摘要糖尿病是全球健康的严重威胁之一。肝糖异生作为维持空腹血糖的重要途径,抑制异常增加的肝糖异生是抗糖尿病药物的重要作用机制之一。筛选具有抗糖异生活性的化合物,探究糖异生的调控机制,是新型抗糖尿病活性先导化合物发现的重要手段。<br> 研究目的:以肝脏为靶组织,利用小鼠原代肝细胞糖异生模型评价SL010110对糖异生的影响,探索SL010110抑制糖异生的分子机理,并在体内模型上评价SL010110的抗糖尿病作用。同时,本论文也对SL010110的结构改造化合物SL011094进行了初步的体外活性评价和机理探索。<br> 实验方法:利用C57BL/6J小鼠原代肝细胞研究SL010110在基础和Forskolin诱导状态下对糖异生的作用。利用ob/ob小鼠原代肝细胞研究SL010110在糖尿病状态下对糖异生的影响。利用丙酮酸耐量实验在正常和糖尿病小鼠中评价SL010110对体内糖异生的影响。利用实时荧光定量PCR检测糖异生的关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvatecarboxykinase,PEPCK)、葡萄糖-6-磷酸酶(Glucose-6-phospatase,G6pase)以及果糖-1,6-二磷酸酶(fructose-1,6-biphosphatase,FBPase)基因表达水平。利用活性试剂盒检测SL010110对PEPCK活性的影响,并采用免疫印迹手段检测PEPCK1的蛋白水平。采用免疫沉淀方法富集细胞中表达的PEPCK1,并通过免疫印迹检测PEPCK1泛素化、乙酰化修饰以及与PEPCK1共沉淀的蛋白水平。利用蛋白酶体抑制剂和p300抑制剂探索SL010110抑制糖异生与PEPCK1蛋白降解和乙酰化的关系。采用免疫沉淀方法富集细胞中表达的p300,通过活性试剂盒检测p300乙酰基转移酶活性,或利用免疫印迹检测p300乙酰化修饰以及与p300共沉淀的蛋白水平。利用活性试剂盒检测SL010110对Sirts(Sirtuins)活性的影响。通过NAD+合成前体β-烟酰胺单核苷酸(β-Nicotinamidemononucleotide,NMN),探究SL010110抑制糖异生与Sirt2活性的关系。在对Sirt2抑制剂Sirtinol的研究中,利用p300抑制剂阐明p300在Sirt2调控PEPCK1降解和糖异生过程中的作用。利用2型糖尿病ob/ob小鼠研究SL010110单次给药后对小鼠肝脏Sirt2活性、p300活性及PEPCK1蛋白表达的影响。利用原代肝细胞和线粒体检测SL010110对细胞耗氧速率和线粒体呼吸链复合物活性的影响。此外,在2型糖尿病db/db小鼠和ob/ob小鼠中评价SL010110长期给药后对糖尿病小鼠代谢紊乱的治疗作用。在体外模型上也利用类似手段对SL011094进行药效研究和初步机制探索。<br> 实验结果:SL010110在原代培养的正常小鼠和ob/ob小鼠肝细胞中抑制糖异生,单次口服给药后可显著改善正常和糖尿病小鼠丙酮酸耐量。SL010110不影响糖异生相关基因PEPCK、G6pase和FBPasemRNA的表达,但抑制PEPCK活性并降低PEPCK1蛋白水平。SL010110可促进PEPCK1蛋白泛素化,蛋白酶体抑制剂可阻断SL010110降低PEPCK1蛋白水平和抑制糖异生的作用。SL010110促进PEPCK1蛋白乙酰化,该作用与其增加细胞内p300乙酰基转移酶活性相关,p300抑制剂可逆转SL010110的促PEPCK1乙酰化和抑制肝糖异生作用。SL010110可显著降低细胞中NAD+/NADH,抑制Sirt2活性,外源性补充NMN后可阻断SL010110对Sirt2的抑制作用以及对p300活性和PEPCK1乙酰化的促进作用,也可逆转SL010110抑制肝糖异生的作用。Sirt2抑制剂Sirtinol可增加细胞内p300乙酰基转移酶活性和乙酰化水平并抑制糖异生,且p300参与Sirt2调节PEPCK1乙酰化和调控肝糖异生的作用。ob/ob小鼠单次口服给与SL010110后肝脏中PEPCKmRNA表达无明显改变,但PEPCK活性和PEPCK1蛋白水平显著下降,PEPCK1和p300乙酰化水平升高,Sirt2活性被抑制,肝脏中NAD+/NADH降低。此外,SL010110在高剂量下可抑制细胞耗氧速率和线粒体复合物1的活性,促进乳酸释放,该作用可能也参与SL010110对肝糖异生的调控。SL010110长期口服给药后降低2型糖尿病db/db小鼠和ob/ob小鼠空腹和随机血糖水平,降低糖化血红蛋白水平,改善糖耐量,提示该化合物具有糖尿病治疗作用。此外,对SL010110的结构改造物SL011094的初步研究发现,SL011094具有相较于SL010110更强的糖异生抑制活性,SL011094抑制糖异生作用与其促进PEPCK1蛋白降解相关,且该化合物对线粒体复合物1有更强抑制作用。与SL010110相比,SL011094在较低剂量时即显示出对线粒体复合物1的抑制作用。<br> 结论:SL010110可通过抑制Sirt2,活化p300,促进PEPCK1蛋白乙酰化和进一步泛素化降解,抑制肝糖异生。SL010110长期口服给药后降低2型糖尿病db/db小鼠和ob/ob小鼠血糖水平以及糖化血红蛋白水平,改善其糖尿病相关代谢紊乱症状。本论文的研究为SL010110作为抗糖尿病活性先导化合物的进一步开发奠定基础。
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