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国家食用菌中心药食两用平台在百合花促进Caco-2细胞葡萄糖吸收活性研究方面取得进展

该成果以“Glucose absorption regulation and mechanism of the compounds in Lilium lancifolium Thunb on Caco-2 cells”为题发表于《Food and Chemical Toxicology》杂志上(IF:4.679JCR TOP Q2区)

百合科植物卷丹(Lilium lancifolium Thunb)的化学成分主要包括皂苷类、生物碱类、黄酮类、酚酸甘油脂类和多糖等,药理活性包括抗菌、降血脂、抗炎和抗氧化等。本课题组从卷丹花中分离得到化合物:山奈酚、咖啡酸和槲皮素-3-O-β-D-半乳糖苷。

Figure 1. The Structure of kaempferol, caffic acid and quercetin-3-O-b-D-galactopyranside isolated from Lilium lancifolium flower extract

文献调研发现:山柰酚、咖啡酸和槲皮素-3-O-β-D-半乳糖苷药理活性研究较多,如抗炎、调血脂、抗氧化和抗抑郁等。但没有山柰酚、咖啡酸和槲皮素-3-O-β-D-半乳糖苷基于Caco-2细胞葡萄糖吸收报道。因此,在本文选用Caco-2细胞为模型,研究了卷丹花中分离的3个化合物对Caco-2细胞葡萄糖吸收调节及作用机制。

实验结果显示:培养的Caco-2细胞能自然分化成与成熟小肠细胞具有相似形态和生化特征。此时的Caco-2细胞可以作为研究小肠吸收的体外模型,且在培养至15-16 d进行实验。

Figure 2 Transmembrane resistance value of Caco-2 cell monolayer

咖啡酸和槲皮素-3-O-β-D-半乳糖苷具有促进Caco-2细胞对葡萄糖吸收的作用。山奈酚对Caco-2细胞上清中葡萄糖含量无明显影响。

Figure 3 Effects of (A) kaempferol, (B) caffeic acid, (C) quercetin-3-O-β-D-galactoside on the normal Caco-2 glucose intake and consumption.

荧光D-葡萄糖同系物(2-NBDG)为示踪探针检测化合物对Caco-2细胞葡萄糖摄取及消耗的影响,倒置荧光显微镜拍照,2-NBDG的摄取量与荧光强度成正比,以此衡量Caco-2的糖摄取能力。

Figure 4 A: Control group B: 200 µM kaempferol C: 100 µM kaempferol D: 50 µM kaempferol E: 200 µM caffeic acid F: 100 µM caffeic acid G: 50 µM caffeic acid H: 200 µM quercetin-3-O-β-D-galactoside I: 100 µM quercetin-3-O-β-D-galactoside J: 50 µM quercetin-3-O-β-D-galactoside

在此基础上,进一步探索Caco-2细胞葡萄糖吸收相关信号通路SGLT1GLUT2。阐释咖啡酸和槲皮素-3-O-β-D-半乳糖苷促进Caco-2细胞葡萄糖吸收的作用机制。

Figure 5 Western Blotting method to detect the effect of caffeic acid and quercetin-3-O-β-D-galactoside on the expression levels of SGLT1 signaling pathway-related proteins (A) caffeic acid, (B) The effect of quercetin-3-O-β-D-galactoside on the expression levels of related proteins involved in the SGLT1 signaling pathway.

Figure 6 The effects of caffeic acid and quercetin-3-O-β-D-galactoside on the transcription of SGLT1 and GLUT2 mRNA detected with Quantitative real-time PCR.

以上研究发现:咖啡酸和槲皮素-3-O-β-D-半乳糖苷通过促进SGLT1GLUT2 mRNA的转录及其蛋白的表达,进而促进Caco-2细胞葡萄糖吸收的作用。

Figure 7. Diagram of sugar absorption mechanism of small intestinal epithelial cells

本团队在葡萄糖消化、吸收和转运等方面进行了系列研究,形成了成熟的研究策略,研究成果先后发表在Future Medicinal Chemistry  (https://doi.org/10.4155/fmc-2018-0515); International Journal of Biological Macromolecules(https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.05.042 );Food Science and Human Wellness (https://doi.org/10.1016/j.fshw.2020.02.002;https://doi.org/10.1016/j.fshw.2020.04.005 );Biomedicine & Pharmacotherapy(https://doi.org/10.1016/j.biopha.2020.109952);Food and Chemical Toxicology (https://doi.org/10.1016/j.fct.2019.110806) 等杂志。