雙益方劑及其有效成分對(duì)胰島素抵抗小鼠胰島β細(xì)胞株胰島素分泌、增殖、凋亡的影響

田春雨，馬雷雷,喇孝瑾

(華北理工大學(xué)，河北唐山063210)

雙益方劑及其有效成分對(duì)胰島素抵抗小鼠胰島β細(xì)胞株胰島素分泌、增殖、凋亡的影響

田春雨，馬雷雷,喇孝瑾

(華北理工大學(xué)，河北唐山063210)

目的觀察雙益方及其有效成分對(duì)胰島素抵抗的小鼠胰島β細(xì)胞株Min6胰島素分泌水平和細(xì)胞增殖、凋亡的影響，并探討其作用機(jī)制。方法培養(yǎng)Min6細(xì)胞并分為正常組、IR模型組、二甲雙胍組、雙益方組、雙益方組方單味中藥組(山茱萸、黃芪、黃連、葛根、桑白皮、佩蘭)及雙益方有效成分組(1-脫氧野尻霉素、小檗堿、黃芪甲苷、熊果酸、馬錢苷、毛蕊異黃酮葡萄糖苷、葛根素)。正常組加入無(wú)酚紅培養(yǎng)液正常培養(yǎng)；其余各組加入葡萄糖和棕櫚酸制作胰島素抵抗的Min6細(xì)胞模型。二甲雙胍組加入100 μg/L的二甲雙胍。雙益方組、山茱萸組、黃芪組、黃連組、葛根組、桑白皮組、佩蘭組、葛根素組、1-脫氧野尻霉素組、小檗堿組、黃芪甲苷組、馬錢苷組、熊果酸組、毛蕊異黃酮葡萄糖苷組分別加入50、100、200 μg/L的相應(yīng)藥物。各組于給藥24 h后進(jìn)行胰島素分泌實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)胰島素分泌水平。各組分別于給藥24、48 h采用CCK-8試劑盒檢測(cè)細(xì)胞增殖能力。于給藥24 h后采用雙染法檢測(cè)正常組、IR模型組、二甲雙胍組、雙益方組的凋亡細(xì)胞，計(jì)算細(xì)胞凋亡率；采用Western blotting法檢測(cè)細(xì)胞中的ERK1/2、p-ERK1/2、MEK1/2蛋白。結(jié)果IR模型組細(xì)胞高糖、低糖刺激下胰島素分泌水平均低于正常組(P均<0.05)。二甲雙胍組、黃芪組、葛根組、雙益方組、黃芪甲苷組、山茱萸組、1-脫氧野尻霉素組、葛根素組、小檗堿組胰島素分泌水平高于IR模型組(P均<0.05)。IR模型組細(xì)胞增殖能力低于正常組(P均<0.05)；二甲雙胍組、雙益方組、黃芪組、黃芪甲苷組、1-脫氧野尻霉素組、山茱萸組細(xì)胞增殖能力高于IR模型組(P均<0.05)。IR模型組細(xì)胞凋亡率高于正常組，雙益方各組細(xì)胞凋亡率均低于IR模型組(P均<0.05)。IR模型組細(xì)胞中MEK1/2、ERK1/2、p-ERK1/2蛋白相對(duì)表達(dá)量低于正常組(P均<0.05)；二甲雙胍組及雙益方組細(xì)胞中MEK1/2、ERK1/2、p-ERK1/2蛋白相對(duì)表達(dá)量高于IR模型組(P均<0.05)。結(jié)論雙益方及其黃芪、葛根、黃芪甲苷、山茱萸、1-脫氧野尻霉素、葛根素、小檗堿等成分可有效提高胰島素抵抗的Min6細(xì)胞的胰島素分泌水平，促進(jìn)細(xì)胞增殖并抑制其凋亡，作用機(jī)制可能與ERK1/2、p-ERK1/2、MEK1/2蛋白表達(dá)上調(diào)有關(guān)。

雙益方；2型糖尿病；胰島素抵抗；胰島素分泌實(shí)驗(yàn)；細(xì)胞增殖；細(xì)胞凋亡；小鼠胰島β細(xì)胞株

目前我國(guó)已成為世界上糖尿病患者人數(shù)最多的國(guó)家。研制安全有效、價(jià)格低廉的防治糖尿病的藥物已成為研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)[1～4]。近年來中醫(yī)藥防治2型糖尿病取得了較大進(jìn)展[5]。我們采用雙益方治療2型糖尿病取得了較好的調(diào)節(jié)糖代謝的效果。雙益方組分為黃芪、葛根、山茱萸、桑白皮、黃連、佩蘭，其有效成分可能包括1-脫氧野尻霉素、小檗堿、黃芪甲苷、熊果酸、馬錢苷、毛蕊異黃酮葡萄糖苷、葛根素[6～9]，但該復(fù)方具體的作用機(jī)制還不明確。為此，本實(shí)驗(yàn)建立了小鼠胰島β細(xì)胞株Min6胰島素抵抗(IR)模型，觀察雙益方及其有效成分對(duì)Min6細(xì)胞胰島素分泌水平和細(xì)胞增殖、凋亡的影響，為雙益方的開發(fā)利用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要實(shí)驗(yàn)材料 Min6細(xì)胞購(gòu)于上海復(fù)旦大學(xué)細(xì)胞庫(kù)。DMEM培養(yǎng)基購(gòu)于Gibco公司，胎牛血清購(gòu)于GEMINI公司，雙硫腙(DTZ)購(gòu)于上海伊卡生物公司；CCK-8試劑購(gòu)于DOJINDO公司，胰島素分泌試劑盒購(gòu)于Mercodia公司，Goat anti-rabbit、Anti-MEK1/2抗體、Anti-ERK1+ERK2 antibody購(gòu)于ABCAM公司，Annexin V-FITC & PI細(xì)胞凋亡試劑盒購(gòu)于Merckmillipore公司。M200PRO酶標(biāo)儀(TECAN公司)，V3蛋白分析系統(tǒng)(Bio-Rad公司)。

1.2 細(xì)胞分組及IR模型制作 Min6細(xì)胞在含10%胎牛血清、1%青霉素/鏈霉素、β-硫基乙醇的DMEM培養(yǎng)液中恒溫培養(yǎng)。將Min6細(xì)胞以5×103/孔接種于96孔板，繼續(xù)培養(yǎng)24 h。將細(xì)胞分為正常組、IR模型組、二甲雙胍組、雙益方組、雙益方組方單味中藥組(山茱萸、黃芪、黃連、葛根、桑白皮、佩蘭)及雙益方有效成分組(1-脫氧野尻霉素、小檗堿、黃芪甲苷、熊果酸、馬錢苷、毛蕊異黃酮葡萄糖苷、葛根素)。正常組加入無(wú)酚紅培養(yǎng)液100 μL正常培養(yǎng)；其余各組加入21 mmol/L的葡萄糖、0.37 mmol/L的棕櫚酸100 μL制作IR的Min6細(xì)胞模型(細(xì)胞增殖能力、胰島素分泌能力顯著降低為成模標(biāo)準(zhǔn))[10～12]。

1.3 各組給藥方法 二甲雙胍組給予100 μg/L的二甲雙胍。雙益方組分別給予50、100、200 μg/L的雙益方。山茱萸組、黃芪組、黃連組、葛根組、桑白皮組、佩蘭組、葛根素組、1-脫氧野尻霉素組、小檗堿組、黃芪甲苷組、馬錢苷組、熊果酸組、毛蕊異黃酮葡萄糖苷組分別給予50、100、200 μg/L的相應(yīng)藥物。

1.4 胰島素分泌情況觀察 采用胰島素分泌實(shí)驗(yàn)。各組于給藥24 h后以低糖(2.8 mmol/L)作用2 h，抽取細(xì)胞上清液，檢測(cè)胰島素分泌情況；抽取上清液后的各孔細(xì)胞再給予高糖(16.7 mmol/L)作用2 h，收集細(xì)胞上清液，檢測(cè)胰島素分泌情況。

1.5 細(xì)胞增殖能力檢測(cè) 各組分別于給藥24、48 h時(shí)每孔加入10 μL的細(xì)胞增殖能力檢測(cè)試液，按試劑盒說明書進(jìn)行操作。以O(shè)D值代表細(xì)胞的增殖能力[13，14]。

1.6 凋亡細(xì)胞檢測(cè) 于給藥24 h后采用雙染法檢測(cè)正常組、IR模型組、二甲雙胍組、雙益方組的凋亡細(xì)胞，計(jì)算細(xì)胞凋亡率。

1.7 細(xì)胞中ERK1/2、p-ERK1/2、MEK1/2蛋白檢測(cè) 于給藥24 h后采用Western blotting法檢測(cè)正常組、IR模型組、二甲雙胍組、雙益方組細(xì)胞中的ERK1/2、p-ERK1/2、MEK1/2蛋白。蛋白相對(duì)表達(dá)量用灰度值表示[15,16]。

2 結(jié)果

2.1 各組細(xì)胞胰島素分泌水平比較 IR模型組細(xì)胞高糖、低糖刺激下胰島素分泌水平均低于正常組(P均<0.05)。二甲雙胍組、黃芪組、葛根組、雙益方組、黃芪甲苷組、山茱萸組、1-脫氧野尻霉素組、葛根素組、小檗堿組胰島素分泌水平高于IR模型組(P均<0.05)。詳見表1。

2.2 各組細(xì)胞增殖能力比較 IR模型組細(xì)胞增殖能力低于正常組(P均<0.05)；二甲雙胍組、雙益方組、黃芪組、黃芪甲苷組、1-脫氧野尻霉素組、山茱萸組細(xì)胞增殖能力高于IR模型組，且隨著藥物作用濃度升高，細(xì)胞增殖能力增強(qiáng)(P均<0.05)。詳見表1。

2.3 細(xì)胞凋亡情況比較 正常組、IR模型組、二甲雙胍組、雙益方50 μg/L組、雙益方100 μg/L組、雙益方200 μg/L組細(xì)胞凋亡率分別為30.10%、42.60%、28.10%、32.35%、26.30%、14.45%，IR模型組細(xì)胞凋亡率高于正常組，雙益方50 μg/L組、雙益方100 μg/L組、雙益方200 μg/L組細(xì)胞凋亡率低于IR模型組(P均<0.05)。

2.4 各組細(xì)胞中MEK1/2、ERK1/2、p-ERK1/2蛋白表達(dá)比較 IR模型組細(xì)胞中MEK1/2、ERK1/2、p-ERK1/2蛋白相對(duì)表達(dá)量低于正常組(P均<0.05)；二甲雙胍組及雙益方組細(xì)胞中MEK1/2、ERK1/2、p-ERK1/2蛋白相對(duì)表達(dá)量高于IR模型組(P均<0.05)。詳見表2。

3 討論

胰島β細(xì)胞功能失調(diào)和細(xì)胞凋亡是導(dǎo)致胰島素分泌減少的主要原因，也在2型糖尿病IR發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用。對(duì)胰島β細(xì)胞進(jìn)行保護(hù)、改善胰島素分泌水平是2型糖尿病治療的關(guān)鍵。Min6細(xì)胞在高糖濃度作用時(shí)胰島素分泌量明顯增加，常作為研究藥物對(duì)胰島功能影響的經(jīng)典細(xì)胞。本實(shí)驗(yàn)采用Min6細(xì)胞制作IR模型，觀察雙益方、組方中藥及其有效成分對(duì)Min6細(xì)胞胰島素分泌、細(xì)胞增殖和凋亡的影響，分析復(fù)方的有效成分及作用機(jī)制。

表1 各組細(xì)胞胰島素分泌水平及OD值比較

注：與正常組相比，*P<0.05；與IR模型組相比，#P<0.05；與二甲雙胍組相比，※P<0.05。

表2 各組細(xì)胞中MEK1/2、ERK1/2、p-ERK1/2蛋白 相對(duì)表達(dá)量比較

注：與正常組相比，*P<0.05；與模型組相比，#P<0.05。

高糖導(dǎo)致β細(xì)胞分泌胰島素功能障礙和胰島β細(xì)胞數(shù)量減少。高糖刺激能夠?qū)е乱葝u素分泌負(fù)荷增大，分泌能力下降，低糖條件下胰島素分泌能力會(huì)升高。本研究胰島素分泌實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，IR模型組細(xì)胞高糖、低糖刺激下胰島素分泌水平均低于正常組；二甲雙胍組、黃芪組、葛根組、雙益方組、黃芪甲苷組、山茱萸組、1-脫氧野尻霉素組、葛根素組、小檗堿組胰島素分泌水平高于IR模型組。上述結(jié)果提示二甲雙胍、雙益方、小檗堿、山茱萸、葛根、黃芪甲苷、黃芪、1-脫氧野尻霉素、葛根素可在一定程度上促進(jìn)高糖刺激及低糖刺激條件下的胰島素分泌，以雙益方、黃芪、黃芪甲苷、1-脫氧野尻霉素促進(jìn)胰島素分泌的效果較好。本研究結(jié)果還顯示，IR模型組細(xì)胞增殖能力低于正常組，細(xì)胞凋亡率高于正常組；二甲雙胍組、雙益方組、黃芪組、黃芪甲苷組、1-脫氧野尻霉素組、山茱萸組細(xì)胞增殖能力高于IR模型組，雙益方各組細(xì)胞凋亡率低于IR模型組。上述結(jié)果證實(shí)了胰島β細(xì)胞凋亡與IR的發(fā)生有關(guān)，而雙益方可能通過促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡干預(yù)IR的進(jìn)展。

絲裂原活化蛋白激酶的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在胰島β細(xì)胞增殖等過程中可發(fā)揮重要作用。Ras-Raf-MEK-ERK通路為經(jīng)典的絲裂原活化蛋白激酶的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。我們觀察了各組細(xì)胞中MEK1/2、ERK1/2、p-ERK1/2蛋白的表達(dá)變化，發(fā)現(xiàn)IR模型組細(xì)胞中MEK1/2、ERK1/2、p-ERK1/2蛋白相對(duì)表達(dá)量低于正常組，二甲雙胍組及雙益方組細(xì)胞中MEK1/2、ERK1/2、p-ERK1/2蛋白相對(duì)表達(dá)量高于IR模型組，提示雙益方抑制Min6細(xì)胞凋亡可能是通過調(diào)節(jié)Ras-Raf-MEK-ERK通路功能實(shí)現(xiàn)的。

結(jié)合上述研究結(jié)果，我們認(rèn)為，雙益方及其黃芪、葛根、黃芪甲苷、山茱萸、1-脫氧野尻霉素、葛根素、小檗堿等成分可有效提高IR Min6細(xì)胞的胰島素分泌水平，促進(jìn)Min6細(xì)胞增殖并抑制其凋亡，作用機(jī)制可能與ERK1/2、p-ERK1/2、MEK1/2蛋白表達(dá)上調(diào)有關(guān)。雙益方調(diào)節(jié)胰島素分泌是其組方中藥及有效成分共同作用的結(jié)果。

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EffectsofShuangyidecoctionanditsactiveingredientsoninsulinsecretionproliferationandapoptosisofIRmousepancreaticβcellstrain

TIANChunyu,MALeilei,LAXiaojin

(NorthChinaUniversityofScienceandTechnology,Tangshan063210,China)

ObjectiveTo observe the effects of Shuangyi decoction (SY) and its effective ingredients on the insulin secretion, cell proliferation, and apoptosis of islet β cells Min 6 in insulin resistant (IR) mice, and to analyze the action mechanism.MethodsWe cultured Min6 cells and then divided them into the normal group, IR model group, metformin group, SY group, single herb of SY group [Cornus officinalis (Shanzhuyu), Astragalus membranaceus (Huangqi), Coptis chinensis (Huanglian), Puerarin (Gegen), Cortex mori radicis (Sangbaipi), and Eupatorium (Peilan)], and SY effective ingredient group (1-deoxynojirimycin, berberine, astragaloside, ursolic acid, loganin, calycosin glucoside, and puerarin). The normal group was cultured with phenol red free medium; the other groups were added with glucose and palmitic acid in order to make the Min6 cell IR models. Metformin group was added with 100 g/L metformin. SY group, Shanzhuyu group, Huangqi group, Huanglian group, Gegen group, Sangbaipi group, Peilan group, 1-deoxynojirimycin, berberine, astragaloside, ursolic acid, loganin, calycosin glucoside, puerarin groups were added with 50, 100, and 200 g/L the corresponding drugs. Insulin secretion test was performed at 24 h after administration, and the level of insulin secretion was detected. The proliferation ability of cells at 24 h and 48 h after administration was detected by CCK-8 kit. Apoptotic cells were detected at 24 h after administration by double staining in the normal group, IR model group, metformin group, and SY group; the apoptotic rate was also calculated; the protein exoression of ERK1/2, p-ERK1/2, MEK1/2 was detected by Western blotting.ResultsUnder the condition of high glucose and low sugar, the insulin secretion of the IR model group was lower than that of normal group (P<0.05). The insulin secretion levels of the metformin group, Huangqi group and Gegen group, SY group, astragaloside group, Shanzhuyu group, 1-deoxynojirimycin group, puerarin group, and berberine group were higher than that of the IR model group (allP<0.05). The cell proliferation ability of IR model group was lower than that of the normal group (P<0.05); the cell proliferation abilities of the metformin group, SY group, Huangqi group, astragaloside group, 1- deoxynojirimycin group, and Shanzhuyu group were higher than that of IR model group (P<0.05). The apoptosis rate of the IR model group was higher than that of the normal group, and the apoptosis rate of the SY group was lower than that of the IR model group (P<0.05). The expression levels of MEK1/2, ERK1/2, and p-ERK1/2 proteins were lower in the IR model group than in the normal group (P<0.05); the expression levels of MEK1/2, ERK1/2, and p-ERK1/2 proteins were higher in the metformin group and SY group than in the IR model group (allP<0.05).ConclusionsSY, and its effective ingredients Huangqi, Gegen, astragaloside, Shanzhuyu,1-deoxynojirimycin, puerarin, and berberine can effectively improve the IR Min6 cell insulin secretion, promote Min6 cell proliferation and inhibit the apoptosis by up-regulating the expression of ERK1/2, p-ERK1/2 and MEK 1/2 protein.

Shuangyi decoction; type 2 diabetes mellitus; insulin resistance; insulin secretion test; cell proliferation; apoptosis; mouse pancreatic β cell strain

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.39.006

R587.1

A

1002-266X(2017)39-0023-04

河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(H2015209025)；河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(QN2015119)。

田春雨(1981-)，男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)樘悄虿〉闹兴幏乐巍-mail： tcy4479@sina.com

2017-06-20)