FSHW | 異補骨脂色烯查爾酮通過抑制MAPK/NF-κB信號通路改善胰島素抵抗

本文系Food Science and Human Wellness原創編譯，歡迎分享，轉載請授權。

Introduction

胰島素作為一種重要的生物活性物質，在人體外周和中樞組織的能量產生、代謝以及細胞存活和增殖中起著至關重要的作用，胰島素抵抗（insulin resistance，IR）會加劇2型糖尿病（T2DM）的發生和發展。肥胖是IR的主要驅動因素，也會導致T2DM患病率增加。作為胰島素的關鍵靶組織，脂肪組織中的慢性炎癥是導致IR發生和發展的核心因素。 研究表明，從天然產物中提取的活性成分可通過不同途徑增加胰島素的敏感性，對IR具有一定的改善作用。因此，我們從補骨脂中分離出一種異補骨脂色烯查爾酮（Isobavachromene，IB），這是一種已報道具有抗菌活性的類黃酮，但IB是否以及如何改善葡萄糖穩態和胰島素抵抗仍是未知的。本研究通過觀察IB對3T3-L1脂肪細胞葡萄糖攝取的影響以及對RAW 264.7巨噬細胞和3T3-L1脂肪細胞炎癥反應的影響，探討IB通過降低脂肪細胞炎癥反應從而改善IR的作用機制。

Results and Discussion

IB改善3T3-L1脂肪細胞的胰島素抵抗

為明確異補骨脂色烯查爾酮（IB，圖1A）是否能改善胰島素抵抗（IR），作者首先評估了其對3T3-L1脂肪細胞的影響。MTT試驗顯示，IB在25～100 μmol/L濃度范圍內無細胞毒性（圖1B）。在3T3-L1脂肪細胞中成功建立IR模型后，作者發現IB顯著促進脂肪細胞的葡萄糖攝取能力（圖1C）。此外，IB顯著增強了GLUT4的轉運（圖1D），且效果優于陽性對照原釩酸鈉。此外，通過分子對接預測IB在胰島素受體的Arg118和Phe64位點具有良好的結合能。為闡明IB在脂肪細胞中的降糖機制，作者發現IB激活了IRS-1/PI-3K/Akt軸，顯著增加PI-3K（P110α）的表達以及IRS-1和AKT的磷酸化水平，最有效濃度為50 μmol/L（圖1E）。為進一步驗證此結果，作者使用了特異性通路抑制劑Wortmannin，并檢測了PI-3K（P110α）和AKT的表達水平（圖1F）。結果表明，IB可通過激活PI-3K/AKT信號通路改善3T3-L1脂肪細胞的IR。

圖1 IB通過IRS-1/PI-3K/Akt信號通路改善3T3-L1脂肪細胞中的IR

IB對RAW264.7巨噬細胞炎癥水平的影響

IR通常伴有慢性炎癥狀態。因此，作者使用LPS誘導的RAW 264.7巨噬細胞炎癥模型，進一步研究了IB的抗炎作用。MTT試驗顯示，IB在25～100 μmol/L濃度范圍內無細胞毒性（圖2A）。在50 μM劑量下，IB顯著降低了一氧化氮（NO）（M1巨噬細胞的標志物）（圖2B）和誘導型一氧化氮合酶（iNOS，圖2C）的分泌。此外，炎癥因子TNF-α的產生增加對肥胖個體中IR的產生具有重要影響，作者發現IB顯著降低了TNF-α的分泌能力（圖2D）和轉錄水平（圖2E）。IL-6（圖2F，G）和IL-1β（圖2H，I）（細胞因子風暴中的關鍵分子）也被IB顯著降低。以上結果表明，IB對RAW264.7巨噬細胞具有良好的抗炎作用。

圖2 IB對LPS誘導的炎性巨噬細胞的影響

IB通過MAPK/NF-κB信號通路抑制RAW 264.7巨噬細胞中的炎癥水平

MAPK和NF-κB在炎性反應中發揮重要作用。在確定了IB具有良好抗炎作用的基礎上，作者試圖闡明其抗炎機制。通過Western blot發現IB顯著抑制RAW264.7巨噬細胞中P38、ERK和JNK蛋白的磷酸化（圖3A）。此外，TNF-α水平升高表明NF-κB可以通過復合物p65成分的核轉位激活炎癥基因。因此，作者進一步研究了IB對NF-κB信號通路的抗炎特性。觀察到IB顯著抑制RAW264.7巨噬細胞中NF-κB和iκB的磷酸化（圖3B），以及NF- κB的核轉位（圖3C）。這些結果表明，IB通過MAPK/NF-κB信號通路抑制LPS誘導的炎癥。

圖3 IB通過NF-κB和MAPK信號通路抑制RAW264.7巨噬細胞中的炎癥水平

IB改善3T3-L1脂肪細胞中炎癥導致的胰島素抵抗

為闡明3T3-L1脂肪細胞中炎癥和IR之間的因果關系。作者首先使用倒置顯微鏡捕獲Transwell小室的圖像，發現IB抑制RAW 264.7巨噬細胞向脂肪細胞的浸潤（圖4A）。MCP-1和MIP-1α是肥胖脂肪組織中巨噬細胞增殖的潛在刺激因子，可導致脂肪細胞炎癥，作者發現IB顯著降低了這些趨化因子的分泌（圖4B）及轉錄水平（圖4C，D），以及脂肪細胞中TNF-α誘導的IL-6（圖4E）和IL-1β（圖4F）的轉錄水平。此外，COX2是炎癥反應中常見的誘導酶，其轉錄（圖4G）和蛋白質表達水平（圖4H）也被IB顯著抑制。

圖4 IB通過抗炎調節3T3-L1脂肪細胞的IR

IB影響炎性3T3-L1脂肪細胞中的MAPK/NF-κB信號通路

在明確IB改善由炎癥引起的IR后，作者試圖進一步闡明其機制。使用Western blot發現IB（25～100 μmol/L）顯著降低了NF-κB的磷酸化水平（圖5A），以及JNK的磷酸化水平（圖5B），進一步表明IB通過MAPK/NF-κB信號通路改善炎性3T3-L1脂肪細胞中的胰島素抵抗。

圖5 IB調節炎性3T3-L1脂肪細胞中的MAPK/NF-κB信號通路（A）IB降低3T3-L1脂肪細胞中NF-κB的磷酸化水平；（B）IB降低3T3-L1脂肪細胞中JNK的磷酸化水平

Conclusion

本研究闡明了IB改善巨噬細胞炎癥以及脂肪細胞中炎癥導致胰島素抵抗的機制。作者發現IB通過抑制NF-κB和MAPK信號通路改善炎癥，從而增強受炎癥影響的胰島素敏感性。以上內容為IB相關降糖藥物的開發提供了基礎。

第一作者

劉振花，女，博士，碩士生導師。主要研究方向為（1）天然產物活性成分研究：以活性為導向的天然產物分離、結構鑒定；（2）藥理活性研究：活性成分的抗糖尿病、凝血、抗炎、免疫等活性的研究。先后主持國家自然科學基金青年基金1項，省部級項目4項。在Frontiers in Chemistry, Food and Chemical Toxicology, Molecules, Oxidative Medicine and Cellular Longevity, RSC Advances等期刊發表論文30余篇。

通信作者

叢斌院士，中國工程院院士，教授、主任法醫師，河北醫科大學原副校長。河北醫科大學法醫學、病理生理學、證據法學專業博士生導師，北京協和醫學院病原生物學專業博士生導師。現任十四屆全國人大常委會委員、憲法和法律委員會副主任委員，九三學社第十五屆中央專職副主席、河北醫科大學法醫學院院長。叢斌院士長期從事病理學，法醫學及分子生物學教學及科研工作，以第一完成人獲國家科技進步一等獎1項、國家科技進步二等獎2項、省部級科技進步一等獎3項，2018年獲何梁何利科學與技術進步獎，享受國務院政府特殊津貼。發表學術論文500余篇，主編專著及統編教材10部。培養博士、博士后80名,碩士107名。叢斌院士目前兼任中國藥典委員會執行委員、國家環保部環境損害鑒定評估專家委員會主任委員、國家食品藥品監督管理總局特殊醫學用途配方食品和特殊膳食食品抽檢監測牽頭分析專家委員會主任委員。

Isobavachromene ameliorates insulin resistance via inactivating the MAPK/NF-κB signaling pathway

Zhenhua Liua,b,c,1, Zhenhua Lianga,1, Lanting Xua,1, Jiajia Yuana,b, Yiqi Lia,b, Wenyi Kanga,c,d,*, Yan Zhanga,e,f,*, Bin Conge,*

a National R & D Center for Edible Fungus Processing Technology, Henan University, Kaifeng 475004, China

b Joint International Research Laboratory of Food & Medicine Resource Function, Kaifeng 475004, China

c College of Agriculture, Henan University, Kaifeng 475004, China

d Shenzhen Research Institute of Henan University, Shenzhen 518000, China

e Hebei Key Laboratory of Forensic Medicine, College of Forensic Medicine, Hebei Medical University, Shijiazhuang 050017, China

f Hebei Food Safety Key Laboratory, Hebei Food Inspection and Research Institute, Shijiazhuang 050091, China

1 Both authors contributed equally.

*Corresponding author.

Abstract

Inflammation caused by obesity, particularly in adipose tissue and the liver, can lead to insulin resistance (IR) and trigger type 2 diabetes mellitus (T2DM). It is crucial to identify therapeutic agents that alleviate IR by reducing inflammation. Here, we report that isobavachromene (IB), a flavonoid derived from Psoralea corylifolia Linn., ameliorates IR in 3T3-L1 adipocytes by inhibiting the mitogen-activated protein kinase (MAPK) and nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) signaling pathway. We first found that IB could promote glucose uptake in 3T3-L1 adipocytes by activating the phosphoinositide 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (Akt) signaling pathway and was more effective than the positive control sodium orthovanadate at concentrations ranging from 25 to 100 μmol/L. Additionally, IB inhibited RAW264.7 macrophage infiltration into 3T3-L1 adipocytes and suppressed the secretion of inflammatory factors from RAW264.7 macrophages, as well as the phosphorylation levels of key proteins (NF-κB p65, extracellular-signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2), Jun N-terminal kinase (JNK), and mitogen-activated protein kinase 38 (p38)) in the NF-κB and MAPK signaling pathways. In summary, IB improves glucose uptake in IR adipocytes, activates the PI-3K/Akt signaling pathway, inhibits the JNK and NF-κB inflammatory signaling pathways, and reduces adipocyte inflammation, thereby improving of IR in 3T3-L1 adipocytes.

Reference:

LIU Z H, LIANG Z H, XU L T, et al. Isobavachromene ameliorates insulin resistance via inactivating the MAPK/NF-κB signaling pathway[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(8): 9250369. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250369.

本文編譯內容由作者提供

編輯：梁安琪；責任編輯：孫勇

封面圖片：攝圖網

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