《食品与发酵工业》2023年第5期

封面文章

壳寡糖改善HepG2细胞胰岛素抵抗作用及机制研究

作者：

 刘朋1，李恒1*，龚劲松1，蒋敏1，许泓瑜2，许正宏2,3，史劲松1*

单位：

1. 糖化学与生物技术教育部重点实验室（江南大学），江南大学 生命科学与健康工程学院

2.粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心（江南大学）

3.江南大学 生物工程学院

基金项目：

宁夏回族自治区重点研发计划（2020BFH02011）；江苏省高校优秀中青年教师和校长境外研修计划

摘要&关键词

摘要：壳寡糖（chitooligosaccharides, COS）是一种具有多种生物活性的低聚寡糖，该文探究了COS对HepG2细胞胰岛素抵抗的影响作用。通过胰岛素诱导HepG2细胞建立胰岛素抵抗模型，评估COS及其单体组分（聚合度2~4）对其缓解作用。结果显示，COS显著提高产生胰岛素抵抗HepG2细胞的葡萄糖消耗量，促进其葡萄糖代谢。进一步评估不同聚合度的COS单体发现，壳二糖和壳四糖对胰岛素抵抗的肝细胞无显著改善效果，而壳三糖显著提高胰岛素抵抗HepG2细胞的葡萄糖消耗量。另外，COS及壳三糖显著提高胰岛素受体（insulin receptor, IR）、胰岛素受体底物 1（insulin receptor substrate 1, IRS-1）、葡萄糖转运蛋白4（glucose transporter 4, GLUT4）蛋白水平，活化蛋白激酶B（proteinkinase B, PKB/AKT）以及改善相关基因转录水平。综上，COS通过介导AKT/GLUT4通路改善HepG2细胞的胰岛素抵抗，壳三糖在促进糖代谢中表现最优。

关键词：壳寡糖；壳三糖；胰岛素抵抗；肝细胞；糖尿病

主要结论

在建立HepG2细胞胰岛素抵抗模型的基础上，评价不同COS单体对胰岛素抵抗HepG2 细胞的作用。不同浓度的壳二糖和壳四糖对胰岛素抵抗的HepG2 细胞葡萄糖消耗量无明显改善效果( P＞0.05)，而壳三糖可以显著提高胰岛素抵抗细胞的葡萄糖消耗量( P＜0.05)。这可能是由于不同聚合度的COS携带电荷量，以及与受体亲和力差异等而表现出不同的生物活性。

图1 不同COS单体对HepG2细胞胰岛素抵抗的改善作用

Fig. 1 Improvement of insulin resistance of HepG2 cells by different degrees of COS

从蛋白水平考查COS和壳三糖对IR/IRS/AKT/GLUT4通路的调节作用。模型组细胞中IR、IRS-1、GLUT4及P-AKT水平显著低于对照组（P<0.05），COS（200 μg/mL）和壳三糖（100 μg/mL）处理后显著上调了IR、IRS-1、GLUT4和AKT的蛋白水平（P<0.05）。这与文献中报道的COS在2型糖尿病模型中通过激活AKT蛋白而促进胰岛素分泌、提高胰岛素敏感性和胰高血糖素样肽1水平，改善机体血糖水平等结果一致。因此，COS和壳三糖通过上调IR/IRS/AKT/GLUT4通路改善HepG2细胞的胰岛素抵抗情况。

图2 HepG2细胞胰岛素抵抗AKT/GLUT4蛋白水平变化

Fig. 2 The protein levels of Akt / GLUT4 in insulin resistance of HepG2 cells

图3 COS改善胰岛素抵抗的作用机制

Fig.3 Mechanism of COS ameliorating insulin resistance.