枸杞多糖對HepG2細胞胰島素抵抗的改善作用及機制研究*

許 拓，凌宏艷+，龍 佳，何劍琴，楊絲絲，朱責梅，顏燦群Δ，奉水東

枸杞多糖對HepG2細胞胰島素抵抗的改善作用及機制研究*

許 拓1，凌宏艷1+，龍 佳2，何劍琴1，楊絲絲1，朱責梅1，顏燦群2Δ，奉水東3Δ

（1.南華大學生理學教研室，2.附屬第二醫(yī)院內(nèi)分泌科，3.社會醫(yī)學與衛(wèi)生事業(yè)管理學教研室，湖南衡陽421001）

目的：觀察不同濃度的枸杞多糖（LBP）對HepG2細胞胰島素抵抗的影響并探討其機制。方法：采用高糖高胰島素處理HepG2細胞24 h建立胰島素抵抗細胞模型后，用臺盼藍檢測活力大于95%的HepG2細胞，以104／孔密度接種于 96孔板內(nèi)，細胞貼壁后以 30μg／ml、100μg／ml、300μg／ml的 LBP培養(yǎng) 48 h，200μl／well，各組均設 4個復孔。檢測不同濃度的LBP對HepG2細胞活性及胰島素抵抗的影響；細胞內(nèi)丙二醛（MDA）含量和超氧化物歧化酶（SOD）的活性；各組細胞胰島素信號轉(zhuǎn)導通路中相關(guān)蛋白（IRS-2、PI3-K、Akt、GLUT2）的表達。結(jié)果：MTT顯示：與正常對照組相比，IR模型組MDA含量顯著升高，SOD活力明顯降低，同時IRS-2、PI-3K、Akt、GLUT2蛋白表達水平明顯下降；與IR模型組相比，中、高濃度LBP組MDA的含量明顯降低，SOD的活力顯著升高，且IRS-2、PI-3K、Akt、GLUT2蛋白表達水平明顯升高；在相同的時間內(nèi)，隨著LBP濃度的增加，OD值逐漸降低；在同一濃度干預下，隨著時間的延長，OD值也逐漸降低；葡萄糖消耗實驗表明中、高濃度的LBP可顯著提高胰島素抵抗HepG2細胞的葡萄糖消耗量，而低濃度LBP對HepG2細胞葡萄糖消耗量無明顯影響。結(jié)論：中、高濃度枸杞多糖能改善HepG2細胞胰島素抵抗，其作用機制可能與降低細胞氧化應激水平及提高胰島素信號傳導通路相關(guān)蛋白表達有關(guān)。

枸杞多糖；HepG2細胞；胰島素抵抗；氧化應激；胰島素信號通路

胰島素抵抗（insulin resistance，IR）是2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）的重要發(fā)病機制之一，伴隨T2DM發(fā)生發(fā)展的整個過程［1-2］，另外IR是肥胖、高血壓、動脈粥樣硬化等代謝相關(guān)疾病的共同病理生理基礎［3］。因此，尋找改善IR藥物日益被人們所重視。

枸杞多糖（lyceum barbarum polysaccharide，LBP）是從枸杞中提取出來的具有多種生物活性的大分子物質(zhì)，是枸杞發(fā)揮各種作用的主要成分之一［4］。研究顯示：LBP能提高鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠視網(wǎng)膜超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活力，降低丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平［5-7］；LBP可以改善HepG2細胞的胰島素抵抗；LBP也能降低2型糖尿病患者血糖、升高胰島素水平［8］。這些研究提示：LBP在降血糖、改善胰島素抵抗、抗氧化應激等方面均有較好的效果，但目前尚無對其分子機制的研究。為此，本研究觀察不同濃度的LBP對HepG2細胞胰島素抵抗的影響并探討其機制。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

HepG2細胞由湖南省南華大學附屬第二醫(yī)院臨床研究所饋贈，枸杞多糖購自上海江萊生物科技有限公司，DMEM培養(yǎng)基購于美國Gibco公司，血清購于美國Hyclone公司，MTT粉購于美國Sigma。SOD和MDA測試盒購于南京建成生物研究所；兔抗GLUT2多克隆抗體購于美國stant，兔抗PI3-K多克隆抗體購于美國CST，兔抗Akt多克隆抗體購于美國proteintech，兔抗IRS2多克隆抗體購于Abcam。

1.2 HepG2細胞胰島素抵抗模型的建立

將處于對數(shù)生長期的HepG2細胞用胰蛋白酶消化后，1 000 r／min離心5 min收集細胞，加新鮮培養(yǎng)液吹打細胞成單細胞懸液，調(diào)整細胞密度為106cells／ml，均勻接種于96孔培養(yǎng)板中，待細胞貼壁后，更換為含高糖高胰島素的DMEM培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h，通過葡萄糖消耗實驗判斷胰島素抵抗細胞模型的建立。

1.3 MTT比色法

用臺盼藍檢測活力大于95%的HepG2細胞，以104／孔密度接種于96孔板內(nèi)，細胞貼壁后加入0、100、300、500、1 000、3 000、5 000μg／ml 7個濃度的LBP，每孔200μl，各組均設 4個復孔。培養(yǎng) 24、48、72 h后，每孔加入 5 mg／ml MTT 20μl，37℃，5%CO2繼續(xù)孵育4 h，將每孔里面的上清小心吸棄，然后加入二甲基亞砜，每孔加入150μl，混勻后用 Bio-Tek酶標儀分析在490 nm處的吸光度（OD）值，取均值并繪制生長曲線。

1.4 葡萄糖消耗實驗

實驗細胞分5組：正常對照組（C）、IR模型組、300μg／ml高濃度 LBP組（H-LBP）、100μg／ml中濃度LBP組（M-LBP）、30μg／ml低濃度 LBP組（L-LBP）。將96孔板中的HepG2細胞棄去舊培養(yǎng)基，換上含高糖高胰島素的DMEM培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h。藥物干預組分別給予200μl／well相應濃度的藥物處理48 h。上述各組再分別用含和不含胰島素的培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。24 h后葡萄糖氧化酶-過氧化物酶法（GOD-POD法）測定每孔細胞的培養(yǎng)基中葡萄糖的含量，通過與未接種細胞的空白孔的葡萄糖含量均值相減，計算每孔細胞葡萄糖的消耗量。

1.5 MDA含量、SOD活力的測定

按照試劑盒說明書順序加入反應液，比色法測定MDA含量和SOD活力。

1.6 Western blot檢測各組 IRS-2、PI-3K、Akt、GLUT2蛋白的表達

提取各組細胞蛋白進行蛋白定量后，取蛋白樣品30μg進行電泳，轉(zhuǎn)膜、封閉、加入抗 IRS-2、PI-3K、Akt、GLUT2抗體孵育，洗滌后加入辣根過氧化酶標記的二抗，孵育，充分洗滌后與ECL化學發(fā)光試劑反應，曝光后掃描，用圖像分析軟件進行光密度分析

1.7 統(tǒng)計學處理

各組實驗數(shù)據(jù)計量資料用均數(shù)±標準差（ˉx±s）表示，采用SPSS19.0統(tǒng)計分析軟件進行分析，多組間比較用ANOVA方差分析。

2 結(jié)果

2.1 枸杞多糖對HepG2細胞增殖的影響

在相同的時間內(nèi)，隨著LBP濃度的增加，OD值逐漸降低；在同一干預濃度下，隨著時間的延長，OD值也逐漸降低，呈時間-量效關(guān)系。但同一濃度在24 h和48 h的OD值間沒有明顯差異，而72 h與24 h、48 h相比，OD值明顯降低（p＜0.05）。從曲線可以看出，當濃度為0～300μg／ml的 LBP作用HepG2細胞48 h，對細胞活力無顯著性影響，當LBP濃度超過300μg／ml，細胞 OD值明顯下降（p＜0.05，圖 1）。因此，為了排除LBP對細胞活力的影響，本實驗選擇 30μg／ml、100μg／ml、300μg／ml枸杞多糖處理細胞48 h。

2.2 枸杞多糖對胰島素抵抗HepG2細胞葡萄糖消耗的影響

HepG2細胞用高糖高胰島素培養(yǎng)24 h后，其葡萄糖消耗量較正常組降低45.9%，表明高糖高胰島素可誘導HepG2細胞胰島素抵抗。與IR模型組相比，無胰島素刺激時，H-LBP、M-LBP、L-LBP組葡萄糖消耗量皆顯著升高；有胰島素抵抗刺激時，HLBP、M-LBP組葡萄糖消耗顯著升高，L-LBP組葡萄糖消耗量無顯著性差異（圖2）。

Fig.1 Effects of different concentration and time of LBP on cells proliferation compared with 72 h group（ˉx±s，n＝3）*p＜0.05 vs 24 h group；＃p＜0.05 vs 48 h group

Fig.2 Effects of different concentration LBPon glucose consumption of insulin resistant HepG2 cells（ˉx±s，n＝6）C：Control：IR：Insulin resistance；LBP：Lyceum barbarum polysaccharide*p＜0.05 vs contorl；＃p＜0.05 vs IR group；Δp＜0.05 vs non-insulin group

2.3 枸杞多糖對胰島素抵抗HepG2細胞MDA含量和SOD活力的影響

與正常對照組相比，IR模型組細胞MDA含量升高61%，SOD活力降低29.9%；與 IR模型組相比，H-LBP、M-LBP組MDA含量顯著降低，而SOD活力顯著升高（p＜0.05，表 1）。

Tab.1 Effects of different concentration of LBPon the content of MDA and the activity of SOD of insulin resistant HepG2 cells（ˉx±s，n＝6）

2.4 枸杞多糖對胰島素抵抗HepG2細胞 IRS-2、Akt、PI-3K、和 GLUT2蛋白表達的影響

Western blot結(jié)果顯示：與正常對照組相比，IR模型組細胞IRS-2、Akt、PI-3K、和GLUT2蛋白表達水平顯著降低（p＜0.05）；與 IR模型組相比，H-LBP組、M-LBP組細胞 IRS-2、Akt、PI-3K、和 GLUT2蛋白表達水平顯著升高（p＜0.05，圖 3），L-LBP組輕微升高，差異不具有統(tǒng)計學意義。

Fig.3 Effects of LBP on protein expression of IRS-2，Akt，PI-3K，and GLUT2 in insulin resistant HepG2 cells（ˉx±s，n＝5）IR：Insulin resistance；LBP：Lyceumbarbarum polysaccharide*p＜0.05 vs contorl group；＃p＜0.05 vs IR group

3 討論

隨著人們的生活方式發(fā)生改變，全球糖尿病尤其是2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）的發(fā)病率逐漸上升，目前全球約3.5億糖尿病患者，預計到2050年將會有5.52億［9］。胰島素抵抗是 T2DM的始發(fā)因素，是T2DM的重要發(fā)病基礎，逐漸成為糖尿病醫(yī)學研究的重點［10］。早期干預IR的發(fā)生或許可以有效防治2型糖尿病，成為2型糖尿病治療的新方向。IR的形成主要是由于胰島素信號轉(zhuǎn)導通路受阻，或者通路中關(guān)鍵蛋白作用減弱而使胰島素不能發(fā)揮其正常的生理作用［11，12］，是胰島素抵抗發(fā)生的重要機制，通路中無論哪一個信號分子結(jié)構(gòu)或功能的異常均可導致胰島素抵抗。隨著對IR的進一步研究，發(fā)現(xiàn)氧化應激水平的升高與胰島素抵抗的發(fā)生密切相關(guān)［13，14］。枸杞多糖在抗氧化應激、降血糖、改善胰島素抵抗方面均有較好的作用，但其具體機制尚無報道。HepG2細胞來源于肝細胞，是一種與肝細胞極為相似的肝胚胎瘤細胞株，保留了肝細胞許多生物學特性［15］，故本實驗通過采用高糖高胰島素誘導HepG2細胞建立胰島素抵抗模型，采用MTT檢測不同濃度LBP處理HepG2細胞24 h、48 h、72 h。48 h與24 h處理組在300μg／ml LBP作用下細胞活力無顯著差異，故選擇48 h。觀察不同濃度LBP處理對胰島素抵抗HepG2細胞SOD活力、MDA含量及IRS-PI3K-Akt胰島素信號通路相關(guān)蛋白表達的影響。結(jié)果顯示：在胰島素刺激時，各組的葡萄糖消耗量較無胰島素時顯著升高，說明LBP可以促進胰島素介導的葡萄糖消耗。H-LBP、M-LBP組MDA含量顯著降低，SOD活力顯著升高，表明LBP通過升高胰島素抵抗HepG2細胞SOD的活力，降低MDA的含量提高細胞的抗氧化、清除氧自由基的能力而改善細胞胰島素抵抗。H-LBP、M-LBP的 IRS-PI3KAkt胰島素信號通路相關(guān)蛋白表達水平顯著升高，表明LBP能通過增加胰島素信號通路中的相關(guān)蛋白水平從而改善HepG2細胞的胰島素抵抗。

綜上所述：枸杞多糖能改善HepG2細胞胰島素抵抗，其作用機制可能與降低細胞氧化應激水平及提高胰島素信號傳導通路中 IRS2、PI3K、Akt、GLUT2的蛋白表達有關(guān)。

［1］ 李 斌，范 源，李 鑫.基于PI3K／Akt信號通路的中藥治療2型糖尿病胰島素抵抗研究進展［J］.中成藥，2017（1）：151-154.

［2］ 鐘麗媛.2型糖尿病胰島素抵抗研究進展［J］.繼續(xù)醫(yī)學教育，2016，30（8）：150-152.

［3］ Wilcox G.Insulin and insulin resistance［J］.Clin Biochem Rev，2005，26（2）：19-39.

［4］ 加楊娥，任立汆，燕華玲.枸杞多糖對糖尿病患者的療效研究進展［J］.世界最新醫(yī)學信息文摘，2016，16（52）：54-55.

［5］ 楊榮敏.枸杞多糖降血糖作用的細胞實驗探究［J］.世界最新醫(yī)學信息文摘，2016，16（51）：325-326.

［6］ 王 玲，鄭開俊，董德勇，等.氧化應激在實驗性糖尿病神經(jīng)病變中的作用［J］.中國應用生理學雜志，2008，24（1）：108-111.

［7］ 郭 健，徐國興，王婷婷，等.枸杞多糖對糖尿病大鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞氧化損傷的保護作用［J］.中國臨床藥理學雜志，2015，31（24）：2448-2450.

［8］ Cai HZ，Liu FK，Zuo PG，et al.Practical application of antidiabetic efficacy of lycium barbarum polysaccharide in patients with type 2 diabetes［J］.Med Chem，2015，11（4）：383-390.

［9］ Whiting DR，Guariguata L，Weil C，et al.IDF diabetes atlas：global estimates of the prevalence of diabetes for 2011 and 2030［J］.Diabetes Res Clin Pract，2011，94（3）：311-321.

［10］周方圓，楊宇峰，石 巖.2型糖尿病胰島素與胰島素抵抗信號轉(zhuǎn)導通路研究進展［J］.遼寧中醫(yī)藥大學學報，2016，18（11）：71-73.

［11］Chakraborty C.Biochemical and moleacular basis of insulin resistance［J］.Curr Protein Pept Sci，2006，7（2）：13-21.

［12］Chi M，Ye Y，Zhang XD，et al.Insulin induces drug resistance in melanoma through activation of the PI3K／Akt pathway［J］.Drug Des Devel Ther，2014，2（8）：255-262.

［13］潘慧敏，姜保平，樂 亮，等.藤茶主要成分對胰島素抵抗HepG2細胞內(nèi)氧化應激水平的影響［J］.中國現(xiàn)代中藥，2015，17（3）：267-271.

［14］王燕萍，潘曉東，姜蘇原，等.氧化應激可通過NF-κB-iNOS-NO信號通路誘導小鼠胰島β細胞凋亡［J］.中國應用生理學雜志，2009，25（2）：255-259.

［15］韋乃球，冼寒梅，楊 柯，等.白子菜對HepG2細胞胰島素抵抗改善作用的實驗研究［J］.時珍國醫(yī)國藥，2011，22（6）：1395-1396.

Ameliorative effects and the mechanism of lyceum barbarum polysaccharide on insulin resistance of Hep G2 cell

XU Tuo1，LING Hong-yan1+，LONGJia2，HE Jian-qin1，YANG Si-si1，ZHU Ze-mei1，YAN Can-qun2Δ，F(xiàn)ENG Shui-dong3Δ
（1.Department of Physiology，2.The Second Hospital of University of South China，3.Department of Social Medicine and Health Service Management，University of South China，Hengyang 421001，China）

Objective：To observe the effects of lyceum barbarum polysaccharide（LBP）on insulin resistance of HepG2 cells and investigate its possible mechanism.Methods：IR-HepG2 cell model was induced with high glucose and high insulin in combination for 24 hours，with 104／vaccination in the96-well plates，hole density after adherent cells（30μg／ml、100μg／ml、300μg／ml）LBPcultivate48 h，200μl／hole，each all had four holes.The effects of LBPat different concentrations on HepG2 cell activity and insulin resistance were tested.Intracellular malondialdehyde（MDA）content and superoxide dismutase（SOD）activity were detected.The expressions of related proteins in insulin signal transduction pathways such as insulin receptor substrate-2（IRS-2），phosphatidylinositol-3-kinase（PI3-K），protein kinase B（Akt）and glucose transport-2（GLUT2）were determined.Results：Compared with normal control group，the content of MDA was increased significantly and the activity of SOD and the expression levels of IRS-2，PI-3K，Akt and GLUT2 were decreased significantly in the IRmodel group.Compared with IR model group，medium and high concentrations of LBPdecreased the content of MDA and increased the activity of SOD and the expression levels of IRS-2，PI-3K，Akt and GLUT2 in insulin-resistant HepG2 cells.MTT showed that at the same time，the OD value gradually decreased with the increase of LBP’s concentration；under the same concentration of LBP，the OD value also gradually decreased with the extension of time，which indicated that LBPinhibited the proliferation of HepG2 cells with time and concentration-dependent manner.Glucose consumption experiment indicated that medium and high concentration of LBP could increase the glucose consumption of insulin-resistant HepG2 cells significantly，but low concentration of LBPhad no significant impacted on glucose consumption of insulin-resistant HepG2 cells.Conclusion：Medium and high concentration of LBPcan improve insulin resistance of HepG2 cell，its mechanisns may be associated with decreasing the level of oxidative stress and increasing the protein expressions of insulin signaling pathway.

lyceum barbarum polysaccharide； HepG2 cell； insulin resistance； oxidative stress； insulin signaling pathway

R587.2；R742

A

1000-6834（2017）06-568-04

10.12047／j.cjap.5524.2017.134

教育部留學歸國基金（教外司留［2014］1685號）；湖南教育廳（16C1411）；衡陽市科技局（2016KJ64）

2016-11-21

2017-06-29

△【通訊作者】Tel：86-0734-8281621；E-mail：shuidong f＠hotmail.com；+：并列第一作者