新型灰树花多糖结构鉴定及其基于IRS/PI3K信号通路的降糖分子机制研究

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灰树花(Grifola frondosa)属于多孔菌科、树花菌属,是一种珍贵的食、药兼用蕈菌。灰树花多糖作为主要的活性成分,具有降血糖、降血脂、抗菌、增强免疫功能、抗病毒、以及抑制肿瘤等生物活性。但灰树花多糖调整机体糖代谢的分子机制尚不明确。本文获得了2种新型灰树花多糖,在分子结构鉴定基础上,通过胰岛素抵抗HepG2细胞(IR-HepG2)和动物模型上研究灰树花多糖的降血糖的可能机制,为灰树花多糖在辅助降血糖营养和功能食品的研发提供理论基础。主要研究结果如下:(1)灰树花进行提取、分离和纯化得到两个具有降血糖活性的多糖组分GFP-N和GFP-W;结构鉴定表明,灰树花多糖组分GFP-N是由→2,6)-α-D-Manp-(1→4、α-L-Ara-f-C1→、β-D-Galp-(1→和→3,6)-β-D-Glcp-(1→这四种糖基组成,平均分子量(Mw)为1.26×107 Da,摩尔质量(Mn)为6.90×106Da。灰树花多糖组分GFP-W是由β-D-GlcpA→、1,2,6-α-Ga1、→2)-α-Manp→和→3)-α-L-Fucp-(1→组成,平均分子质量Mw为2.06×105 Da,摩尔质量Mn为1.66×105 Da。(2)利用HepG2胰岛素抵抗细胞模型和高脂高糖饲料结合腹腔注射链脲佐菌素诱导的2型糖尿病小鼠模型探究灰树花多糖GFP-N的降血糖作用及作用机制。灰树花多糖GFP-N对HepG2细胞无毒性作用;相比模型组,在作用浓度为100 μg/mL时,HepG2胰岛素抵抗细胞的葡萄糖消耗显著提高(p<0.05),在300 μg/mL时,达到极显著提高(p<0.01)。相对于模型组小鼠,低、高剂量GFP-N灌胃四周后的小鼠的空腹血糖值、糖化血红蛋白值显著下降(p<0.05),小鼠体重和胰岛β细胞功能指数(HOMA-β)显著提升(p<0.05),糖耐量水平以及肝组织和肾组织的炎症得到改善。相对于模型组,GFP-N能显著上调肝脏组织中IRS1、PI3K的mRNA表达,下调 JNK1/2 的 mRNA 表达(p<0.05)。同时,IRS1、PI3K 和 GLUT4相应蛋白表达量明显上升,JNK1/2蛋白表达量显著下调(p<0.05)。GFP-N对小鼠肠道菌群的影响结果表明:在门水平上,模型组Firmicutes和 Proteobacteria细菌丰度显著高于正常组,Bacteroidetes细菌数量显著减少;而经灰树花多糖处理后的小鼠肠道中Firmicutes细菌丰度显著低于正常组和模型组,且Bacteroidetes明显高于模型组。综上所述,GFP-N可以改善细胞胰岛素抵抗,促进葡萄糖消耗;GFP-N可以通过IRS/PI3K通路以及介导肠道菌群达到改善小鼠2型糖尿病的作用。(3)利用HepG2胰岛素抵抗细胞模型进行GFP-W降血糖作用及作用机制研究。研究结果表明,灰树花多糖GFP-W对HepG2细胞无毒性作用,且在浓度为1、5和25 μg/mL时显著提高HepG2胰岛素抵抗细胞的葡萄糖消耗量(p<0.01);基于IRS/PI3K信号通路对GFP-W降糖作用的分子机制研究表明,相对于模型组,GFP-W能显著上调IRS1、PI3K和GLUT4的mRNA以及靶蛋白表达,下调JNK1的mRNA和靶蛋白表达,达到改善细胞胰岛素抵抗,促进葡萄糖吸收。
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