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免疫抑制剂姜黄素逆转胰岛素抵抗的研究

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维普资讯 http://www.cqvip.com 第28卷 第5期 2007矩 中山大学学报(医学科学版) V01.28 No.5 9月 JOURNAL OF SUN YAT—SEN UNIVERSITY(MEDICAL SCIENCES) Sep. 2007 ・基础研究・ 免疫抑制剂姜黄素逆转胰岛素抵抗的研究 郭颖,高毅,刘永光 (南方医科大学珠江医院器官移植科,广东广州 510282) 摘要:【目的】为探讨姜黄素(curcumin)对胰岛素抵抗的治疗作用及其机制。【方法】利用胰岛素抵抗的小 鼠模型,观察姜黄素对小鼠胰岛素抵抗的水平、转录因子I-KBot、循环细胞因子的变化。【结果】①姜黄素能抑制 TNFot刺激Fao细胞NF—KB激活;②姜黄素治疗后小鼠的空腹血糖水平没有明显下降,但空腹胰岛素的水平下 降约30%,葡萄糖耐量曲线的水平也明显下降;③循环中TNF0【[(34.5+3.4)pg/mL VS(31.3+1.1)pg/mL]水平没有 明显改变,而IL一1B[(33.9+3.2)pg/mL VS(15.6+1.1)pg/mL]和IL-6[(72.1+9.8)pg/mL VS(47.2+5.3)pg/mL]水平 明显被抑制;④胰岛素刺激的IRS一1酪氨酸的磷酸化水平明显升高,而胰岛素受体的磷酸化水平没有明显改变。 与IRS一1酪氨酸的磷酸化水平平行,P85的磷酸化水平也明显升高,AKT的磷酸化的水平也明显升高。【结论】 姜黄素能提高小鼠胰岛素敏感性,有治疗改善肥胖诱导的胰岛素抵抗的作用。 关键词:姜黄素;NF—KB;胰岛素;抵抗 中图分类号:R302.1 文献标识码:A 文章编号:1672—3554l2007)05—0481—04 Immune Inhibitor Curcumin Reverses Insulin Resistance GUO Ying,GAO Yi,LIU Yong-guang (Department of Organs Transplantation,Zhujiang Hospital,Nanfang Medical University,Guangzhou 510282,China) Abstract: 【Objective】To investigate inhibitory effect of curcumin and its mechanism on insulin resistance. 【Methods】Curcumin co-operated high fat diets were tested for the effect of curcumin on obesity induced insulin resistance in rodent mode1.Transcription factor I and circulating cytokines were also detected after curcumin treatment.【Results】(1)Curcumin inhibited TNFot—stimulated NF—KB activation in Fao cells.(2)The fasting plasma glucose level was not obviously decreased after the treatment of curcumin,but the level of fstaing insulin decreased by about 30%.Furthermore,the level of glucose tolerance curve dropped signiifcantly.(3)The level of TNFot[(34.5+3.4) pg/mL VS(31.3+1.1)pg/mL]in circulation Was not obviously changed,but the level of IL一1B【(33.9+3.2)pg/mL VS (15.6+1.1)pg/mL]and IL一6【(72.1+9.8)pg/mL VS(47.2+5.3)pg/mL]was suppressed dramatically.(4)IRS一1 tyrosine phosphorylation levels stimulated by insulin obviously increased,but the phosphorylation level of insulin receptor did not change.Being parallel with tyrosine phosphorylation levels of IRS一1,the phosphorylation levels of P85 and AKT increased accordingly.Signiifcantly improved insulin sensitivity Was observed in groups wiht curcumin.【Conclusion】 Curcumin inhibits NF-KB dependent inflammatory pathway and reverses obesity—induced insulin resistance. Key words:curcumin,NF-KB,insulin,resistance fJ SUN Yat-sen Univ(Med Sei),2007,28(5):48l_484】 姜黄(CurcurealongaL.)是常用中药,l临床上用 于活血、行气、通经、止痛。姜黄素(curcumin)是一种 黄色色素。从姜黄中提取得到的主要有效成分。近 年来。大量研究发现它具有免疫调节、抗氧化、抗炎 在实验室资料中姜黄素是良好的免疫调节剂,并有 结果提示姜黄素可以抑制宿主抗移植物反应,而且 提高受体动物的存活率I5一。在实验研究中,炎症又 与胰岛素抵抗密切相关[’.8]。炎症被证实是代谢综 合征的共同土壤,联想到许多抗炎药物如阿司匹林 及抗肿瘤、抗动脉粥样硬化等生理和药理作用[ 。 收稿日期:2007—03—18 基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(973项目,2oo6CB95039o0) 作者简介:郭颖(1963一)。女,安徽宿州市人,副教授,副主任医师,主要从事免疫抑制剂与胰岛素抵抗的临床和实验研究,E-mail guohanjingO01@163.COIl1. 维普资讯 http://www.cqvip.com

482 中山大学学报(医学科学版) 第28卷 可以逆转胰岛素抵抗,本文尝试利用姜黄素治疗肥 胖合并极度胰岛素抵抗的炎症模型,并对姜黄素逆 转胰岛素抵抗的机制作初步探讨。 1材料与方法 1.1 材 料 1.1.1姜黄素购于印度亚洲公司(纯度99%)。 1.1.2动物Obob雄性小鼠16只,8周龄、空腹体 质量(33~38 g),购自南京国家模式动物中心,用含 脂肪6.4%的标准饲料饲养,实验前1周纪录小鼠 的饲料摄取、空腹血糖、空腹胰岛素水平及体量等。 1.1.3 FAO细胞 购自The American Type Culture Collection(ATCC)。 1.1.4试剂 IR、IRS一1、AKT、P85多克隆抗体由 Steven Shoelson实验室(Joslin Diabetes Center, Harvard)提供。FBS TNFct、胰岛素购自Sigma,St. Louis USA,I—KBot抗体,IKK ̄/抗体,购于Santa Cruz, CA, GST—I—KB(1—54) 底物由Boston Biologicals,Wellesley,MA合成。 1.2方 法 1.2.1 体外细胞实验 FAO细胞使用培养液 DMEM(购自Gibco公司),细胞置于37 oC,5%CO: 的培养箱中培养 在10 cm培养皿用10 mL DMEM+1O%FBS含有高浓度葡萄糖(25 mmol/L)的 培养液中培养至80%重叠率,经5 mL 0.I%BSA孵 育16 h后接受不同浓度(O~40 umol/L)的姜黄素预 处理,然后接受鼠TNFct 10 nmol/L刺激处理,于2O min后用预冷的PBS终止,并收集细胞,用于制作 蛋白匀浆,备用,I—KBot的水平用免疫印迹的灰度 表示 NF—KB的活性用20 min内试验细胞和对照 细胞I—KBot灰度差值表示。 1.2.2动物实验利用食物参入法制成含2%姜黄 素的颗粒饲料(Lab Diets,5oo8),低温保存。动物饲养 环境为通气,层流环境,恒温(23 oC)、恒湿,12 h 明暗光照循环,24 h随意饮食环境.动物购入后第 5天开始接受口服葡萄糖耐量试验,并留取空腹血 浆作血浆胰岛素水平,和其它循环因子的检查。在 验证空腹血糖和胰岛素水平后动物被随机分成两 组,并接受姜黄素治疗,对照组用颗粒饲料5008作 为对照。每天记录动物的摄食量,每3周测量空腹 血糖并留取空腹血浆1次,第6周空腹状态下进行 第2次1:3服葡萄糖耐量试验,并留取空腹血浆。试 验后继续接受姜黄素治疗,第7周于空腹状态下接 受5 U/kg胰岛素富强注射,注射后5 min整,用断颈 法迅速处死动物,留取肝脏经液氮过渡后在一8O℃ 低温冰箱保存,作胰岛素信号分析之用。血浆多种 循环炎症细胞因子的检查用Linco Research的 Luminex试剂盒并采用Luminex 200监测结果 1.2_3免疫印迹细胞或组织裂解液(30 mmol/L Hepes,150 mmol/L NaC1, 1%Triton X一100,pH 7.4。蛋白酶抑制剂由1 mmol/L PMSF 3 Ixmol/L aprotinin,5 Ixmol/L pepstatin,10 Ixmol/L leupeptin, 25 mmol/L Benzamidin,2 mmol/L Na—vanadate, 5 mmol/L p—glycerolphosphate, 10 mmol/L NaF, 1 mmol/L Ammonium Molybdate, 30 mmol/L tetrasodium pyrophosphate,5 mmol/L EGTA)裂解细 胞,SDS一聚丙烯酰胺凝胶(6%),蛋白加热变性后 每孔加30 lJ,g,电转移仪将蛋白转到PVDF膜。5% 脱脂奶粉TBS—T缓冲液洗膜,加一抗,4℃孵育过 夜,TBS—T缓冲液洗膜,加过氧化物酶标记的IgG 抗体(购自Amersham USA),室温1 h,TBS—T缓冲 液洗膜,加ECL 1 min,暗室显影2~3 min后冲洗胶 片。凝胶成像分析系统摄像。 1.2.4统计学分析采用t检验 2 结 果 2.1 姜黄素抑制NF—KB的量效和时效关系 Fao细胞在10 cm2培养皿用10 mL在10% FBS+DMEM含有高浓度葡萄糖的培养液中培养至 8O%重叠,经5 mL 0.1%BSA孵育16 h后接受姜黄 素预处理:剂量关系用梯度浓度如图1所示,时效 曲线用30 Ixmol/L。预处理后接受鼠TNF 10 nmol/L 刺激处理,于20 min后用预冷的FBS终止,并收集 细胞,用于制作蛋白匀浆。用免疫印迹检测匀浆内 I—KBa的水平。如图1A所示:20 Ixmol/L姜黄素2O min预处理能够抑制TNF刺激的IKBct的降解。从 姜黄素的时效关系图1B可见,姜黄素有效剂量3O  ̄mol/L对NF.KB的抑制作用在30-60 min时最强。 2.2姜黄素以逆转肥胖小鼠的胰岛素抵抗 经过6周姜黄素的治疗,小鼠的空腹血糖水平没 有明显下降,但空腹胰岛素的水平下降约30%(图 2),1:3服葡萄糖耐量曲线的水平也明显下降(图2A), 曲线下面积的比较有明显差异( O.O1)。由空腹血糖 和胰岛素水平计算的HOMA指数[用FBS(mmoVE)× 胰岛素(mmol/L)/22.5计算]也呈明显降低(尺O.O5,图 2C),提示小鼠对胰岛素抵抗的水平得到明显改善。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第5期 郭颖,等.免疫抑制剂姜黄素逆转胰岛素抵抗的研究6 5 4 483 cureumin 0 0 5 10 20 40 I ̄mol/L(20 min) mTNFa2.3 姜黄素对循环细胞因子的影响 Obob小鼠治疗6周后的空腹血浆用Linc0 Research Luminex试剂盒同时检测细胞因子IL— 3 2 l O 圈0豳1圈豳豳豳 0 10-10 10 10 I ̄mo-一 …… l /L(加mi nl 15 30 60 min Cureumin 0 lB,IL一6和TNFc ̄的水平。如图3所示:尽管循环 30 咖 (20min) _i亏亏重蚕IKBa B 胰岛素的水平明显下降,但TNFot『(34.5 ̄3.4)pg] mL VS(31.3±1.1)pg/mL]水平没有明显改变,与之 mTNFa 0 10 10 10 10 10 10 10 10 10 l ̄mol/L 图l姜黄素作用的量效关系与时效关系 Fig.1 Dose and tinle responsive effects on NF—KB 对应,循环中IL—lB[(33.9 ̄3.2)pg/mL VS(15.6± 1.1)pg/mL]和IL-6[(72.1±9.8)pg/mL VS(47.2± 5.3)pg/mL]水平明显被抑制(P<0.05)。 inhibition from curcumin 一一 薯 0—0 帕0H 1.6 1.2 一 芸 8 j O.8 0.4 O O t/min l00 150 A Conlrol xa 口一 芸0}I B C 加 m 5 O 图2姜黄素逆转小鼠胰岛素抵抗 Fig.2 Curcumin reversed insulin resistance in obob mice A:Glucose levels during GTY;B:Fasting insulin levels after treatment;C:Homa index 质经6%的SDS-PAGE分离,转移到PVDF膜上。用 4G10、P85、AKT抗体作免疫印迹。如图4所示:胰岛 素刺激的IRS—l酪氨酸的磷酸化水平明显升高,而 一60 皂 晏30 胰岛素受体的磷酸化水平没有明显改变。与IRS—l 酪氨酸的磷酸化水平平行,P85的磷酸化水平也明显 升高,AKT的磷酸化的水平也明显升高。 Control 0 Cureumin ・—一pIRS-I ・—一pIR 图3姜黄素对循环细胞因子的影响 Fig.3 Curcumin inhibited cytokines circulation levels 2.4姜黄素为胰岛素信号的增效剂 经胰岛素刺激的肝脏组织在液氮下作粉碎并以 l%Trit0n XlO0 RAPA(含有全部蛋白酶抑制剂,和 A i 圄 蛋白磷酸酶抑制剂)缓冲液在冰点匀浆。经全速4 cI= 离心30 min取上清液(1 mg蛋白质)作IRS—l和IR 图4姜黄素对obob小鼠胰岛素信号的作用 Fig.4 Curcumin improved insulin signaling 联合免疫沉淀。经上样缓冲液释放的沉淀目标蛋白 维普资讯 http://www.cqvip.com

484 中山大学学报(医学科学版) 第28卷 3 讨 论 胰岛素抵抗(IR)及胰岛B细胞功能减退是2 型糖尿病发病机理的重要环节『9_.目前被认为是一 个慢性非特异性炎症过程,胰岛素对胰岛素敏感组 织作用的缺陷(肝脏、脂肪组织、骨骼肌)会导致慢 性、低水平炎症状态的恶化,任何与慢性炎症有关 的过程都会削弱胰岛素的作用。作为恶性循环.胰 岛素抵抗又会使炎症恶化『l0l。在抗炎药物对胰岛素 抵抗有逆转作用的报道之后,我们探索新的抗炎药 物对胰岛素抵抗的治疗作用。姜黄素是继阿司匹林 后又一个具有类似协同作用的活性成分…1。在姜黄 素治疗6周后.尽管治疗组和对照组的体重没有明 显改善,但小鼠空腹血糖的水平明显下降,而且胰 岛素的水平也明显降低.提示胰岛素的敏感性明显 升高,葡萄糖耐量曲线在治疗后也明显改善.说明 小鼠整体对葡萄糖的处理能力明显升高.即obob 小鼠的胰岛素抵抗的水平得到明显改善。这些都进 一步说明姜黄素治疗改善肥胖诱导的胰岛素抵抗。 研究证实NF—s:B是启动和控制炎症的主要核 转录因子.在非激活条件下,NF—s:B和胞浆内一种 被称为NF—s:B的抑制物(I—s:B)的蛋白质结合处于 无功能状态 我们利用胰岛素敏感组织来源的细胞 系FAO.验证了姜黄素能够抑制TNFot刺激的 I ̄Bct的降解.继而抑制NF—KB的活性。我们推测 在高度肥胖NF—KB高度激活的肥胖小鼠obob体 内,姜黄素可能具有更加明显的改善代谢的作用。 在NF—s:B激活的模型上我们证实炎症激发的 高水平循环细胞因子是系统性胰岛素抵抗的原因。 采用细胞因子的中和抗体可以逆转胰岛素抵抗,在 N KB抑制型模型.胰岛素敏感性升高,而且循环中 细胞因子的水平较低。在肥胖发生过程中,NF—s:B活 性与动物的体重呈正相关。Obob小鼠的肝脏,脂肪 以及淋巴组织中NF—s:B的活性水平升高,循环细胞 因子的水平增高,这些都说明炎症介质与胰岛素抵 抗的关系 经姜黄素治疗的肥胖动物循环中细胞因 子IL_1.IL_6水平均明显下降,由于IL_1和IL_6是 NF-KB活性的重要因子,因此,我们认为姜黄素 在胞浆内有多个作用靶点,通过对上述细胞因子的 抑制作用.影响NF—KB的活性,继而达到逆转胰岛 素抵抗和改善胰岛素敏感性的作用。在肝脏组织的 胰岛素信号检测中,胰岛素刺激的IRS一1酪氨酸磷 酸化的水平明显升高,AKT的活性也明显增强。这些 结果都进一步说明肥胖小鼠胰岛素的敏感性在治疗 后得到了改善,姜黄素能提高obob小鼠胰岛素的敏 感性,姜黄素作为一个免疫调节剂用于抑制免疫排 斥的同时,对系统性炎症也有抑制作用.可能是通过 抑制NF—s:B来改善胰岛素敏感性的。 参考文献 【1】HUANG H C,JAN T R,YEH S F.Inhibitory effect of curcumin, an anti—inflammatory agent, on vascular smooth muscle cell proliferation fJ].Eur J Pharmacol, 1992,221(3):381—384. 【2】 CHEN H W.HUANG H C.Effect of cureumin On ce11 cycle progression and apoptosis in vascular smooth muscle cells叨.Br J Pharmacol,1998,124(/):1029-1040. f33】 SIDHU G S,MANI H,GADDIPATI J P, et a1. Curcumin enhances wound healing in streptozotocin induced diabetic rats and genetically diabetic mice fJ]. Wound Repair Regen,1999,7(7):362-374. [4] NAITO M,wU X,NOMURA H,et a1.Tlhe protective effects of tetrahydrocurcumin on oxidative stress in cholesterol-fed rabbits fJ].J Atheroscler Thromb,2002, 1 1(9):243—250. 【5】 SHARMA S, CHOPRA K, KULKARNI S K,et a1. Resveratrol and curcumin suppress immune response through CD28/CTLA-4 and CD80 CO—stimulatory pathway fJ].Clin Exp Immunol,2007,147(7):155—163. 【6】 JAGETIA G C,AGGARWAL B B.“Spicing Up”of the Immune System by Curcumin fJ].J Clin Immunol,2007, 27(7):19-35. 【7】 YUAN M, K0NSTANT0P0UL0S N,LEE J, et a1. Reversal of obesity-and diet—induced insulin resistance with salicylates or targeted disruption of Ikkbeta fJ]. Science,2001,293(5535):1673-1677. 【8】 CAI D,YUAN M,FRANTZ D F,et a1.Local and systemic insulin resistance resulting from hepatic activation of IKK-beta and NF—kappaB fJ】.Nat Med, 2005,l1(7):183—190. 【9】 程桦,严励,傅祖植.糖尿病综合研究10年 (1992—2001年)[J].中山大学学报:医学科学版, 2003,24(1):1-6. 【10】FERN CNDEZ—REAL J M, RICART W. Insulin resistance and chronic caridovascular inflammatory syndrome fJJ.Endocrine Reviews,2003,24(4):278—301. 【l1】0SAwA T, KATO Y.Protective role of antioxidative food factors in oxidative stress caused by hyperglycemia fJ].Ann N Y Acad Sci,2005,1043(6):440—451. (编辑徐 杰) 

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