黄连素通过抑制SMARCE1介导的糖酵解作用来缓解胰岛素抵抗

时间:2026年2月7日
来源:Biochemical and Biophysical Research Communications

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Coptisine通过抑制SMARCE1改善胰岛素抵抗和糖酵解代谢紊乱,为代谢性疾病治疗提供新靶点。

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张毅|王万秋|金奕轩|吴伟明|韩建妮|钱玲玲|张晓萌|金超
南京中医药大学附属常熟医院内分泌科,中国常熟215500

摘要

胰岛素抵抗(IR)是2型糖尿病和代谢综合征的核心病理特征,其中脂肪组织中的糖酵解代谢紊乱起着关键作用。黄连素(Cop)是一种天然生物碱,已被证明具有抗炎和降血糖作用;然而,其在胰岛素抵抗中的具体机制尚不清楚。本研究利用高脂饮食(HFD)诱导的胰岛素抵抗小鼠和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)刺激的脂肪细胞,系统评估了黄连素对胰岛素敏感性和糖酵解代谢的影响。通过葡萄糖耐量测试(GTTs)、胰岛素耐量测试(ITTs)、Seahorse代谢分析、定量聚合酶链反应(qPCR)、Western blotting和免疫组化等技术,探讨了其作用机制以及关键分子靶点SMARCE1的参与情况。黄连素显著改善了高脂饮食小鼠的胰岛素抵抗,降低了血清胰岛素水平,提高了胰岛素敏感性,并改善了脂肪组织结构。在脂肪细胞模型中,黄连素降低了糖酵解代谢物乳酸和丙酮酸的水平,以及关键糖酵解酶(包括己糖激酶2(HK2)、乳酸脱氢酶A(LDHA)和丙酮酸激酶M2(PKM2)的表达,同时减少了细胞外酸化率(ECAR)。进一步实验表明,黄连素在胰岛素抵抗条件下显著抑制了SMARCE1的表达,而SMARCE1的过表达则逆转了其对糖酵解的抑制作用。体内研究证实,SMARCE1的过表达会加剧胰岛素抵抗并上调糖酵解酶的表达。黄连素通过靶向SMARCE1介导的糖酵解通量抑制来改善胰岛素抵抗。这些发现阐明了黄连素在治疗代谢性疾病中的机制基础和潜在疗效。

引言

胰岛素抵抗(IR)是2型糖尿病(T2DM)、非酒精性脂肪肝病和代谢综合征的基本病理状态[1]。其特征是外周组织(如脂肪组织、肌肉和肝脏)对胰岛素的敏感性降低,导致葡萄糖稳态紊乱[2]、[3]。与胰岛素抵抗相关的代谢性疾病在全球的发病率持续上升[4]。根据国际糖尿病联合会的数据,2021年全球有超过5.37亿人患有糖尿病[5]。鉴于胰岛素抵抗作为这些疾病的关键前兆,阐明其机制并开发有效干预措施已成为代谢研究的核心挑战。
脂肪组织是胰岛素作用的主要靶点,在全身代谢调节中起着关键作用[6]。脂肪代谢功能障碍,特别是糖酵解的异常激活,与胰岛素抵抗的发病机制有关[7]。在高脂饮食(HFD)或慢性炎症等条件下,脂肪细胞表现出过度活跃的糖酵解,导致乳酸和丙酮酸等代谢物的积累[8]。这不仅损害了胰岛素信号传导,还通过重塑脂肪微环境(如促进M1巨噬细胞浸润)加重了胰岛素抵抗[9]。因此,针对脂肪组织中紊乱的糖酵解通量成为改善胰岛素抵抗的有希望的治疗策略。
糖酵解的稳态调节依赖于关键酶(如己糖激酶2(HK2)、乳酸脱氢酶A(LDHA)和丙酮酸激酶M2(PKM2)的表达和活性[10]。这些酶的调节涉及表观遗传修饰、转录因子和染色质重塑复合体等多层机制[11]。SMARCE1是SWI/SNF染色质重塑复合体的核心亚基,通过调节染色质可及性来调控靶基因转录,在癌症发生和胚胎发育等研究中已被广泛研究[12]、[13]、[14]。最新研究表明,SMARCE1通过上调糖酵解酶驱动癌细胞的“Warburg效应”(有氧糖酵解)[15]。然而,其在代谢性疾病(尤其是胰岛素抵抗)中的作用和调控机制仍不清楚。鉴于SMARCE1在糖酵解调节中的保守功能,我们推测它可能在脂肪代谢紊乱和胰岛素抵抗的发病机制中起重要作用。
天然产物是安全有效的治疗胰岛素抵抗的丰富来源[16]、[17]。黄连素(Cop)是从黄连中提取的异喹啉生物碱,是具有清热、祛湿、泻火和清除有害物质等传统中药功效的主要活性成分[18]。现代药理学研究证实了其抗炎、抗氧化和降血糖作用[19]。例如,黄连素可以通过调节肠道微生物群或增强糖尿病小鼠的葡萄糖代谢来降低餐后血糖[20]、[21]。然而,目前尚不清楚黄连素是否通过调节脂肪组织中的糖酵解代谢来改善胰岛素抵抗,其具体分子靶点(如SMARCE1的潜在作用)也未得到系统研究。
为填补这些研究空白,我们提出了一个核心假设:黄连素可能通过下调脂肪组织中的SMARCE1表达来缓解胰岛素抵抗,从而抑制关键糖酵解酶(HK2、LDHA、PKM2)的表达和活性,纠正糖酵解代谢紊乱,最终提高胰岛素敏感性。为了验证这一假设,我们计划系统评估黄连素对胰岛素抵抗表型和糖酵解代谢的影响,并探讨SMARCE1在黄连素诱导的代谢改善中的中介作用。本研究旨在揭示黄连素改善胰岛素抵抗的新机制,为预防和治疗胰岛素抵抗相关代谢性疾病提供新的分子靶点和有前景的候选化合物。

部分内容

动物饲养和模型建立

实验所用C57BL/6J雄性小鼠购自北京Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd.。经过7天的适应期后,所有动物实验均按照湖南Evidence-based Biotechnology Co., Ltd.伦理委员会批准的方案进行(批准编号:XZ20250718)。小鼠随机分为5组(每组6只):对照组、胰岛素抵抗组、黄连素组、黄连素+腺相关病毒(AAV)-oe-NC组和黄连素+ AAV-oe-SMARCE1组。

黄连素缓解高脂饮食诱导的胰岛素抵抗

在整个实验期间记录了小鼠的体重,胰岛素抵抗组的小鼠体重显著增加,而黄连素治疗部分减轻了高脂饮食引起的体重增加(图1A)。尽管各组之间的空腹血糖没有显著差异(图1B),但胰岛素抵抗组的血浆胰岛素水平显著升高,表明胰岛素敏感性受损。相比之下,黄连素处理组(黄连素组)的情况有所改善

讨论

胰岛素抵抗是2型糖尿病和代谢综合征的核心病理特征,相关研究主要集中在脂肪组织、肝脏和肌肉等靶组织的代谢紊乱上[25]。其中,脂肪组织中糖酵解的异常激活被认为是胰岛素抵抗发生的关键代谢触发因素[26]。在高脂饮食(HFD)或慢性炎症(如TNF-α刺激)等条件下,脂肪细胞中的糖酵解过度活跃,导致乳酸等代谢物的积累

CRediT作者贡献声明

吴伟明:验证、资源提供、实验实施。韩建妮:验证、实验实施。王万秋:初稿撰写、数据分析、概念构思。金奕轩:数据可视化、数据分析。张晓萌:资源协调、项目管理。金超:审稿与编辑、监督、项目管理、方法学设计。钱玲玲:数据可视化、软件操作。张毅:初稿撰写、方法学设计、实验实施、概念构思

数据可用性声明

本研究使用和/或分析的数据可从相应作者处获取。

伦理声明

所有动物实验均按照湖南Evidence-based Biotechnology Co., Ltd.伦理委员会批准的方案进行(批准编号:XZ20250718),所有操作均符合实验室动物护理和使用指南,并遵循ARRIVE准则。

利益冲突

作者声明没有利益冲突

资助

本工作得到了南京中医药大学自然科学基金的支持(编号:XZR2024132)。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

不适用。

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