调节GLUT4转位化合物及相关的信号通路研究进展

葡萄糖转位载体4(GLUT4)转位的受损与2型糖尿病密切相关,所以筛选促进GLUT4转位的药物并研究其相关的信号通路对治疗2型糖尿病具有十分重要的意义。药物促进GLUT4转位主要通过AMP活化蛋白激酶(AMPK)、磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)和蛋白激酶C(PKC)信号通路。本文分别介绍了这三种信号通路与GLUT4转位的关系以及相关的促进GLUT4转位的药物,为寻找治疗2型糖尿病的潜在新药提供参考。     

AD认知功能障碍的代谢紊乱机制:脑胰岛素抵抗及其介导的PI3K/Akt信号通路受损

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一种以进行性痴呆为主要特征的中枢神经系统退行性疾病,其认知功能障碍可能与Ⅱ型糖尿病(type 2 diabetes, T2DM)诱发的胰岛素抵抗所损伤的PI3K/Akt胰岛素信号级联通路相关。胰岛素是调节机体新陈代谢的重要激素,通过与神经细胞表面的胰岛素受体结合激活PI3K/Akt信号通路,以调控葡萄糖、脂质的代谢。任何中间媒介功能紊乱所导致的脑胰岛素水平和胰岛素敏感性的降低都会损坏PI3K/Akt信号通路,诱发脑能量代谢障碍、Aβ沉积、Tau蛋白过度磷酸化,引起并加重AD认知功能障碍。因此,本文以PI3K/Akt胰岛素信号通路为主线,揭示了T2DM中脑胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)与AD之间的复杂机制,旨在加深对脑IR介导的AD病理过程的系统性理解,借此为延缓或治疗AD的认知功能障碍提供理论基础。     

胰岛素刺激葡萄糖转运蛋白4易位的信号传导机制

葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）。主要分布于骨胳肌,心肌及脂肪组织中,当胰岛素与细胞膜受体结合后。产生一系列信号,促进GLUT4从胞内易位至细胞膜,GLUT4通过自身构象改变。将葡萄糖摄入细胞内,从而协助维持血糖的稳定,这些具体信号正在被广泛深入的研究。现在发现至少有两条独立的信号传导途径。一条是经典的PI3K途径。另一条是新近发现的Cb1/CAP途径。深入了解这些信号传导途径。对于揭示2型糖尿病的发病机制有重要的意义。     

葡萄糖转运蛋白1与慢性病关联机制的研究进展

葡萄糖转运蛋白1(glucose tansporter 1,GLUT1)由SLC2A1基因编码,调控不同细胞从多个组织摄取葡萄糖的能力。慢性病是当今人类死亡的第一主因,发病原因与人体内环境紊乱、代谢异常、环境污染相关。GLUT1作为最先被发现的葡萄糖转运蛋白家族成员,对慢性病的调控起到至关重要作用。本文针对GLUT1蛋白的生物学结构和功能及其与慢性病如糖尿病及其并发症、慢性炎症和肿瘤的关联机制进行探讨,试图找到以GLUT1蛋白介导的信号通路治疗慢性病的相关分子机制和有效方案。     

PI3K/AKT通路在动物葡萄糖代谢中的研究进展

葡萄糖代谢稳态对维持动物健康水平至关重要。磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)是受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase, RTK)和G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor, GPCR)共同调控的下游效应因子。它能够磷酸化磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol, PI)上肌醇环的D3羟基,生成第二信使磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸(PI-3,4,5-P3, PIP3)。PIP3的生成可以促使蛋白激酶B(protein kinase B,AKT/PKB)在细胞膜处募集并诱导其变构激活,活化的AKT可以通过调节下游靶标的活性来调控机体的葡萄糖代谢过程和其他生物学功能。鉴于PI3K/AKT信号通路在动物机体葡萄糖代谢以及人类2型糖尿病(type2 diabetes mellitus, T2DM)等疾病中的重要调控作用,该文就PI3K/AKT信号通路及相关重要调控因子的生物学功能与分子机制进行综述。     

PI3K/AKT/FOXO信号通路介导的自噬在糖尿病认知功能障碍中的作用

糖尿病作为一种高血糖为主要特征的代谢性疾病,会引起中枢神经系统损伤,造成脑组织结构和功能改变,进而导致认知功能障碍。目前,糖尿病对认知功能障碍的影响及相关调控机制已成为国内外研究的热点和难点。磷酸肌醇3激酶/蛋白激酶B/叉头样转录因子（PI3K/AKT/FOXO）通路是自噬的重要上游调控机制。本文概述了PI3K/AKT/FOXO信号通路可调控Gs, Bnip3和Spk2等基因的表达;GS可以通过调控Gln-mTORC1通路,从而激活自噬;BNIP3促进LC3表达,上调自噬水平; 此外,AMPK-FOXO3a-mTORC1也是自噬的重要上游调控机制。以上研究提示,FOXO3a可能是糖尿病认知功能障碍（DACD）治疗的重要靶点。通过本综述为临床上治疗DACD及其相关药物的研发提供更为深入的理论依据和分子靶点。     

脂肪因子在糖尿病认知功能障碍中的调控作用及运动干预机制

糖尿病认知功能障碍指糖尿病患者伴有认知功能损伤，是一种常见的糖尿病并发症，尤其高发于老年2型糖尿病患者。研究表明，脂肪组织分泌的细胞因子，如脂联素（adiponectin,APN）和瘦素（leptin,LEP）等不仅能够调节能量代谢，还与糖尿病认知功能障碍的发生发展密切相关，可能作为糖尿病相关认知功能障碍的生物标志物。APN和LEP能够穿过血脑屏障进入大脑，通过结合神经元或神经胶质细胞（如小胶质细胞和星形胶质细胞）上的受体，激活或抑制胞内下游的p38 MAPK、AMPK、ERK、JAK2/STAT3、PI3K/AKT和SIRT1/PGC-1α等信号通路，调节海马神经发生、突触可塑性、神经炎症、氧化应激和神经元凋亡等生理进程，进而调控认知功能。重要的是，APN和LEP还可能作为运动改善糖尿病认知功能障碍的重要介质。通过剖析APN和LEP与糖尿病认知功能障碍之间的关系，梳理APN和LEP调控认知功能的潜在生物学机制，探讨运动介导APN和LEP改善糖尿病认知功能障碍的可能机制，旨在为进一步丰富“脂-脑”crosstalk理论体系，制定并完善糖尿病认知功能障碍的诊疗策略开拓思路。     

插入到细胞膜上的葡萄糖转运子4可不暴露其被光化学法标记的活性位点

胰岛素刺激骨胳肌产生磷脂酰肌醇3, 4, 5三磷酸(PI(3,4,5)P₃), 它是促进葡萄糖转运子4(GLUT4)与细胞膜融合的必要条件. 向肌肉细胞内导入PI(3,4,5)P₃可以模拟胰岛素刺激GLUT4与细胞膜融合的作用, 但不足以增加细胞摄取葡萄糖的量. 本研究目的是探讨PI(3,4,5)P₃与胰岛素作用不同的机制. 在骨骼肌细胞株(L6-GLUT4myc)中, 应用免疫反应方法检测细胞膜片上与特异性抗体反应的GLUT4的胞浆区羧基末端表位和胞外区myc表位的可用性; 使用不能渗透到细胞内的甘露糖-生物素衍生物Bio-LC-ATB-BMPA, 结合亲和光化学标记法检测GLUT4胞外区的活性位点. 相对于基础组, 100 nmol/L胰岛素和10 mmol/L PI(3,4,5)P₃分别使与myc结合的抗体量增加1.64倍和1.58倍. 胰岛素还使细胞膜上GLUT4的光化学标记量和细胞膜片上与羧基末端表位结合的抗体量分别增加了2.47倍和2.04倍, 而PI(3,4,5)P₃则无此作用. 在胰岛素作用下, 细胞膜片上与羧基末端表位结合的抗体量大于与myc表位结合的抗体量(分别为2.04和1.64倍). 结果表明: (i) 尽管PI(3,4,5)P₃能使GLUT4与细胞膜融合, 但不能使GLUT4胞外区的活性位点暴露; (ii) GLUT4胞外区活性位点的可用性与胞浆区羧基末端的可用性相关; (iii) 除了能刺激GLUT4与细胞膜融合, 胰岛素还使封闭GLUT4羧基末端的蛋白脱离. 推论胞浆内某种蛋白封闭羧基末端, 同样阻止甘露糖-生物素衍生物对GLUT4活性位点的标记, 并可能妨碍GLUT4转运葡萄糖.     

孕酮对脑缺氧缺血新生鼠海马葡萄糖转运蛋白表达的影响

目的:观察新生大鼠缺氧缺血后脑内葡萄糖转运蛋白1( GLUT1)和葡萄糖转运蛋白3 (GLUT3)的表达情况以及孕酮对其的影响.方法:新生SD大鼠40只,随机分成4组:正常组、假手术组、缺氧缺血组和孕酮组.建立新生鼠缺氧缺血性脑病模型,免疫组化方法检测新生大鼠海马部位GLUT1及GLUT3的表达.结果:正常组和假手术组新生大鼠海马可见少量GLUT1和GLUT3 的表达,两组间无显著差异( P＞0.05);缺氧缺血组GLUT1和GLUT3表达均明显高于假手术组(P＜0.05);孕酮组GLUT的表达不仅明显高于假手术组(P＜0.01),而且明显高于缺氧缺血组(P＜0.05).结论:孕酮通过上调GLUT1和GLUT3的表达以维持脑组织的能量供给,增强神经元对缺氧缺血的耐受性.     

2型糖尿病认知功能障碍的作用机制研究进展

近年来,随着生活质量的提高及人口老龄化程度不断地加大,我国糖尿病发病率在成年中高达11%,糖尿病患者中约有65%左右存在认知功能障碍,伴有认知功能障碍的糖尿病问题也逐渐成为全球性及最备受关注的社会公共卫生问题,目前针对2型糖尿病伴有认知功能障碍尚无有效治疗药物,且其发病机制也尚未得到完全阐明。本文就炎症反应、神经递质的变化、神经营养生长因子、糖基化终末产物、胰高血糖素样肽-1、PI3K/Akt信号通路及Akt/CREB信号通路方面概述2型糖尿病认知功能障碍的作用机制的相关研究进展,为进一步深入研究2型糖尿病伴有认知功能障碍的发病机制、有效治疗药物及其临床应用提供参考。     

干扰视黄醇结合蛋白4对猪脂肪细胞PI3K/Akt信号通路的影响

视黄醇结合蛋白4(Retinol binding protein 4,RBP4)是一种脂肪细胞分泌因子,其表达水平的升高与胰岛素抵抗及Ⅱ型糖尿病等疾病密切相关,但具体作用机制尚不清楚。为明确此机制,通过包装RBP4干扰慢病毒并侵染猪前体脂肪细胞。运用胰岛素激活及诱导胰岛素抵抗模型,利用QRT-PCR及Western blotting方法检测RBP4的干扰效率及处理组PI3K/Akt信号通路相关基因的表达。结果显示RBP4的基因及蛋白的干扰效率达到60%(P<0.01)以上。进一步研究发现在胰岛素诱导及胰岛素抵抗的情况下,LH1-shRBP4干扰后可显著提高胰岛素信号通路AKT2、PI3K、GLUT4和IRS1基因mRNA的表达;明显促进AKT2、PI3K和IRS1蛋白的磷酸化;提高AKT2、PI3K和GLUT4基因的总蛋白水平。总之,RBP4干扰通过上调PI3K/Akt胰岛素信号通路相关因子的表达及其磷酸化水平,提高了胰岛素敏感性。此研究将为胰岛素抵抗相关疾病的治疗提供新思路。     

胰岛素抵抗与糖尿病脑病

胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)指胰岛素分泌量在正常水平时刺激靶细胞对葡萄糖的利用率减弱,或维持正常生理效应时需超常量的胰岛素,其主要机制是胰岛素信号通路敏感性下降。糖尿病脑病(diabetic encephalopathy,DE)是由糖尿病引起的认知功能障碍和大脑神经生理及结构的改变,目前认为胰岛素抵抗在糖尿病脑病的发生发展中起重要作用,本文从IR与DE的关系以及IR在DE中的主要作用机制作一综述.     

急、慢性运动对2型糖尿病大鼠脂肪PI3K/AKT/GLUT4通路的影响

目的:探讨急性和慢性运动对2型糖尿病(T2DM)大鼠脂肪组织明磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)/葡萄糖运载体4(GLUT4)信号通路的影响。方法:15月龄SD雄性大鼠52只随机分为正常对照组(n=13)和高脂组(n=39),分别喂养普通和高脂饲料。8周后,高脂组体重＞正常对照组20％,注射小剂量STZ后,血糖＞16.7 mmol/l,造模成功。将糖尿病模型组随机分为糖尿病对照组(DC,n=13),糖尿病慢性运动组(DCE,n=13),糖尿病急性运动组(DAE,n=13)。DCE组进行8周的游泳运动,DAE组进行一次性游泳运动。测定血脂,血糖和血清胰岛素,Western blot法测定脂肪PI3K、AKT和GLUT4蛋白含量。结果:糖尿病组体重、血脂、血糖、胰岛素显著高于正常对照组(P均＜0.01);高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平降低(P＜0.05),脂肪组织中PI3K、AKT和GLUT4蛋白表达下降(P均＜0.01)。糖尿病慢性运动组体重、血脂、血糖、胰岛素均出现显著性下降(P均＜0.01);HDL-C升高(P＜0.05),脂肪PI3K、AKT和GLUT4蛋白表达上升(P＜0.01)。糖尿病急性运动组血脂、血糖、胰岛素下降(P均＜0.05);HDL-C升高(P＜0.05),脂肪PI3K、AKT和GLUT4含量显著上升(P均＜0.05)。结论:①高脂饮食结合小剂量STZ诱导的T2DM大鼠脂肪组织PI3K/AKT通路受损,降低了胰岛素的敏感性。②急性、慢性有氧运动,均可以通过PI3K/AKT通路,改善糖脂代谢紊乱,慢性运动略优于急性运动。     

葡萄糖转运的胰岛素敏感性以及forskolin, dipyridamole和pentobarbital对三种L6 骨骼肌细胞葡萄糖转运的抑制作用

用稳定过表达并带有myc表位的葡萄糖转运子1(glucose transporter 1, GLUT1)或葡萄糖转运子4(glucose transporter 4, GLUT4)的L6骨骼肌细胞株定征GLUT1和GLUT4对胰岛素的响应. 所筛选的L6-GLUT1myc细胞克隆分化前后的葡萄糖摄取量均在线性范围. 100 nmol/L胰岛素使L6-GLUT1myc和L6-GLUT4myc肌原细胞膜上GLUT1或GLUT4的量分别达到基础组的(1.58±0.01)倍和(1.96±0.11)倍, 2-脱氧葡萄糖摄取量分别达到了(1.53±0.09)倍和(1.86±0.17)倍, 此作用可被渥曼青霉素(wortmannin)抑制. 胰岛素刺激了此2种细胞中的Akt磷酸化. L6-GLUT1myc肌原细胞的葡萄糖摄取量对胰岛素浓度呈剂量依赖性, 但与野生型细胞相比, 其对胰岛素的敏感性和最大响应没有改变. 但L6-GLUT4myc肌原细胞的葡萄糖摄取量对胰岛素的敏感性和最大响应均增加. 以前的研究提示毛喉素(forskolin)可能影响胰岛素刺激的GLUT4转位. 本研究表明, 在L6-GLUT4myc细胞中, 毛喉素使胰岛素刺激的葡萄糖摄取减少了65%, 此作用是由它对GLUT4的直接抑制而不是由其对GLUT4转位的影响造成的. 毛喉素和dipyridamole对GLUT4比对GLUT1有更强的抑制作用, 而戊巴比妥(pentobarbital)对GLUT1的抑制作用强于GLUT4. 应用这些抑制剂的结果表明、L6肌原细胞中基础状态下和胰岛素刺激状态下的葡萄糖主要由过表达的GLUT1或GLUT4转运. 因此, L6-GLUT1myc和L6-GLUT4myc细胞株为筛查对肌肉细胞GLUT1或GLUT4的活性或转位有不同作用的化合物提供了一个平台.     

GAS6/AXL信号通路失活对小鼠能量代谢的影响

目的研究小鼠生长停滞特异蛋白6(growth arrest-specific gene 6,GAS6)信号通路的失活对维持机体能量代谢稳态的影响。方法以GAS6主要受体Axl基因敲除(Axl-/-)小鼠及其野生型(Axl+/+)小鼠为研究对象,比较两组动物基础血糖值、血脂四项指标、脂肪系数及骨骼肌中糖代谢信号蛋白PI3K、AKT与葡萄糖转运蛋白4(glucose transporter 4,GLUT4)基因表达水平及其蛋白磷酸化水平间的差异;同时检测人工诱发2型糖尿病(type2 diabetes mellitus,T2DM)造模前后小鼠血清GAS6蛋白水平与T2DM模型成模率的改变之间是否存在相关性。结果 Axl-/-小鼠血脂出现异常波动,且脂肪沉积率显著高于野生型小鼠(P0.01)。Axl-/-小鼠血糖调节能力受损,其空腹血糖值显著高于野生型,骨骼肌Glut4的mRNA水平升高,而PI3K、AKT和GLUT4蛋白的磷酸化水平均略有下降。经人工诱发T2DM后,Axl+/+和Axl-/-小鼠血浆中GAS6浓度均显著低于各自对照组,且Axl-/-小鼠T2DM模型的成模率是Axl+/+小鼠的2倍(P0.01)。结论 GAS6/AXL信号通路的激活在一定程度上降低血糖和抑制脂肪沉积。     

川续断皂苷Ⅵ对睡眠剥夺小鼠神经发生及认知功能的改善作用研究CSCD

本文旨在探讨川续断皂苷Ⅵ(asperosaponin Ⅵ,ASA Ⅵ)对睡眠剥夺小鼠认知功能的改善作用及相关机制。采用多平台水环境法对C57BL/6J小鼠进行睡眠剥夺,期间腹腔注射ASA Ⅵ进行干预,采用新物体识别实验及Morris水迷宫实验评估小鼠的认知功能,运用q-PCR、免疫组化、Western blotting分别检测小鼠海马区的炎症水平、神经发生及信号通路变化。结果显示:与对照组相比,模型组小鼠海马中的小胶质细胞呈激活状态,炎症因子的表达水平显著提高(P<0.05),新生神经元数量显著减少(P<0.05),并导致认知功能下降。ASA Ⅵ干预显著改善了睡眠剥夺小鼠的认知功能,抑制海马中促炎性细胞因子IL-1β、TNF-α和IL-6的表达(P<0.05),同时显著提高抗炎性细胞因子IL-4、IL-10和神经营养因子BDNF的表达水平(P<0.05)。ASA Ⅵ干预还显著提高了睡眠剥夺小鼠海马中的p-PI3K、PI3K、Akt蛋白表达水平及新生神经元数量(P<0.05)。PI3K/Akt抑制剂LY294002处理显著降低ASA Ⅵ的干预效果。结果表明,ASA Ⅵ可改善睡眠剥夺小鼠学习记忆能力,其机制与PI3K/Akt信号通路激活相关。因此,作为抗炎、神经保护药物,ASA Ⅵ具有潜在的开发前景。     

芳香烃受体信号通路与类风湿关节炎病理改变的研究进展

芳香烃受体(Aryl hydrocarbon receptor,AhR)是一种配体依赖性的转录因子,AhR信号通路在人体免疫系统功能的执行与调节中发挥着重要作用。类风湿关节炎(Rheumatoid arthritis,RA)作为一种胸腺依赖性淋巴细胞及细胞因子异常导致的炎症和以骨平衡障碍所致骨破坏为主要表现的自身免疫病,与AhR存在重要的关系。总结了近年来AhR信号通路与RA病理改变相关的研究进展。     

葡萄糖介导SCAP的N-糖基化为SREBP-1激活和肿瘤生长所必需

正细胞代谢的改变是许多肿瘤的一个重要特征。在肿瘤细胞中,有氧糖酵解和脂质生成的增加能提供肿瘤细胞生长所需的能量和脂质。然而葡萄糖代谢和脂质生成通路之间的相互联系依然不清楚。本文的研究人员立足于此,探讨了葡萄糖代谢和脂质生成通路之间的联系,发现葡萄糖能通过胰岛素非依赖的通路来控制SCAP并促进脂质生成。研究表明,EGFR信号能增加肿瘤细胞对葡萄糖的摄取。细胞内的葡萄糖主要进入了糖酵解通路的分支己糖胺生物合成     

Caveolin-1与葡萄糖转运蛋白4共同参与PC12细胞缺糖应激调节(英文)

近年研究表明,作为构成胞膜窖(Caveolae)主要的组分之一,窖蛋白-1(caveolin-1,Cav-1)除了在细胞胆固醇平衡、信号转导和整合以及细胞生长等过程中起重要作用外,还参与细胞营养改变的神经元代谢调节过程。本文旨在探讨Cav-1和葡萄糖转运蛋白4(glucose transporter 4,GLUT4)在神经细胞内营养环境改变时的功能变化和关系。采用Western blot和激光共聚焦法观察了两种蛋白在PC12细胞葡萄糖剥夺(glucose deprivation,GD)前后的表达水平与分布,发现GD 6 h后能诱导PC12细胞内Cav-1和GLUT4蛋白表达水平增加,CCK检测和流式细胞术结果显示细胞活力下降、细胞内钙离子浓度([Ca2+]i)升高、线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential,MMP)下降。采用si RNA技术敲低Cav-1基因后,GD组PC12细胞死亡率和[Ca2+]i进一步升高,MMP进一步下降;Cav-1敲低细胞系和甲基化β环化糊精(methylated-β-Cyclodextrin,M-β-CD)法处理实验组中,Cav-1和GLUT4蛋白表达均下降。此外还发现,GD可促进GLUT4从细胞质转位到细胞膜。结果提示,Cav-1可能通过调节GLUT4在GD情况下发挥神经保护作用。     

葡萄糖转运蛋白的转运机制研究

葡萄糖是真核生物体内的重要能源物质。葡萄糖转运蛋白(GLUT1)是细胞获取葡萄糖的最基本需求。GLUT1功能的缺失会造成严重的疾病,尤其是可能造成永久的脑部损伤,包括早发型惊厥,智力缺陷等。此外,肿瘤细胞对于葡萄糖的大量需求也使得GLUT1可以作为肿瘤诊断的分子标记。因此,研究葡萄糖转运蛋白对于研发糖代谢障碍药物以及诊断肿瘤均有重要意义。本实验运用分子动力学模拟的方法,在NAnoscale Molecular Dynamics(NAMD)中使用Chemistry at HARvard Macromolecular Mechanics(CHARMM)力场,构建了GLUT1结合葡萄糖和未结合葡萄糖的膜系统,并分别进行了20 ns时长的分子动力学模拟。运用Visual Merchandising(VMD)和自写脚本对这一轨迹进行分析,探究葡萄糖转运蛋白转运葡萄糖的分子机理。结果表明,20 nano-seconds(ns)的模拟时长能够使这样两个体系构象达到稳定,并且从平均结构和通道直径来看,去除葡萄糖能够使得GLUT1的结构发生翻转,由向胞内释放葡萄糖变为从胞外摄取葡萄糖的构象。同时结合模式的分析表明葡萄糖主要依靠与Gln283和Gln282形成的3个较强的氢键。最后我们通过氢键跟踪分析,发现Asn288和Thr295在这种面向胞外的口袋张开过程中发挥了重要作用。这一结论对研发针对关键氨基酸的葡萄糖代谢药物有指导作用,并且可以为癌症诊断提供一定的理论基础。