inhibit the expression of inflammatory factors induced by PM2.5, reduce the production of ceramide and alleviate IR. This project is to establish a mouse IR model of PM2.5 systemic inhalation and to carry out the intervention of hawthorn flavonoids, which explores the effect of hawthorn flavonoids on PM2.5-induced IR. Further, we use skeletal muscle cells to study the effect of hawthorn flavonoids on alleviating PM2.5 induced-IR through ASMase/ceramide pathway. This project will provide an important experimental basis for the prevention and treatment of Chinese medicine in atmospheric pollution-induced IR and PM2.5 health hazards.

胰岛素抵抗（IR）的发生与大气细颗粒物（PM2.5）诱发的炎症密切相关。神经酰胺由酸性鞘磷脂酶（ASMase）水解鞘磷脂生成，是连接炎症和IR的重要脂质信使分子。山楂总黄酮可抑制TNF-α生成起到抗炎作用。预研结果发现PM2.5暴露引起神经酰胺水平显著升高并参与IR的发生，且山楂总黄酮抑制骨骼肌ASMase活性，并改善PM2.5诱发的IR。我们假设山楂总黄酮能够抑制PM2.5所致炎症因子表达，减少神经酰胺的生成从而改善IR。本项目拟建立PM2.5全身吸入胰岛素抵抗小鼠模型并进行山楂总黄酮干预，探究山楂总黄酮对PM2.5诱发胰岛素抵抗的改善作用；进一步利用骨骼肌细胞研究山楂总黄酮通过ASMase/神经酰胺通路改善PM2.5暴露诱发骨骼肌胰岛素抵抗的作用机制。本项目将为阐释大气污染诱发胰岛素抵抗机制和PM2.5健康危害的中医药防治提供重要实验依据。

大气污染与胰岛素抵抗、糖尿病、非酒精性脂肪肝等代谢综合症密切相关，但其毒性作用及其机制远未阐清。本研究利用C57BL/6小鼠建立PM2.5全身暴露模型，并使用高低剂量的山楂总黄酮干预，深入探讨PM2.5诱发代谢综合症的机制。研究结果表明：1）在杭州地区PM2.5吸入暴露实验的全程中，PM2.5暴露或PM2.5暴露联合山楂总黄酮干预下小鼠体重，摄食量及各器官脏器系数各组之间均未出现显著差异。但PM2.5暴露的第4周，小鼠葡萄糖耐量及胰岛素敏感性即显著下降；PM2.5暴露的第8周，小鼠葡萄糖耐量及胰岛素敏感性依然显著下降，伴有空腹血糖及HOMA-IR指数显著上升；山楂总黄酮干预后，小鼠第4和8周葡萄糖耐量及胰岛素敏感性显著恢复，且空腹血糖及HOMA-IR指数在暴露的第8周显著下降。2）PM2.5暴露8周后，小鼠血清中甘油三酯（TAG）显著升高，肝脏TAG显著降低；脂质组学显示，PM2.5暴露导致血清101种TAG显著上升，肝脏52种TAG显著下降；山楂总黄酮干预后，血清70种TAG显著下降且其中63种与PM2.5所致上升重合，肝脏8种TAG显著恢复且其中6种与PM2.5所致下降重合；上述改变可能与PM2.5暴露影响肝脏脂质代谢功能有关。3）PM2.5吸入后小鼠肝脏组织脂质合成及脂质摄取受抑制，脂质分解及脂质分泌增强。具体表现为PM组小鼠肝脏脂质合成调控基因及蛋白（ACC1，FAS），脂质摄取基因及蛋白FABP1水平下调；PM组小鼠脂质分解调控基因及蛋白（HSL，ATGL），脂质分泌基因及蛋白（MTP，ApoB）水平上调。4）在山楂总黄酮干预下，小鼠脂质摄取基因及蛋白FABP1水平下降显著恢复，脂质分泌基因及蛋白（MTP，ApoB）水平上升显著抑制。5）山楂总黄酮血清代谢物经超高压液相色谱飞行时间质谱仪分析显示，山楂黄酮在血清中的有效活性成分主要为异阿魏酸、7-O-α-L-鼠李糖-3-O-β-D-葡萄糖山柰酚、芦丁、槲皮素-3-O-β-D-菝葜苷、绿原酸和金丝桃苷。综合以上结果，在山楂总黄酮干预下，PM2.5暴露引起的高血脂，高血糖以及胰岛素敏感性得到显著改善，肝脏内TAG正常水平得到恢复。本项目从中医药防治的角度为空气污染引发代谢综合症研究开辟新的视角，为环境污染引发代谢性疾病提供新的治疗靶标，为脂类物质代谢异常提供代谢库和新的潜在研究靶点。