小檗碱在抑制ppp1r3c基因表达方面的应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及生物医学和药物领域，具体为抑制肝脏糖异生的小檗碱抑制PPP1R3C基因的表达，以及PPP1R3C基因促进糖异生的作用。小檗碱呈时间和剂量依赖性地降低PPP1R3C的mRNA水平，证实小檗碱抑制糖异生的作用机制是通过下调PPP1R3C基因的表达，而干扰PPP1R3C的表达后可以抑制糖异生关键酶基因表达，抑制糖异生。因此，可将PPP1R3C基因用于制备筛选抑制或促进糖异生的药物。
【专利说明】小檗碱在抑制PPP1R3C基因表达方面的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及药物和生物医学领域，具体为抑制肝脏糖异生的小檗碱抑制PPP1R3C 基因的表达，以及PPP1R3C基因促进糖异生的作用。
【背景技术】
[0002] 人们生活条件的改善和饮食结构的变化使人类面临非传染性疾病的危险日益增 加，2型糖尿病患者数量急剧上升，糖尿病及其并发症给人类健康和社会发展带来严重负 担，预防和治疗2型糖尿病已成为世界性的公共卫生问题。
[0003] 肝脏是人体内参与营养代谢和能量平衡的重要器官，对维持机体葡萄糖稳态具有 重要作用。肝脏糖异生的增加导致的空腹高血糖是2型糖尿病的重要特征。
[0004] 空腹时，机体的能量来源从葡萄糖酵解转变为脂肪动员，同时低血糖刺激胰岛α 细胞分泌胰高糖素，使肝糖原分解、糖异生增加，以维持红细胞及大脑等仅能依靠葡萄糖供 能的组织的能量供应；进食后，血糖增高刺激胰岛素分泌，胰岛素促进肝脏摄取葡萄糖合成 糖原，并抑制肝糖原分解及肝糖异生。内源性葡萄糖产生的增加导致的空腹高血糖是2型 糖尿病的重要特征，而肝脏糖异生是内源性葡萄糖产生的主要来源。因此，关于肝脏糖异生 这一生理过程的调控研究对于2型糖尿病的防治就具有非常重要的意义。
[0005] 糖异生过程是糖酵解的逆过程，包括三个不可逆反应（6-磷酸葡萄糖生成葡萄 糖，1，6二磷酸果糖生成6-磷酸果糖，丙酮酸生成磷酸烯醇型丙酮酸），需四个与糖酵解过 程不共用的催化酶--丙酮酸羧化酶（PC)、PEPCK、G6pase、Fbpase。PC受乙酰辅酶Α的 变构激活，Fbpase受2,6_二磷酸果糖的变构抑制，关于它们受转录调控的信息所知甚少。 PEPCK、G6pase的活性受变构调节、转录后调节的报道较少，它们主要受多种激素信号的转 录调控，在PEPCK、G6pase启动子上有胰岛素、甲状腺激素、糖皮质激素受体、cAMP反应元 件。
[0006] 中药黄连的提取物小檗碱具有显著的降糖调脂作用，其降糖机制已成为近年来代 谢领域的研究热点。二甲双胍是世界上应用最广的口服降血糖药物，越来越多的临床研究 和动物模型都证实二甲双胍治疗糖尿病的最重要作用是抑制肝脏糖异生，但具体作用机制 仍未完全阐明。
【发明内容】
[0007] 本发明旨在提供小檗碱抑制PPP1R3C基因的表达的应用。
[0008] 本发明还提供了 PPP1R3C基因在增加或抑制糖异生方面的应用。
[0009] 通过比较小檗碱与二甲双胍对抑制肝脏糖异生的作用，其药物作用有许多相似之 处，呈时间和剂量依赖性地降低小鼠肝脏原代细胞以乳酸和丙酮酸为底物的糖异生，但作 用机制并不完全相同。
[0010] 二甲双胍及小檗碱均可降低肝糖异生关键酶PEPCK、葡萄糖-6-磷酸酶（G6pase)、 果糖1，6-二磷酸酶（Fbpase)和相关转录因子F0X01、CCAAT增强子结合蛋白（C/EBP) a、C/ ΕΒΡβ、肝细胞核因子（HNF)4a、过氧化物酶增殖物激活受体Y共激活子（PGC)la的mRNA 水平；降低PEPCK的启动子活性，抑制PEPCK的蛋白表达；均不影响CREB的磷酸化，但均可 促进CRTC2磷酸化；均可增加 AMPK(AMP活化的蛋白激酶）和乙酰辅酶A羧化酶（ACC)的磷 酸化，但AMPK的抑制剂Compound C仅能逆转二甲双胍的作用，对小檗碱无效。
[0011] PPP1R3C(蛋白磷酸酶1调节亚基3C)是蛋白磷酸酶1(PP1)的调节亚基。PP1属 于蛋白丝氨酸/苏氨酸磷酸酶的一类，通过去磷酸化其它蛋白参与一系列细胞功能的调 节。PP1在控制糖原代谢、肌肉收缩、细胞周期进程、神经元活动、RNA剪切、有丝分裂、细胞 分裂、细胞凋亡、蛋白合成、膜受体与膜通道的调节等方面都有有重要作用。每个PP1酶都 包含一个催化亚基PP1C和一个调节亚基PP1R。PP1C为一个30kD单结构域蛋白，在真核细 胞内高度保守，说明催化机制都是相同的。PP1功能的实现依赖于其催化亚基与一系列的 调节亚基结合，PP1C可与不同调节亚基组合，因此其具有不同的作用。调节亚基可使PP1C 锚定至特殊的细胞亚单位，与特异底物相结合，并对胞外信号产生反应。PP1R包括PPP1R5、 PPP1R3A/GM、PPP1R3B/GL、PPP1R3C/PTG/R5、R6、PPP1R4、PPP1R8 等。PPP1R3C/PTG、R6、GM 和 GL均是PP1的糖原锚定亚基，可使PP1C结合至糖原，但是GM和GL主要在横纹肌和肝脏表 达，而PPP1R3C/PTG和R6表达组织更广泛。这四个调节亚基在相同物种之间并不保守，说明 它们的作用机制并不完全相同，但是这四个亚基表达的变化均能导致胰岛素抵抗和2型糖 尿病。PP1通过调节糖原代谢对血糖稳定具有重要作用。糖原合成由糖原合成酶（glycogen synthase,GS)催化，糖原分解由糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase，GP)催化，这两个 酶的活性均受磷酸化/去磷酸化修饰调控。GS被PKA、GSK3 (glycogen synthase kinase3) 等蛋白激酶磷酸化后其活性被抑制，被GSP(glycogen synthase phosphatase)去磷酸化后 活性恢复。与之相反，GP被蛋白激酶磷酸化后激活，被PP1去磷酸化后失活。PP1通过影响 磷酸酶a(phosphorylase a)和磷酸酶b(phosphorylase b)相互转化，对糖原的合成和分解 具有重要作用。磷酸酶a(phosphorylase a)是肝细胞内葡萄糖感受器，当葡萄糖水平低时， 处于活化状态的磷酸酶a与PP1紧密结合，阻止PP1的磷酸酶活性，保持磷酸酶a处于活化 状态，促进糖原分解直到血糖达到一定程度。当葡萄糖水平很高时，磷酸酶a失活，PP1从 它们的复合体中解离下来，PP1去磷酸化磷酸酶a，使其变为磷酸酶b，阻止糖原的分解，促 进糖原的合成。在细胞水平和动物模型内过表达或者敲除PPP1R3C/PTG的实验已经明确了 PTG在调节糖原合成中的重要性，例如Sean等报道小鼠 PPP1R3C/PTG杂合敲除后随着年龄 增长可以导致多个组织糖原合成障碍和胰岛素抵抗。在过表达胰岛素受体的中国仓鼠卵细 胞内，过表达PPP1R3C/PTG可显著增加基础的和胰岛素刺激的糖原合成。
[0012] 并且小檗碱呈时间和剂量依赖性地降低PPP1R3C的mRNA水平。通过cDNA芯片筛 选出PPP1R3C为小檗碱调节糖异生的关键作用靶点，证实小檗碱抑制糖异生的作用机制是 通过下调PPP1R3C基因的表达，抑制蛋白磷酸酶1(PP1)的活性，PP1对P-CRTC2的去磷酸 化作用减弱，P-CRTC2阻滞于胞浆内，不能入核发挥其促进PEPCK基因转录的作用。而且还 证实了 PPP1R3C基因的过表达可以增加糖异生，而干扰PPP1R3C基因的表达则可以抑制糖 异生关键酶的表达，抑制糖异生。
[0013] PPP1R3C/PTG对血糖的平衡和稳态具有重大影响，但关于PPP1R3C/PTG的研究基 本上都是围绕糖原代谢方面，关于它是否参与调节糖异生的过程完全是一个未知的领域。 本发明的芯片检测结果以及后续的验证实验说明PPP1R3C与糖异生过程具有很大的相关 性，在小鼠肝原代细胞内过表达PPP1R3C可以增加糖异生，而干扰PPP1R3C的表达后可以抑 制糖异生关键酶基因表达，抑制糖异生。因此，可将PPP1R3C基因用于制备筛选抑制或促进 糖异生的药物。
[0014] 本发明提供了小檗碱在抑制PPP1R3C基因的表达和抑制PPP1R3C基因的mrNA水 平方面的应用，可将小檗碱用于制备抑制PPP1R3C基因表达的药物和抑制PPP1R3C的mRNA 水平的药物。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为实施例1中，2mmol/L二甲双胍作用下葡萄糖浓度随时间变化
[0016] 图2为实施例1中，2. 5 μ mol/L小檗碱作用下葡萄糖浓度随时间变化
[0017] 图3为实施例1中，不同剂量二甲双胍和小檗碱作用下葡萄糖浓度的变化
[0018] 图4为实施例1中，2mmol/L二甲双胍作用下肝糖异生相关基因的mRNA水平随时 间变化
[0019] 图5为实施例1中，2. 5 μ mol/L小檗碱作用下肝糖异生相关基因的mRNA水平随时 间变化
[0020] 图6为实施例1中，不同剂量二甲双胍作用下肝糖异生相关基因的mRNA水平随时 间变化
[0021] 图7为实施例1中，不同剂量小檗碱作用下肝糖异生相关基因的mRNA水平随时间 变化
[0022] 图8为实施例1中，不同剂量小檗碱作用下对PEPCK移动子活性的抑制
[0023] 图9为实施例2中，小鼠空腹及再进食对PPP1RC3基因及糖异生相关基因表达的 影响
[0024] 图10为实施例2中，用小檗碱处理小鼠原代肝脏细胞后cDNA芯片检测结果，
[0025] 图11为实施例2中，2. 5 μ mol/L小檗碱作用下PPP1RC3基因表达随时间变化
[0026] 图12为实施例2中，不同剂量小檗碱作用8小时后PPP1RC3基因表达的变化
[0027] 图13为实施例2中，转染PPP1R3C过表达腺病毒后肝原代细胞PPP1R3C的表达
[0028] 图14为实施例2中，转染PPP1R3C过表达腺病毒后肝原代细胞糖异生变化
[0029] 图15为实施例2中，转染PPP1R3C小干扰腺病毒后PPP1RC3基因表达的变化
[0030] 图16为实施例2中，转染PPP1R3C小干扰腺病毒后PEPCK、G6pase基因表达的变 化
[0031] 图17实施例2中，转染PPP1R3C小干扰腺病毒后糖异生变化
【具体实施方式】
[0032] 实施例1小檗碱和二甲双胍抑制肝细胞糖异生
[0033] -、小鼠肝脏原代细胞的分离
[0034] 1、取10?12周龄，体重约18?20g的雄性C57小鼠，术前自由进饮食，腹腔注 射1%戊巴比妥0. lml/g麻醉；分离肝脏，并将肝脏放入无菌培养皿内，缓慢离体循环灌注 20ml37°C预热的0. 05% IV型胶原酶，直到肝脏表面出现龟裂，约15?20min后灌注完毕， 用剪刀剪开包膜，剪刀尖轻刮结缔组织使肝细胞分离；将培养皿拿入细胞房的超净台（提 前用紫外照射30min)，用100 μ m的筛网过滤细胞悬液。4°C 500转/min (上、下加速度均为 5)离心5min，弃上清，加入冰PBS液20ml轻轻吹打，混匀，若有大块组织杂质可用移液枪挑 去，重复上述步骤共三次。清洗完毕，用肝细胞培液重悬细胞，铺板24h后细胞贴壁即可换 成普通DMffl培液。
[0035] 2、MTT实验证实：作用24h，5 μ mol/L以上的小檗碱对小鼠肝脏原代细胞有明显毒 性作用（P〈〇. 05), 2. 5 μ mol/L的小檗碱为其所能耐受的最大作用浓度，后续实验所用小檗 碱作用浓度均不超过2. 5 μ mol/L ;而Η印G2细胞能耐受10 μ mol/L及以下浓度的小檗碱。 二甲双胍的作用浓度参考文献确定，其作用浓度不超过2mmo 1 /L。
[0036] 二、二甲双胍及小檗碱对小鼠肝脏原代细胞糖异生的影响
[0037] ( -）方法
[0038] 1.将分离的小鼠肝脏原代细胞铺于24孔板内，贴壁24h后，以高糖的DMEM培液和 无糖的DMEM培液配置低糖（5mmol/L)DMEM培液，加100nmol/LDex预处理16h，再加入含糖 异生底物（10mm〇l/L-乳酸/lmmol/L-丙酮酸）和 100nmol/L 地塞米松（DEX)/100ymol/L cAMP的无糖无酚红DMEM培液，同时加入相应浓度的二甲双胍或小檗碱处理不同时间；
[0039] 2.收集细胞培养基上清，4°C 2000Xg离心10min，取上清待测；
[0040] 3.于96孔板内，先加5 μ 1空白对照（无糖无酚红DMEM培液）、标准品（用无糖 无酚红 DMEM 培液稀释 10mmol/L 葡萄糖标准品为 2000、1000、500、250、125、62. 5、31. 25、 15. 625 μ M)和待测样本，再加入195 μ 1工作溶液（由试剂盒内R1与R2按4:1配置），轻 微振荡15s ;
[0041] 4. 37°C水浴锅中孵育20?30min，570nm测定吸光度值，根据标准曲线即可得到待 测样本的葡萄糖浓度。
[0042] (二）结果
[0043] 1、二甲双胍及小檗碱呈时间依赖性降低肝脏糖异生
[0044] 在无糖无酚红DMEM培液中，加入lmmol/L丙酮酸和10mmol/L乳酸作为肝糖异生 的底物，地塞米松和cAMP分别代表糖皮质激素和胰高糖素的信号通路刺激肝脏糖异生（即 Pyrucate/Lactate+Dex/cAMP)，通过检测培养基中的葡萄糖浓度来反映肝原代细胞糖异生 水平，二甲双狐（Pyrucate/Lactate+Dex/cAMP+Met)及小檗喊（Pyrucate/Lactate+Dex/ cAMP+BBR)可呈时间依赖性地降低肝细胞内源性葡萄糖产生。2mmol/L二甲双胍作用4、8、 12和24h时肝葡萄糖产生分别下降28%、56%、80%和98% (均P〈0. 05,与丙酮酸/乳酸 +地塞米松/cAMP相比，aP〈0. 05,图1)。2. 5 μ mol/L的小檗碱作用2、4、8、12和24h时肝葡 萄糖产生分别下降33%、57%、65%、76%和92% (均P〈0. 05,与丙酮酸/乳酸+地塞米松 /cAMP 相比，aP〈0. 05,图 2)。
[0045] 2、二甲双胍及小檗碱呈剂量依赖性降低肝脏糖异生
[0046] 作用时间为8h时，与对照相比，0. 1、0. 25mmol/L二甲双胍作用并不明显，浓 度为0.5mmol/L时二甲双胍开始起作用，2mmol/L二甲双胍明显降低肝脏葡萄糖产生 [(79. 51±1· 52 对 343. 87±37· 96) μ mol/L，Ρ〈0· 05]，同时加 AMPK 的抑制剂 Compound C后明显减弱二甲双胍对肝糖产生的抑制[(176. 42 ±0. 97对79. 51 ± 1. 52) μ mol/L， Ρ〈0· 05] ;0· 1 μ mol/L的小檗碱无降低糖异生的作用，0· 5、1 μ mol/L的作用还不十分明显， 2. 5 μ mol/L小檗碱明显降低肝脏葡萄糖产生[(100. 37 ±16. 10对343. 87 ±37. 96) μ mol/ L，P〈0. 05]，但是加 Compound C后不能逆转小檗碱对肝糖产生的抑制（图3,与底物对照组 比较，aP〈〇. 05 ;与加入地塞米松/cAMP组比较，bP〈0. 05 ;与加入地塞米松/cAMP组+2mM二 甲双胍组比较，cP〈0. 05)。
[0047] 3、二甲双胍及小檗碱时间依赖性降低肝糖异生相关基因的mRNA水平
[0048] PEPCK、葡萄糖-6-磷酸酶（G6pase)、果糖1，6-二磷酸酶（Fbpase)是糖异生途径 所需的催化酶，而且其中的PEPCK、G6pase是糖异生过程的限速酶。F0X0UCCAAT增强子结 合蛋白（C/ΕΒΡ) α、C/ΕΒΡβ、过氧化物酶增殖物激活受体γ共激活子（PGC) 1 α、肝细胞核 因子（HNF)4a是对PEPCK、G6pase转录起正性调控作用的转录因子。
[0049] 用荧光实时定量PCR的反应体系检测。引物设计：基因组序列网站（NCBI)查 找基因序列，扩增序列的选择采用跨内含子的策略以排除DNA污染的干扰，引物均采用 Primer3. 0软件在线设计（http://frodo. wi. mit. edu/)。设计要求产物扩增长度100? 250bp，Optimal Tm60 ?65°C，Primer GC% 40 ?60%。序列如表 1 :
[0050] 表1RT-PCR引物序列
[0051]
【权利要求】
1. 小檗碱在抑制PPP1R3C基因表达方面的应用。
2. 小檗碱在抑制PPP1R3C的mRNA水平方面的应用。
3. 小檗碱用于制备抑制PPP1R3C基因表达的药物。
4. 小檗碱用于抑制PPP1R3C的mRNA水平的药物。 5. PPP1R3C基因用于制备筛选抑制或促进糖异生的药物。
【文档编号】A61K31/4375GK104055772SQ201410260796
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】宁光, 唐红菊, 周丽斌, 王晓, 李凤英, 刘赟, 张宏利, 李文毅, 顾燕云 申请人:上海交通大学医学院附属瑞金医院