葡萄糖代谢是为机体提供能源的初级代谢途径,其调控过程受多种信号通路共同作用。糖代谢紊乱可引发全身性慢性并发症,造成机体内多种器官组织损伤,促进代谢综合征发展,严重影响人类健康和生活质量。近年来,膳食补充天然植物提取物及其衍生物,成为改善糖代谢紊乱新的探究方向。菊苣酸是一种酚酸类物质,具有抗肥胖,抗氧化,抗炎和提高免疫力等多种功能活性,也有初步研究证实菊苣酸具有降血糖功效,但菊苣酸调控糖代谢紊乱的分子机制尚不明确。因此,本论文以菊苣酸为研究对象,探讨菊苣酸对机体糖原合成,葡萄糖摄取及血糖稳态的调控作用,并进一步从AMPK能量调控通路、胰岛素信号通路及氧化应激多角度,深入探究菊苣酸对糖代谢及糖代谢紊乱引发的炎症反应的分子机制,为研究菊苣酸的功能活性提供新的研究思路和理论依据。本研究的主要研究内容和结果如下:(1)选取C57BL/6J小鼠,通过多次低剂量的腹腔注射链脲佐菌素(MLD-STZ),诱发以高血糖为特征的糖尿病,以饮水摄入菊苣酸作为膳食补充,探讨菊苣酸的降血糖作用及其作用机制。试验结果显示,菊苣酸可以缓解糖尿病小鼠体重衰减26.4%,增加小鼠的运动速度约1.6倍和运动活力1.7倍,降低血糖69.3%,增加空腹胰岛素浓度33.5%,下调胰岛素抵抗指数63.5%,改善胰岛素敏感性和葡萄糖敏感性。进一步分析作用机制,菊苣酸通过抑制c-Jun氨基末端激酶(JNK)基因表达,上调抗凋亡蛋白B淋巴细胞瘤-2表达(Bcl-2),下调凋亡蛋白Bcl-2相关X蛋白表达,导致线粒体细胞色素c释放减少,从而抑制线粒体凋亡信号传导,缓解由STZ诱导的胰岛组织凋亡。并通过调控胰岛素分泌相关基因表达影响胰岛素分泌。此外,STZ诱导的糖尿病小鼠慢性高血糖引发糖毒性,诱发机体炎症水平。试验结果表明,糖尿病小鼠血清中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-1β(IL-1β)含量升高,肝功能指标异常(丙氨酸氨基转移酶和丙氨酸氨基转移酶),肾功能指标异常(肌酐和尿素氮),以及乳酸含量升高,而菊苣酸显著改善糖尿病小鼠机体炎症反应水平,缓解组织器官指标异常。研究说明,菊苣酸通过抑制胰脏组织凋亡及功能性损伤改善胰岛素释放,并抑制机体炎症反应,调控机体血糖稳态。(2)选取动物肝脏和肌肉组织样本,探究菊苣酸对糖尿病小鼠糖原合成及组织炎性损伤的调控作用。试验结果显示,菊苣酸通上调肌肉和肝脏组织的腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)磷酸化,下调下游乙酰辅酶A羧化酶磷酸化,促进糖尿病小鼠糖原合成分别为43.4%和94.2%;促进胰岛素信号通路激活,抑制胰岛素信号通路负调控因子的基因表达,促进葡萄糖转运。同时,菊苣酸调节肝脏组织糖酵解和糖异生相关基因表达,调节肌肉组织线粒体生物合成相关基因表达。在菊苣酸对糖尿病小鼠组织炎性损伤改善作用的研究中,菊苣酸抑制环氧合酶-2(COX-2),诱导型一氧化氮合酶(iNOS)炎症介质及TNF-α,IL-6等细胞因子基因表达,激活核因子E2相关因子2(Nrf2)-Kelch样ECH相关蛋白1(Keap1)抗氧化防御体系及刺激抗氧化物酶基因表达,明显改善STZ诱导的糖尿病小鼠的组织炎性损伤。研究表明,菊苣酸对糖尿病小鼠肝脏和肌肉糖原合成聚积组织炎性损伤的调控作用。(3)利用“鸡尾酒”法诱导3T3-L1前脂肪细胞分化为成熟脂肪细胞,在此基础上,选用TNF-α诱导成熟脂肪细胞构建胰岛素抵抗模型,探究菊苣酸对成熟脂肪细胞胰岛素抵抗的改善作用及分子机制。研究结果显示,菊苣酸调控胰岛素信号通路,促进葡萄糖转运蛋白(GLUT)4的表达和膜易位,抑制蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)蛋白表达,促进葡萄糖摄取,改善脂肪细胞胰岛素抵抗;抑制氧化应激产生,炎症因子基因表达,以及抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)和核因子κB(NF-κB)炎症通路的信号传导。研究表明菊苣酸调控成熟脂肪细胞脂质代谢,并抑制TNF-α诱导的成熟脂肪细胞的胰岛素抵抗及炎症反应。(4)选用高浓度葡萄糖胺构建HepG2肝细胞胰岛素抵抗的细胞模型,探究菊苣酸对糖代谢紊乱调控的分子机制。试验结果显示,菊苣酸通过调控胰岛素信号通路,促进GLUT2的膜易位,促使葡萄糖摄取。并通过构建PTP1B过表达细胞,证实菊苣酸通过抑制PTP1B的表达,调控胰岛素信号通路的信号传导,从而影响葡萄糖摄取。菊苣酸激活AMPK磷酸化,增加沉默信息调节因子1表达,增加糖原合成酶激酶(GSK-3β)磷酸化水平,抑制环磷腺苷效应元件结合蛋白磷酸化水平。并通过添加AMPK的激活剂和抑制剂,证实了菊苣酸通过激活AMPK通路,激活GSK-3β的磷酸化,促进GLUT2的膜易位,进而调控葡萄糖摄取及糖原合成。菊苣酸抑制炎症介质表达,抑制p38和JNK磷酸化,抑制IκB的磷酸化,并抑制NF-κB的核易位。此外,通过MAPKs或NF-κB的抑制剂,发现菊苣酸能够调控MAPKs信号通路,抑制NF-κB信号通路,继而抑制COX-2和iNOS的蛋白表达,以及相应的炎症反应。菊苣酸抑制胰岛素抵抗模型的活性氧产生,促进Nrf2核易位,抑制Keap1表达,激活Nrf2-Keap1抗氧化防御体系,并增强下游抗氧化物酶活力。通过添加活性氧抑制剂N-乙酰-L-半胱氨酸或MAPKs通路和NF-κB通路的抑制剂,证实菊苣酸通过抑制氧化应激,下调COX-2和iNOS的蛋白表达,调控NF-κB炎症信号通路和胰岛素信号通路,影响细胞葡萄糖摄取能力。