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天然产物:调节葡萄糖代谢和改善胰岛素抵抗

阅读:2082
2020-10-15 15:25:17; 来源:Food Science and Human Wellness
责任编辑:食品科学
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许多研究证明,脂肪组织通过刺激脂肪骨骼肌的葡萄糖摄取,抑制肝脏的葡萄糖生成,来维持葡萄糖的稳态。胰岛素与其受体结合后,下游的信号转导主要由胰岛素受体底物-Ras-有丝分裂原-活化蛋白激酶(IRS-RaS-MAPK)和IRS-1-磷酸肌苷-3-激酶-蛋白激酶B(PKB,称为Akt)(IRS-1-PI3K-Akt)控制。前者在各种生物过程中起着重要的作用,如糖原的合成和代谢、葡萄糖的运输和利用,在胰岛素抵抗的发生和发展中必不可少,而后者则调节着细胞的生长和凋亡。

在肥胖的过程中,过量的游离脂肪酸和甘油三酯可沉积在肝脏和肌肉中。在肝脏中,游离脂肪酸的过度氧化最终导致大量活性氧的分泌,从而激活c-Jun N端激酶(JNK)。激活后,JNK可使IRS-1的苏氨酸和丝氨酸磷酸化,并抑制胰岛素刺激的IRS-1的酪氨酸磷酸化,从而阻止IRS-1与PI3K的调节亚单位p85的偶联。同时,在肥胖过程中,脂肪组织分泌的大量炎症细胞因子,如抵抗素和瘦素等,可激活肝细胞和肌肉细胞中细胞因子信号转导抑制剂(SOCS)的表达。过量的SOCSs可与胰岛素受体-IRS-1/2结合,从而阻断胰岛素诱导的IRS-1/2的酪氨酸磷酸化,最终抑制PI3K-Akt的激活,导致胰岛素抵抗。

许多植物的主要次生代谢产物被用作治疗多种疾病的潜在药物,包括萜类、生物碱、黄酮类、苯丙类等。鉴于大量文献报道天然产物的生物活性,特别是治疗糖尿病的生物活性,本文作者河南大学国家食用菌加工技术研发专业中心的Fatma S. A. Saadeldeen、Zhenhua Liu、Wenyi Kang等重点研究天然产物能够调节葡萄糖代谢、改善胰岛素抵抗的机制。

萜类化合物

从17属(14科)植物中分离出24 种萜类化合物(1~24)(图1),显示出调节葡萄糖代谢和改善胰岛素抵抗的作用。化合物1、20和21从五加科植物(人参、西洋参、西伯利亚人参)中获得。化合物11和12从松科植物(大冷杉、扭叶松)中分离出来。化合物2~7、10、14~21从不同科的植物中分离出来(茯苓、葫芦、珊瑚树、昂天莲、积雪草、番石榴、青钱柳、穿心莲、青木、车前、芍药、甜菊)。其他化合物(如熊果酸)在各种植物中广泛存在。这些萜类化合物的类型属于3 种四环三萜(1~3)、7 种五环三萜(4~10)、7 种萜类苷(13~21)和5 种二萜(11~12、22~24)。

图1 活性萜类化合物的结构

生物碱

7 种生物碱(25~31)(图2)包括异喹啉生物碱(25)、哌啶生物碱(26、30、31)、腺苷(27)、吡咯烷生物碱(28)和有机胺生物碱(29)。7 种生物碱从6 个物种中获得,分别是黄连(25)、苦参(26)、Grifola gargal(27)、九里香(28,29)、骆驼蓬(30)、桑树(31)。

图2 活性生物碱的结构

醌类

从4 种不同植物中分离出4 种醌类化合物(32~35)(图3)。化合物32和33为蒽醌类,化合物34为菲醌类,35为萘醌类。

图3 活性醌类的结构

苯丙类

12 种苯基丙酸类化合物(36~47)(图4)已显示出良好的胰岛素抵抗和葡萄糖代谢活性。它们从8 个物种(厚朴、水黄皮、肉豆蔻、黑果腺肋花楸、朝鲜当归、连翘、小构和丹参)中获得。

图4 活性苯丙类的结构

黄酮类

黄酮类化合物广泛存在于天然植物中,具有抗氧化、抗癌、抗菌、抗病毒、抗炎等强大的治疗作用。有37 种黄酮类化合物(48~84)(图5)具有改善胰岛素抵抗的活性,包括山酮类、黄酮类、黄烷类、花色苷和查耳酮类。从20 种不同的植物(黄芩、沙棘、补骨脂、紫穗槐、水翁、甘草、番茄、明日叶、水飞蓟、莽吉柿、小构、毛叶茶、茶、胡卢巴、肉桂、土肉桂、野葛、黄蜀葵、阳桃、黑果腺肋花楸和女贞)中分离出来。

图5 活性黄酮类的结构

甾体类

本文介绍了所报道的3 种活性化合物(图6)。麦角甾醇(ERG)(85),是从食用菌侧耳中分离出来的一种植物甾醇。

图6 活性甾体类的结构

酚类

白藜芦醇(RSV)(89),3,5,4′-三羟基-反式-苯乙烯,及其衍生物3-羟基-反式-苯乙烯(3(OH)ST)(90)和3,4′-二羟基-反式-苯乙烯(3,4′(OH)2 ST)(88),特别是,88能抑制脂肪细胞的分化,提高肌管内葡萄糖的利用率,从而使葡萄糖的利用率提高,减少肥胖(图7)。

图7 活性酚类的结构

杂项

据报道,4 种天然化合物(图8)具有改善胰岛素抵抗和葡萄糖代谢的作用。13-氧代-9,11-十八烯酸(13-oxo-ODA)(95)仅存在于番茄汁中。它作为一种强效的PPARα激动剂,表明有可能促进肥胖引起的血脂异常和肝脏脂肪变性。

图8 其他活性化合物的结构

Conclusion

IRS-RaS-MAPK和IRS-1-PI3K-Akt信号通路在改善葡萄糖代谢和胰岛素抵抗方面发挥着重要作用。与胰岛素信号通路相关的基因可调节相应蛋白的表达水平,从而影响GLUT4从细胞质到细胞膜的转运,最终起到增加葡萄糖摄取和改善胰岛素抵抗的作用。此外,它还参与了其他信号通路,如AMPK独立通路等。这些研究将为T2D的临床药物筛选提供最有效的帮助。

该文章《Natural products: Regulating glucose metabolism and improving insulin resistance》于2020年4月22日在线发表于Food Science and Human Wellness

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