糖尿病是一种以高血糖水平为特征的代谢疾病。随着人们生活方式的变化,全球成人糖尿病和糖耐量受损的患病率一直在增加,已成为21世纪全球公共卫生面临的增长最快的挑战之一。国际糖尿病联盟数据显示,2021年全球成年糖尿病患者人数达5.37亿,相比2019年增加16%,预计到2030年糖尿病将影响6.43亿成年人。现有的抗糖尿病合成药物虽是控制糖尿病的主要途径,但是存在一些局限,它们不能完全扭转其并发症的进程,还表现出显著的副作用。近年来,天然产物功能分子因具有多靶标、多信号通路的网络调控优势,极具开发潜力。燕麦(Avena sativa L.)是一年生草本植物,规模化种植面积广,是人类文明所知的最古老的作物之一。燕麦作为世界十大超级食品之一,富含蛋白质、β-葡聚糖、生物碱、脂类和酚类等多种植物化学物质,在增强机体功能、调节免疫、抗糖尿病等方面都表现出较强的生物学功能。其中,β-葡聚糖是燕麦中含量较高的主要活性成分。研究表明,燕麦β-葡聚糖可降低心血管疾病和Ⅱ型糖尿病的发病风险。然而燕麦β-葡聚糖发挥抗糖尿病作用的潜在分子机制尚不清楚。本研究首先探讨了燕麦β-葡聚糖改善糖尿病效应,并对其分子机制进行了深入研究,为燕麦β-葡聚糖在预防和临床治疗糖尿病的应用提供了理论依据;随后以lnc RNA 495810为靶点,探讨了lnc RNA 495810对糖尿病肾病的影响及燕麦β-葡聚糖干预作用。主要研究内容和结果如下:(1)燕麦β-葡聚糖改善Ⅱ型糖尿病的效应。燕麦β-葡聚糖干预Ⅱ型糖尿病小鼠后,空腹血糖、糖耐量、异常血脂水平得到显著改善。我们还发现,燕麦β-葡聚糖通过增加小鼠的糖原含量,改善异常肝功能指标,进而延缓糖脂毒性对肝脏造成的损害。此外,胰腺病理分析显示,燕麦β-葡聚糖对糖尿病小鼠的胰腺和胰岛细胞有较好的保护作用。(2)血清非靶向代谢组学检测燕麦β-葡聚糖对Ⅱ型糖尿病小鼠血清代谢物的影响。结果显示:燕麦β-葡聚糖干预糖尿病小鼠后,其代谢谱发生了显著变化。在NEG和POS模式下分别筛选出88和106个差异代谢物。燕麦β-葡聚糖显著影响血清氨基酸、有机酸和胆汁酸代谢产物。糖尿病小鼠的血清高浓度的L-苯丙氨酸可能通过降低胰岛素敏感性进而破坏信号传导,导致苯丙氨酸代谢受损。燕麦β-葡聚糖可以显著降低BCAAs中L-缬氨酸水平。在能量代谢中,燕麦β-葡聚糖通过增加TCA循环代谢物马尿酸和琥珀酸的表达来满足能量需求和促进胰岛素分泌,改善糖尿病损伤。此外,我们还发现,燕麦β-葡聚糖能显著抑制脱氧胆酸水平,推测燕麦β-葡聚糖可能通过调节胆汁酸代谢来提高胰岛素敏感性,从而改善Ⅱ型糖尿病。(3)燕麦β-葡聚糖通过调控TLR4/PI3K/AKT代谢轴改善Ⅱ型糖尿病。一方面,燕麦葡聚糖干预后,通过PI3K/AKT/GSK3介导的GS激活,增加糖原含量,降低GS磷酸化,并增加GSK3β磷酸化,以促进糖原合成。另一方面,燕麦β-葡聚糖通过降低PI3K/AKT/Foxo1介导的PEPCK的减少来抑制糖异生。而且,燕麦β-葡聚糖通过提高参与氧化磷酸化的COQ9、UQCRC2、COXIV和ATP5F复合物、线粒体基因表达的关键调节因子TFAM的蛋白水平,进而增强葡萄糖分解。这些结果表明,燕麦β-葡聚糖通过促进糖原合成、葡萄糖分解及抑制糖异生来维持葡萄糖平衡。(4)燕麦β-葡聚糖作为一种大分子复合物,它又是如何进入细胞并发挥功能的呢?已知TLR4是一个重要的多糖受体,通过识别不同的多糖发挥生理功能,PI3K/AKT作为TLR4的下游信号分子,在细胞代谢中发挥重要的作用。结果显示,高糖诱导的Hep G2细胞中,TLR4表达较高,p-PI3K和p-AKT明显下调。燕麦β-葡聚糖处理后,p-PI3K和p-AKT则显著上调。这些结果表明,燕麦β-葡聚糖可能是通过TLR4受体和PI3K/AKT胞内信号途径维持细胞的葡萄糖平衡。紧接着,我们通过抗体阻断试验进一步验证TLR4在燕麦β-葡聚糖调节肝脏葡萄糖稳态中的潜在功能。结果显示,高血糖诱导的Hep G2细胞中,用抗TLR4抗体阻断TLR4,降低了燕麦β-葡聚糖处理增加的肝细胞葡萄糖的消耗,同时也消除了燕麦β-葡聚糖诱导的p-PI3K、PI3K、p-AKT和AKT、p-GSK3β、TFAM和氧化磷酸化相关蛋白的表达。这些结果表明,燕麦β-葡聚糖是通过TLR4介导的细胞内信号维持了肝脏的葡萄糖稳态。(5)燕麦β-葡聚糖通过lnc RNA 495810改善糖尿病肾病。结果显示:LncRNA 495810广泛分布在糖尿病肾病小鼠心、肝、肺、脾和肾等组织。其中,糖尿病肾病小鼠肾脏组织中lnc RNA 4insect biodiversity95810的表达是正常组的11倍。体外实验发现,高糖诱导的足细胞中CD2AP、靶蛋白Podocin和Nephrin显著降低,Ccl-2、IL-1β、MCP和TGFβ1显著上调,且lnc RNA 495810的表达也显著升高。这些结果说明,lnc RNA 495810与糖尿病肾病的发生密切相关。然后,我们在足细胞中特异性敲除lnc RNA 495810评估其对糖尿病肾病发生发展的影响。结果显示:LncRNA 495810敲除可逆转高糖对足细胞中Podocin、Nephrin和CD2AP的抑制能力,下调IL-1β,Ccl-2和TGFβ1的表达。CCK8、平板克隆形成和Annexin V-PE/7-AAD双染凋亡实验发现,lnc RNA 495810敲除可促进足细胞的增殖。质谱结合RNA pull down、RIP和q PCR实验发现,lnc RNA 495810正义链与hn RNPA1、hn RNPA2B1相结Vorinostat合。富集分析显示,分布在生物过程中的基因主要与代谢过程相关。此外,lnc RNA 495810敲除对糖酵解和TCA循环关键酶的表达没有影响,参与氧化磷酸化的UQCRC2、COXIV和ATP5F复合物的蛋白水平以及线粒体基因表达的关键调节因子TFAM的表达显著上调。这些结果表明,lnc RNA 495810可能参与糖尿病肾病足细胞的糖代谢过程。最后,燕麦β-葡聚糖处理糖尿病肾病足细胞发现,燕麦β-葡聚糖能抑制糖尿病肾病足细胞中lnc RNA495810的表达,上调标志物的表达,促进足细胞增殖,恢复线粒体功能。综上所述,燕麦β-葡聚糖可改善Ⅱ型糖尿病小鼠葡萄糖耐受不良、血脂异常和胰岛素抵抗。葡聚糖通过TLR4介导的细胞内信号维持肝脏葡萄糖平衡。一方面,通过PI3K/AKT/GSK3介导GS激活,增加肝糖原含量,促进糖原生成;通过下调PI3K/AKT/Foxo1介导的PEPCK的减少来抑制糖异生。另一方面,通过提高氧化磷酸化相关蛋白的表达来促进葡萄糖分解代谢。此外,燕麦β-葡聚糖通过抑制lnc RNA 495810的表达来上调靶蛋白的表达,促进糖尿病肾病足PLX3397 IC50细胞增殖,恢复线粒体功能。本研究为燕麦β-葡聚糖改善Ⅱ型糖尿病的分子机制提供了一定的理论依据。