Introduction

胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）是指胰岛素作用的靶组织、靶器官，如：肝脏、肌肉、脂肪组织等对一定量的胰岛素的生物学反应低于预计水平。胰岛素抵抗促使糖耐量正常人群糖耐量恶化，是造成2型糖尿病的主要病因，已有多种因素被提出来解释胰岛素抵抗的机制，包括肥胖、炎症、线粒体功能障碍、高胰岛素血症、脂中毒/高脂血症、遗传背景、内质网应激、衰老、氧化应激、脂肪肝、缺氧、脂肪代谢障碍和妊娠。

大豆（Glycine max）是最重要的农作物之一，富含优质蛋白质，不含胆固醇，饱和脂肪含量低于动物蛋白，含有所有必需的氨基酸。食用大豆对人类健康有许多潜在益处，可以减少许多慢性疾病，例如肥胖症、心血管疾病、胰岛素抵抗/2型糖尿病和癌症。这些生理功能被归因于大豆蛋白，或者更常见的是来自大豆加工的功能性生物活性肽。大豆生物活性肽是通过酶解、食品加工、发酵或胃肠道消化产生的大豆蛋白的小片段。

有趣的是，几种大豆肽在不同的实验模型中都具有抗糖尿病活性。例如，大豆肽LPYP、IAVPGEVA和IAVPTGVA通过葡萄糖转运蛋白1和4增加了肝细胞对葡萄糖的摄取。同样，大豆吗啡-5（YPFVV）降低糖尿病KKAy小鼠的葡萄糖和甘油三酯水平。大豆多肽vglycin可使2型糖尿病Wistar大鼠空腹血糖水平正常化、增加胰岛素敏感性，恢复胰岛素信号通路和胰腺功能。此外，它还通过抑制肝脏中的脂肪堆积来防止肝脏损伤、炎症和胰岛素抵抗。因此，西南民族大学的Yinghuan Wu、Yanying Zhao等，在本研究从大豆种子中分离纯化了一种新的多肽iglycin，并探讨了其对高脂饮食喂养的C57BL/6J小鼠葡萄糖稳态的调节作用。

Results and Discussion

大豆肽纯化

采用反相高效液相色谱（RP-HPLC）对该多肽进行纯化，如图1所示。收集从RP-HPLC中回收的三个峰，并应用于MALDI-TOF-MS分析。该标记片段的分子量为3.88 kDa，氨基酸序列为ISCNG VCSPF DIPPC GTPLC RCIPA GLFVG KCRHP YG，与vglycin相似。因此，该肽被命名为iglycin。

图1 反相高效液相色谱法纯化iglycin

C57BL/6J小鼠的胰岛素敏感性和葡萄糖稳态

图2A中给出了动物实验策略。高脂饮食显著增加c57bl/6j小鼠第28、56、84、112和140天的空腹血糖，如图2B所示。而剂量分别为40μg/(g·d)和80μg/(g·d) 的iglycin 长期口服给药分别在第112天和第140天对高脂饮食引起的空腹血糖升高有抑制作用。Iglycin 治疗组小鼠在第112天和第140天的空腹血糖水平与对照组相近。此外，在第140天，iglycin 在40 μg/(g·d)和80 μg/(g·d) iglycin 处理的30分钟和60分钟时，与高脂饮食组相比，也降低了小鼠的空腹血糖含量（图2C，D）。同时与高脂饮食组相比，胰岛素耐受试验组小鼠在40μg/(g·d)和80μg/(g·d)的30min 时（图2E，F），血清胰岛素水平也明显降低。Iglycin 治疗组和饲料组的血糖水平在糖耐力测试和胰岛素耐受性测试中没有明显差异。说明iglycin 改善了 c57bl/6j 小鼠的胰岛素敏感性和葡萄糖稳态。

图2 高脂饮食C57BL/6J小鼠的空腹血糖、胰岛素耐受性和口服葡萄糖耐受性

脂肪组织中的胰岛素信号传导

如图3A所示，对脂肪组织中的胰岛素信号通过western blot研究，发现iglycin诱导IRS1（图3B）和Akt（图3C）的磷酸化。胰岛素通过产生IRS1磷酸化和Akt功能的改变刺激葡萄糖摄取。Akt是胰岛素信号网络中的一个主要枢纽，Akt使许多细胞内底物磷酸化，从而协调GLUT4向质膜的移位，导致葡萄糖摄取。因此，iglycin改善胰岛素敏感性可能是胰岛素信号重建的结果。

图3 附睾脂肪库中胰岛素受体底物1(IRS1)和AKT的磷酸化

葡萄糖摄取

众所周知，胰岛素通过促进脂肪细胞和肌肉细胞摄取葡萄糖来降低血糖水平。为了阐明iglycin改善胰岛素敏感性和葡萄糖稳态的潜在机制，研究了iglycin在胰岛素抵抗条件下对胰岛素刺激的脂肪细胞葡萄糖摄取的影响。如图4所示，与地塞米松诱导的胰岛素抵抗脂肪细胞培养基相比，正常脂肪细胞培养基中残留的葡萄糖更少。而iglycin改善了胰岛素抵抗条件下脂肪细胞中胰岛素刺激的葡萄糖摄取，这可能解释了iglycin使C57BL/6J小鼠的空腹血糖水平正常化。

图4 3T3L1脂肪细胞的葡萄糖消耗

脂肪细胞中GLUT4易位与胰岛素信号激活

在基础条件下，约95%的GLUT4蛋白定位于细胞内，而其余5%的蛋白位于细胞表面。相反，胰岛素刺激GLUT4向质膜移位，从而导致葡萄糖摄取。值得注意的是，GLUT4向质膜移位受损被认为是导致胰岛素抵抗和2型糖尿病的最早缺陷之一。如图5B所示，iglycin以剂量依赖性方式上调质膜上GLUT4的水平，从而增强脂肪细胞对葡萄糖的摄取。此外，根据在脂肪组织中的观察，iglycin还诱导胰岛素刺激的IRS1（图5C）和AKT的磷酸化（图5D）。说明通过iglycin来改善GLUT4易位和胰岛素信号激活可能有助于重建脂肪细胞中胰岛素刺激的葡萄糖摄取。

基于iglycin可通过改善胰岛素信号转导途径逆转3T3L1脂肪细胞的胰岛素抵抗，文中给出了还可改善氧化应激、脂肪细胞凋亡和线粒体功能障碍（见正文）。

图5 Iglycin对IRS1、AKT磷酸化和胰岛素反应性葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）向质膜转位的影响

Conclusion

本研究分离了一种新的大豆多肽iglycin，并验证了它能在脂肪组织中激活胰岛素信号，使高脂饮食C57BL/6J小鼠的空腹血糖水平恢复正常，改善胰岛素耐量和口服葡萄糖耐量。此外，还可通过改善胰岛素信号转导途径逆转3T3L1脂肪细胞的胰岛素抵抗，改善氧化应激、脂肪细胞凋亡和线粒体功能障碍。

第一作者简介

伍迎欢，女，西南民族大学硕士生，主要从事分子生物学研究。

通信作者简介

赵燕英，女，博士（后），西南民族大学教授，硕士生导师，国家民委中青年英才，四川省生物化学与分子生物学学会理事。研究领域为动物生物化学，集中在探讨生物活性物质（蛋白、多糖等）对人类和动物健康的影响。近年来先后主持国家自然科学基金1项，四川省杰出青年基金项目1项，民委中青年英才项目1项。主研多项国家和省部级项目。

Novel soybean peptide iglycin ameliorates insulin resistance of high-fat diet fed C57BL/6J mice and differentiated 3T3L1 adipocytes with improvement of insulin signaling and mitochondrial function

Yinghuan Wu^a, Ran Zhao^b, Minxia Li^b, Huiyun Li^b, Zhengwang Chen^c, Yanying Zhao^a,*

^aKey Laboratory of Qinghai-Tibetan Plateau Animal Genetic Resource Reservation and Utilization of Ministry of Education, Key Laboratory of Qinghai-Tibetan Plateau Animal Genetic Resource Reservation and Utilization of Sichuan Province, College of Life Science and Technology, Southwest Minzu University, Chengdu 610041, China

^bShandong Tianheng Inspection Co., Ltd., Heze 274000, China

^cKey Laboratory of Molecular Biophysics of Ministry of Education, School of Life Science and Technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China

*Corresponding author.

E-mail address: biozyy@163.com

Abstract

Soy consumption has been associated with potential health benefits in reducing chronic diseases. These physiological functions have been attributed to soy proteins or more commonly to bioactive peptides. Thus, more studies are required to identify these bioactive peptides, and elucidate their biological mechanisms of action. In the present study, a novel peptide iglycin was purified from soybean seeds with a molecular mass of 3.88 kDa. Thereafter, iglycin reduced fasting blood glucose and restored insulin sensitivity of C57BL/6J mice on a high-fat diet with increased phosphorylation of insulin receptor substrate 1 (IRS1) and AKT in adipose tissue. Furthermore, it improved glucose uptake, induced translocation of intracellular GLUT4 to plasma membrane and activation of insulin signaling in adipocytes under insulin-resistant condition. In addition, it decreased reactive oxygen species production, lipid peroxidation and inhibited adipocyte apoptosis with improved mitochondrial function as evidenced by up-regulation of succinate dehydrogenase activity, mitochondrial membrane potential and intracellular ATP store. These data suggested that iglycin ameliorated insulin resistance via activation of insulin signaling, which was associated with inhibition of oxidative stress, adipocyte apoptosis, and improvement of mitochondrial function.

Reference:

WU Y H, ZHAO R, LI M X, et al. Novel soybean peptide iglycin ameliorates insulin resistance of high-fat diet fed C57BL/6J mice and differentiated 3T3L1 adipocytes with improvement of insulin signaling and mitochondrial function[J]. Food Science and Human Wellness, 2022, 11(6): 1565-1572. DOI:10.1016/j.fshw.2022.06.014.

或点击https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213453022000970#!查看文章