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

Introduction

糖尿病（DM）是一組因胰島素絕對或相對分泌不足和（或）胰島素利用障礙引起的碳水化合物、蛋白質和脂肪代謝紊亂性疾病，以血漿葡萄糖升高為主要標志。而2型糖尿病（T2DM）是由于靶器官對胰島素的敏感性降低，胰島β細胞分泌胰島素障礙引起的，其發病機制是胰島素抵抗（IR）。IR的發展常伴有慢性炎癥。炎癥因子可干擾胰島素信號通路，加重IR。炎癥導致IR主要依賴于IRS1/PI3K/Akt信號通路中的IRS1。炎癥分泌可激活MAPK信號通路，促使JNK激活IRS1的絲氨酸和蘇氨酸殘基，抑制IRS1正常酪氨酸位點的磷酸化，進而抑制PI3K/Akt信號通路，抑制脂肪細胞中GLUT4的轉運，導致外周組織胰島素利用減少，最終導致IR。因此，IRS1磷酸化在炎癥誘導的胰島素信號和IR受損中起關鍵作用。

天然產物，特別是萜類化合物，因其作用有效、過程溫和、毒副作用低，已被報道具有良好的降糖作用，在治療T2DM及其并發癥中發揮重要作用。補骨脂為豆科植物補骨脂（Psoralea corylifolia L.）的干燥果實，具有溫腎助陽的功效，外用消風祛斑，同時具有抗腫瘤、抗菌、抗炎和降血壓等生物活性。從補骨脂中分離得到的補骨脂酚（BL）可改善糖尿病小鼠的血糖水平，減輕高血糖引起的糖尿病性心肌病。然而，BL改善高脂飲食引起的糖脂代謝紊亂和胰島素抵抗的潛在能力尚不清楚。為闡明這一點，作者利用多組學技術以及脂肪細胞和巨噬細胞兩種細胞系，發現BL通過抑制TLR4/NF-κB和MAPK信號通路，從而激活SOCS3/IRS1介導的胰島素信號傳導抑制。本研究首次揭示了BL有效改善炎癥誘導的胰島素抵抗和炎癥引起的糖脂代謝紊亂的機制。

圖1 BL通過抗炎改善糖脂穩態的機制圖

Results and Discussion

BL改善T2DM小鼠的糖脂穩態和炎癥因子水平

為確定補骨脂酚（BL結構式如圖2A）的降糖作用，作者首先評估了BL對T2DM小鼠血糖參數和胰島素水平的影響。結果發現，BL可顯著降低小鼠空腹血糖（FBG）、糖化血清蛋白（GSP）水平（圖2B、C），且效果優于陽性藥二甲雙胍，同時發現可顯著升高小鼠的胰島素水平（圖2D）。為闡明BL降血糖的作用機制，進行了IBT定量蛋白質組學分析。

根據GO富集分析，根據富集因子的大小排序，發現BL治療組的抗炎功能最顯著。此外，腸道調節（胰液分泌、腸道膽固醇吸收）、脂質代謝（甘油三酯、血漿脂蛋白和膽固醇）和抗氧化（氧化還原酶活性和類視黃醇代謝）功能也發生改變（圖2E）。為進一步確認蛋白質組學結果，作者對上述生物過程進行了逐步驗證。

首先是對細胞因子分泌的驗證。ELISA法檢測小鼠血清中IL-6、TNF-α水平，發現BL可顯著降低STZ誘導的炎癥因子升高。隨后，使用16S rRNA測序和HPLC檢測短鏈脂肪酸含量，驗證了BL對腸道的調節功能。結果顯示，BL降低了Lachnospiraceae的豐度，增加了Roseburia的豐度。Lachnospiraceae是腸道的核心菌，主要通過產生乙酸為宿主提供能量；而Roseburia是一種抗炎因子，可以產生大量的丁酸與宿主相互作用。脂肪酸含量結果表明，經過BL處理后，乙酸豐度顯著降低，丁酸豐度顯著升高。這與菌群測序結果一致，進一步證明了BL可通過腸道微生物及其代謝物與宿主相互作用，發揮抗炎功能。

進一步，作者驗證了BL的脂質代謝功能。結果表明，BL可有效降低血清甘油三酯（TG）、總膽固醇（TC）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平（圖2G和H），同時可升高高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）水平（圖2H）。通過H&E染色觀察到BL改善了糖尿病小鼠肝臟和胰腺組織的損傷（圖2I和2J）。此外，顯著降低MDA水平和顯著增加CAT、SOD和T-AOC水平（圖2K），BL可以有效地減弱組織過氧化損傷，驗證了蛋白質組學功能的預測結果。

上述證據表明，包括腸道菌群、IR的病理基礎以及氧化應激誘導的炎癥，都表明BL可能主要通過抗炎發揮其降糖功能，下一步作者將研究BL如何通過抗炎調節葡萄糖穩態。

圖2 BL對T2DM小鼠的降糖作用

BL可改善3T3-L1脂肪細胞的IR

胰島素受體信號通路阻斷是糖尿病人發病的主要機制，并常伴有炎癥。因此，為了證實BL對IR和降糖活性的影響，作者首先研究了BL在3T3-L1脂肪細胞中的作用。MTT實驗表明BL在3.25至50 μmol/L的濃度范圍內，無細胞毒性（圖3A）。在脂肪細胞誘導分化成熟后，發現BL顯著促進脂肪細胞的葡萄糖攝取能力（圖3B），顯著促進GLUT4轉錄（圖3C）和蛋白表達水平（圖3D），其作用與陽性對照正釩酸鈉（Van）相當。為闡明BL在脂肪細胞中的降血糖途徑，作者發現BL激活了胰島素通路的中心環節IRS1/PI3K/Akt軸，并且PI3K的催化亞基p110α被BL顯著提高，IRS1和Akt的表達和磷酸化水平也同樣升高（圖3E和F）。之后，使用特異性通路抑制劑Wortmannin（Wort），檢測p110α和Akt的表達水平（圖3G和H）。結果證實BL可通過激活PI3K/ Akt信號通路改善3T3-L1脂肪細胞的IR。

圖3 BL通過IRS1/PI-3K/Akt信號通路改善3T3-L1脂肪細胞胰島素抵抗

BL抑制LPS誘導的RAW264.7細胞的炎癥和氧化應激

通過LPS誘導的RAW264.7細胞炎癥模型來證實BL的抗炎作用。MTT法發現，在3.125～50 μmol/L濃度范圍內，BL對細胞活力沒有影響（圖4A），故選擇12.5～50 μmol/L作為給藥濃度。BL顯著抑制NO分泌能力（圖4B）、誘導型一氧化氮合酶（iNOS）轉錄水平（圖4C）和蛋白表達（圖4D），這是TLR配體和炎癥細胞因子誘導M1巨噬細胞的特征分子。BL還顯著抑制環氧化酶2（COX-2）的轉錄（圖4E）和蛋白表達水平（圖4F），COX-2是炎癥反應中常見的誘導酶。此外，BL同樣降低了促炎細胞因子如IL-6（圖4G）和TNF-α（圖4H）的水平。

接下來，作者試圖闡明BL減輕LPS誘導炎癥的機制。在糖尿病小鼠的蛋白質組測序結果中，GO分析也顯示了與MAPK通路激活相關功能的富集。此外，BL處理顯著抑制LPS誘導的RAW264.7細胞中p38、ERK和JNK蛋白的磷酸化水平（圖5A）。此外，TNF-α水平升高提示NF-κB可通過復合物p65組分的核易位引起炎癥基因的激活，而TLR作為先天免疫系統的組成部分，可識別微生物組分的分子模式，TLR4/NF-κB信號通路可導致機體炎癥。因此，作者研究了BL對TLR4/NF-κB信號通路的抗炎作用。結果表明，BL有效抑制了RAW264.7細胞中TLR4、MyD88、TICAM1的轉錄水平（圖5B），以及NF-κB磷酸化和NF-κB（I-κB）表達（圖5C）。此外，通過激光共聚焦觀察到，BL顯著抑制NF-κB的核易位（圖5D）。此外，流式細胞術分析顯示，BL顯著降低了RAW264.7細胞中LPS誘導的ROS含量（圖5E）。這些實驗結果表明，BL對LPS誘導的炎癥和氧化應激具有抑制作用。

圖4 BL對LPS誘導的RAW264.7細胞炎癥的影響

圖5 BL通過TLR4/NF-κB和MAPK信號通路抑制RAW264.7細胞的炎癥

BL通過抗炎改善3T3-L1脂肪細胞的IR

進一步，本文旨在闡明炎癥與IR之間的因果關系。首先通過倒置熒光顯微鏡觀察Transwell小室，研究RAW264.7細胞向脂肪細胞的遷移過程（圖6A）。結果發現，BL抑制了RAW264.7細胞向脂肪細胞的浸潤（圖6B）。同樣，BL降低了脂肪細胞中TNF-α刺激引起的炎癥因子和趨化因子的升高（圖6C）。SOCS3作為泛素化的連接蛋白，可以競爭性地抑制IRS1的磷酸化，從而導致IR。因此，Western blot分析顯示，BL顯著降低了SOCS3的表達，提高了IRS1的磷酸化水平。這些發現表明，BL可有效改善3T3-L1脂肪細胞炎癥誘導的IR（圖6D）。此外，BL降低了TNF-α刺激升高的NF-κB磷酸化和I-κB表達水平（圖6E），同樣降低了JNK的磷酸化水平，進一步證實了BL具有良好的抗炎和降糖作用。

圖6 BL通過抗炎緩解3T3-L1脂肪細胞IR

Conclusion

本研究探討了BL降低胰島素抵抗和改善糖脂代謝的具體機制。結果發現BL通過抑制TLR4/NF-κB和MAPK信號通路減輕炎癥，進一步影響JNK/SOCS3/IRS1通路改善胰島素抵抗。以上內容為BL相關降糖藥物的開發提供了基礎。

作者簡介

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。

Bakuchiol ameliorates glycolipid homeostasis by reducing inflammation

Zhenhua Liua,b,c,1, Xiaoqing Xua,1, Zhenhua Lianga,1, Yixiao Chena,b, Qiuyi Wanga,b, Wenyi Kanga,b,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

Inflammatory stimulation plays a significant role in the development and worsening of insulin-resistant diabetes. Therefore, it is crucial to identify therapeutic agents that can alleviate insulin resistance by targeting inflammation. Here, we present evidence that Bakuchiol (BL), a monoterpene phenolic compound first discovered from Psoralea corylifolia L. as traditional Chinese medicine, can effectively improve insulin resistance in diabetic mice through anti-inflammation. Our findings demonstrate that BL alleviates inflammation by inhibiting the toll-like receptor 4/nuclear factor κB/mitogen-activated protein kinase axis, consequently enhancing insulin receptor signaling through the c-Jun N-terminal kinase/suppressors of cytokine signaling 3/insulin receptor substrate1 pathway and improving glucolipid homeostasis. Furthermore, the insulin recovery achieved with BL (60 mg/kg) was comparable to that of metformin (200 mg/kg). These results provide further support for considering BL as a potential treatment option for insulin-resistant diabetes mellitus.

Reference:

LIU Z H, XU X Q, LIANG Z H, et al. Bakuchiol ameliorates glycolipid homeostasis by reducing inflammation[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(6): 3159-3170. DOI:10.26599/FSHW.2023.9250052.

本文編譯內容由作者提供

編輯：梁安琪；責任編輯：孫勇

封面圖片由AI生成

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