糖尿病是由胰島素分泌不足或胰島素抵抗(IR)引起的糖、脂肪和蛋白質代謝失調綜合徵。它是一種慢性內分泌系統紊亂,主要表現為長期高血糖。糖尿病主要分為1型和2型糖尿病(T2DM),其中T2DM佔所有糖尿病病例的90%~95%。近幾十年來,全球T2DM患病率持續以驚人的速度增長。
苦蕎(tartary buckwheat)學名韃靼蕎麥,具有很高的食藥兩用價值。苦蕎營養豐富,富含蛋白質、維生素、膳食纖維、黃酮類化合物和多種微量礦物質元素等營養物質。研究發現苦蕎蛋白具有降膽固醇、抑制脂肪蓄積、抗衰老、抑制大腸癌和乳腺癌、抑制膽結石等作用。貴州醫科大學基礎醫學院,生物化學與分子生物學教研室的費 燁、王 雍、李紅梅*等人前期採用鹼性蛋白酶酶解苦蕎清蛋白後發現酶解物具有體外抗氧化活性,並且分子質量小於3 kDa的酶解物抗氧化活性最強。因此該研究將苦蕎清蛋白酶解物(TBAH)超濾後,採用分子質量小於3 kDa的TBAH作用於高糖高胰島素誘導的人肝細胞癌細胞系HepG2 IR模型,探討TBAH對細胞IR的影響及其可能的機制。
1、TBAH的氨基酸組成
由表1可知,TBAH富含穀氨酸(Glu)和精氨酸(Arg),質量分數分別為14.47%和14.13%,其他帶電荷的極性氨基酸如天冬氨酸(Asp)、組氨酸(His)和賴氨酸(Lys),質量分數分別為7.58%、6.79%和6.83%,酸性氨基酸和鹼性氨基酸的質量分數為49.80%;總的非極性疏水性氨基酸(甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、脯氨酸(Pro)、纈氨酸(Val)、亮氨酸(Leu)、異亮氨酸(Ile))的質量分數為33.78%;芳香族氨基酸中苯丙氨酸(Phe)質量分數為5.67%,酪氨酸(Tyr)質量分數為3.00%;而含硫氨基酸量很少,如甲硫氨酸(Met)質量分數為1.93%,半胱氨酸(Cys)質量分數僅為0.17%。
2、TBAH對IR HepG2細胞的葡萄糖消耗的影響
如表2所示,在HepG2細胞中,25 mmol/L葡萄糖和1 μmol/L胰島素聯合作用36 h可顯著降低葡萄糖消耗量,IR組較正常對照組葡萄糖消耗量下降66%,表明高糖高胰島素可誘導HepG2細胞IR。羅格列酮和TBAH作用後可提高葡萄糖消耗,TBAH的作用更強,並且呈劑量依賴性。結果表明TBAH可以減輕IR。
3、TBAH對IR HepG2細胞氧化指標的影響
如表3所示,25 mmol/L葡萄糖和1 μmol/L胰島素孵育HepG2細胞36 h,導致丙二醛(MDA)、一氧化氮(NO)和活性氧(ROS)水平升高,同時超氧化物歧化酶(SOD)活力下降,乳酸脫氫酶(LDH)活力升高,說明在IR時氧化應激增強。與IR模型組相比,羅格列酮和TBAH可顯著降低MDA、NO和ROS水平(表3和圖1),同時提高SOD活力,降低LDH活力。TBAH對SOD的影響呈劑量依賴性。結果表明TBAH能改善IR的氧化損傷。
4、TBAH對IRS-1/PI3K/Akt胰島素訊號通路的影響
如圖2所示,高糖高胰島素誘導的IR模型中,p-IRS-1(Ser307)表達水平增加,說明IR的發生與IRS-1的磷酸化調節密切相關,而羅格列酮和TBAH能明顯地逆轉這種變化。其次,IR模型中,PI3K、p-Akt表達水平降低,而羅格列酮和TBAH能促進PI3K、p-Akt的表達,結果提示TBAH對IR的改善可能與細胞中Akt蛋白的磷酸化調節有關。與IR模型組相比,羅格列酮和TBAH能促進葡萄糖轉運蛋白4(GLUT4)蛋白的表達,其中TBAH對GLUT4的影響呈劑量依賴性,說明TBAH透過促進GLUT4的表達提供細胞對葡萄糖的利用,從而降低血糖。
綜上所述,在高糖高胰島素誘導的IR中,TBAH可防止HepG2細胞氧化-抗氧化系統失衡,透過抑制IRS-1蛋白Ser307磷酸化,啟用PI3K/Akt訊號通路,增加GLUT4的表達,進而促進細胞對葡萄糖的攝取,從而改善IR。