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Introduction
2型糖尿病（T2DM）给患者和医疗系统带来了巨大的负担，也是全世界的主要死亡原因之一。根据国际糖尿病联盟的数据，目前有4.15亿人患有糖尿病，预计到2045年这一数字将持续上升到7亿以上。T2DM以胰岛素抵抗为特征，被认为占糖尿病总病例的90-95%。越来越多的证据表明，胰岛素抵抗可以加强患者多器官损害的病理进展，包括肾脏和肝脏。过去的研究主要集中在糖尿病的神经、血管和肾脏损害方面。肝脏是调节血糖平衡的关键。近年来，随着越来越多的糖尿病病例，糖尿病肝脏损伤受到越来越多的关注。
龙胆科植物被广泛用于医药或茶叶的治疗目的。在西伯利亚的游牧民族中，饮用苦味龙胆茶的做法越来越受欢迎。这些茶已被广泛用作治疗与食物消费有关的各种消化系统疾病。龙胆根提取物是在日本注册和使用的一种苦味食品添加剂，其主要成分为龙胆苦苷和獐芽菜苷。龙胆科植物黄秦艽（Veratrilla baillonii Franch）是云南地区少数民族习用药材，因其广泛的生物活性，也被称为“金不换”。当地民间医生常用其治疗肝炎引起的黄疸和药物引起的肝炎。
本课题组前期工作已经证实，黄秦艽可以缓解乌头类植物诱导的抗肝毒性作用，并通过调节糖代谢和胰岛素抵抗而具有模拟胰岛素的作用。为进一步挖掘其提取物（WVBF）对糖尿病肝损伤的保护机制，中南民族大学生命科学学院阎春兰副教授、中南民族大学药学院黄先菊教授等在本文评估了WVBF对高脂肪和高糖饮食（HFD）结合注射链脲霉素（STZ）诱导的T2DM大鼠的抗糖尿病作用。并系统地阐明了WVBF对改善糖尿病引起的多器官损伤的作用机制。研究生张志豪、马立群副教授为并列第一作者。
Results and Discussion
WVBF可以改善T2DM大鼠的一般状况、体重、糖代谢和胰岛素敏感性
临床观察结果显示，给药6周后，与模型组相比，黄秦艽明显改善糖尿病大鼠的毛色（图2A），减轻糖尿病大鼠体重（图2B）降低肝脏和肾脏的器官系数（图2C），降低FBG水平（图2D），改善葡萄糖耐量（图2E&2F）及胰岛素抵抗（图2G-I），表明黄秦艽对二型糖尿病大鼠有明显的降血糖作用。
WVBF治疗减轻了T2DM大鼠肝脏、肾脏的病理损伤，改善了肝功能
病理观察显示，黄秦艽给药组的肝细胞脂肪变性水肿和炎症细胞浸润明显减弱，肝脏中的胶原纤维化明显减少，肝细胞中性脂肪明显减少。肾脏纤维化也有明显改善，肾脏糖原含量明显下降。对胰腺、脂肪细胞的病理改变也有逆转作用。
免疫组化结果显示，黄秦艽提取物明显减少糖尿病大鼠肝脏中的α-SMA表达，改善T2DM大鼠的肝脏纤维化。肝功能测试表明黄秦艽给药后明显逆转了模型大鼠血清中AST、ALT、ALP和γ-GT的水平升高（图3）。并减轻了T2DM大鼠肝脏的氧化应激和炎症反应，明显逆转SOD活性、GSH-Px和MDA水平的失衡。减少促炎介质TNF-α和IL-6释放。
WVBF调节T2DM大鼠肝脏中IRS1/PI3K/AKT途径的蛋白表达
用Western blot评估了肝脏中IRS/PI3K/AKT信号通路的表达水平和激活状态。如图4所示，模型组大鼠肝脏中IRS1、PI3K和AKT的磷酸化p85亚基的表达水平较NC组明显下降，说明WVBF可以通过调节IRS1/PI3K/AKT通路改善T2DM大鼠的糖代谢。
WVBF调节T2DM大鼠骨骼肌中IRS1/PI3K/AKT/AMPK/GLUT4的蛋白表达
骨骼肌是胰岛素抵抗的主要目标之一，选择骨骼肌组织探讨WVBF改善胰岛素抵抗的潜在机制。如图5所示，与正常组相比，模型组骨骼肌中IRS/PI3K/AMPK/AKT途径的蛋白表达水平受损，表现为p-PKC-θ和p-IRS1（S307）的表达水平增加，p-PI3K、p-AMPK和p-AKT的表达水平下降。对于葡萄糖代谢，IRS/PI3K/AMPK/AKT信号通路的关键目标之一是GLUT4。结果显示，T2DM大鼠的GLUT4总表达量没有变化，但与膜相关的GLUT4却减少。由于IRS/PI3K/AMPK/AKT途径活性受损，WVBF治疗恢复了膜上GLUT4的减少。
总之，本研究观察了WVBF缓解T2DM大鼠的治疗作用，包括改善胰岛素抵抗、高血糖和血脂异常等。其作用可通过增强PKC-θ/IRS1/PI3K/AKTl和AMPK信号途径促进GLUT4的转位。WVBF治疗明显逆转了IRS-1在Ser307、PI3K、AMPK和AKT上的异常磷酸化水平，以及膜GLUT4的减少。此外，高血糖和异常的脂质代谢物激活PKC-和PKC-θ，通过丝氨酸-苏氨酸激酶级联，促进IRS1的丝氨酸磷酸化，钝化其活性，最终导致胰岛素信号传导受损。T2DM大鼠骨骼肌中PKC-θ的磷酸化水平急剧增加，WVBF治疗可抑制上述机制（图6），表明抑制IRS1的丝氨酸磷酸化可能是治疗与T2DM相关的胰岛素抵抗的重要潜在靶点。WVBF治疗也通过增加AMPK的磷酸化而明显激活AMPK，这意味着AMPK介导的能量平衡参与了WVBF的治疗作用。
Conclusion
黄秦艽可改善T2DM大鼠的胰岛素抵抗、高血糖和血脂异常，并减轻了多器官损伤。胰岛素和AMPK信号通路的调节参与了WVBF对T2DM大鼠药理作用的功能机制。研究结果为WVBF在T2DM中的治疗作用提供了理论依据。
第一作者
阎春兰，女，博士，现为中南民族大学生命科学学院副教授，主要研究方向为：功能性食品开发与应用。目前参与国家自然科学基金、湖北省自然科学基金等项目多项，在国内外期刊公开发表学术论文20余篇，授权国家发明专利2项。
通信作者
黄先菊，女，中南民族大学药学院三级教授，现任中南民族大学实验动物中心主任及湖北省民族药物研发检测共享平台负责人。为教育部国家级金课“药理学”负责人，“民族药学全国高校黄大年式教师团队”骨干成员。先后主持完成“十二五”国家科技支撑计划项目子课题1项，国家自然科学基金项目3项，省部级项目6项。发表学术论文100余篇，主编学术著作2部，参编4部，获专利授权12余项，软件著作权2项。曾获湖北省教学成果奖特等奖、中国民族医药学会科技进步一等奖、湖北省科技进步二等奖等省部级奖励6项。
Veratrilla baillonii Franch alleviate the symptoms of diabetes in type 2 diabetic rats induced by high-fat diet and streptozotocin
Chunlan Yana,1, Zhihao Zhangb,1, Liqun Maa,1, Xinyi Xub, Muhammad Azharc, Xianju Huangb,e,*, Jianxun Shid, Jun Lib
a College of Life Sciences, South-Central Minzu University, Wuhan 430074, China
b College of Pharmaceutical Science, South-Central Minzu University, Wuhan 430074, China
c Department of Biosciences, COMSATS University Islamabad, Sahiwal 57000, Pakistan
d Zhejiang Pharmaceutical University, Ningbo 315100, China
e Ethnopharmacology Level 3 Laboratory, National Administration of Traditional Chinese Medicine, South-Central Minzu University, Wuhan 430074, China
1 Both authors contributed equally.
*Corresponding author.
Abstract
Our previous research studies have shown that Veratrilla baillonii Franch, a food supplement used by ethnic minorities in Southwest China, has multiple pharmacological activities, such as detoxif ication, antiinflammatory, antioxidant, and anti-insulin resistance. However, the detailed signal pathways for its salutary effect on damages in multiple organs due to type 2 diabetes mellitus (T2DM) remains unclear. The current study is to evaluate the therapeutic effects of V. baillonii on T2DM rats and to explore the underlying mechanisms. The T2DM rat model was successfully established by a high-sugar and high-fat diet (HFD) combination with intraperitoneal injection of a small dose of streptozotocin (STZ, 35 mg/kg). Biochemical analysis and histopatholgical examinations were conducted to evaluate the anti-diabetic potential of water extracts of V. baillonii (WVBF). The results showed that the WVBF treatment can improve hyperglycemia and insulin resistance, ameliorate the liver, kidney and pancreas injuries via decreasing inflammatory cytokines such as IL-6 and TNF-α, and oxidative damages. Further investigation suggested that WVBF modulates the signal transductions of the IRS1/PI3K/AKT/GLUT4 and AMPK pathways. These f indings demonstrate potentials of WVBF in the treatment of T2DM and possible mechanisms for its hepatoprotective activities.
Reference:
YAN C L, ZHANG Z H, MA L Q, et al. Veratrilla baillonii Franch alleviate the symptoms of diabetes in type 2 diabetic rats induced by high-fat diet and streptozotocin[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(3): 1378-1389. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250116.
文章编译内容由作者提供
编辑：梁安琪；责任编辑：张睿梅
封面图片来源：图虫创意
为提高我国食品营养与安全科技自主创新和食品科技产业支撑能力，推动食品产业升级，助力‘健康中国’战略，北京食品科学研究院、中国食品杂志社将与湖北省食品科学技术学会、华中农业大学、武汉轻工大学、湖北工业大学、中国农业科学院油料作物研究所、中南民族大学、湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所、湖北民族大学、江汉大学、湖北工程学院、果蔬加工与品质调控湖北省重点实验室、武汉食品化妆品检验所、国家市场监管重点实验室（食用油质量与安全）、环境食品学教育部重点实验室共同举办“第五届食品科学与人类健康国际研讨会”。会议时间：2024年 8月 3—4 日，会议地点：中国 湖北 武汉。
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