FSHW | 蘑菇中的甘露半乳葡聚糖通过恢复UPR保护胰岛并促进T1DM小鼠的胰岛素分泌

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Introduction

1型糖尿病（T1DM）是由胰岛β细胞的自身免疫破坏导致内源性胰岛素分泌的绝对不足而引起的。由于目前没有治愈T1DM的策略，T1DM患者需要终生的胰岛素治疗以维持血糖稳态和预防并发症，对患者的生活及精神带来严重的负担。其中T1DM治疗的核心理论与修复受损的胰腺β细胞相关。

胰腺β细胞分泌适当的胰岛素以维持血糖稳态。随着循环葡萄糖水平的升高，胰岛素转录因子诱导胰岛素前原mRNA的转录，转录后的mRNA与核糖体结合后，在内质网处进一步启动胰岛素前原的翻译。随后，胰岛素前原经激素原转化酶形成胰岛素和C肽。当葡萄糖通过葡萄糖转运体2（GLUT2）转运进入细胞后，葡萄糖被氧化代谢产生ATP，导致ATP敏感的K+通道关闭，膜去极化，电压门控Ca2+通道启动，Ca2+迅速流入细胞。细胞内Ca2+浓度的增加促进胰岛素分泌颗粒运输到质膜，并通过可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体（SNARE）复合物释放胰岛素。恢复β细胞胰岛素分泌可维持葡萄糖稳态，预防T1DM的发展，那么说明促进胰岛素的合成、转运和释放是保护β细胞功能和治疗T1DM的潜在途径。

蘑菇作为食药用菌可以预防或改善许多疾病，对人体健康有益。多糖是蘑菇中含量最丰富的活性物质。课题组研究发现甘露半乳葡聚糖是蘑菇中主要存在的一类多糖。然而，甘露半乳葡聚糖对T1DM的影响尚未完全阐明。因此本课题组从蜜环菌子实体中分离纯化了具有甘露半乳葡聚糖结构的碱溶性蜜环菌多糖的中性级分（AAMP-N），进一步探究AAMP-N对T1DM的调节作用及其潜在的机制，以期为蘑菇中的甘露半乳葡聚糖在保健食品中的应用提供理论基础。

Results and Discussion

AAMP-N的提取和分析

根据图1A的提取和纯化方案，我们从蜜环菌的子实体中获得了中性多糖AAMP-N。AAMP-N的产量占总多糖的35%。单糖组成分析表明，AAMP-N由葡萄糖（Glc，49.8%）、半乳糖（Gal，25.2%）和甘露糖（Man，18.2%）组成，表明它可能是甘露半乳葡聚糖。FT-IR光谱分析表明AAMP-N是碳水化合物（图1B）。紫外可见光谱分析表明纯化后的AAMP-N不存在蛋白质和核酸（图1C）。分子量分析表明AAMP-N由两个级分组成，其中分子量为22.2kDa为主要级分（图1D）。

AAMP-N改善了T1DM小鼠的糖尿病症状

基于图2A所示的T1DM动物模型，探究AAMP-N对T1DM的调节作用。与STZ组相比，AAMP-N的治疗明显降低了T1DM小鼠的空腹血糖水平（图2B），明显增加了T1DM小鼠的体重（图2C），减少了摄食量（图2D）、饮水量（图2E）、尿量（图2F）以及酮体水平（图2G）。这些结果表明，AAMP-N对T1DM小鼠的糖尿病症状有明显的改善作用。

AAMP-N通过恢复未折叠蛋白反应（UPR）信号来维持T1DM小鼠的胰岛功能

明确了AAMP-N改善T1DM的功能之后，进一步研究了AAMP-N对胰岛的影响。发现AAMP-N的治疗将胰岛恢复至正常形态（图3A-B），并且增加了血清中胰岛素水平（图3C）。随后通过胰岛的蛋白质组学研究，发现AAMP-N在改善与内质网（ER）应激相关的UPR方面有重要作用（图3D-F）。AAMP-N通过激活三个UPR信号通路（图3G），包括ATF6、PERK和IREα/XBP1，维持受损的ER蛋白折叠稳态，改善ER应激诱导的β细胞死亡（图3H），促进了β细胞的存活。这些结果表明，AAMP-N可能通过激活UPR信号通路来保护小鼠的结构完整性并恢复胰岛素分泌。

AAMP-N促进胰岛素的合成

由于血清中胰岛素的水平增加，本研究进一步在体外探究了AAMP-N促进胰岛素分泌的机制。AAMP-N促进原代β细胞和Min6细胞的胰岛素分泌（图4A）。其胰岛素合成的增加（图4B-C）与AAMP-N增加转录因子（图4E）对Ins2的mRNA转录相关（图4D）。

AAMP-N促进胰岛素的分泌

胰岛素分泌需要Ca 2+ 刺激的胰岛素分泌囊泡运输和胰岛素分泌囊泡与质膜的融合。AAMP-N的处理增加了明显的Ca 2+ 内流（图5A）以及胞内Ca 2+ 浓度（图5B），其由CamkII（图5C）和cAMP/PKA的激活（图5D-E）诱导，这可能导致细胞内胰岛素分泌囊泡运输增加。随后，AAMP-N通过VAMP2促进囊泡与质膜融合以释放胰岛素（图5F）。

Conclusion

蘑菇中的甘露半乳葡聚糖通过恢复UPR保护胰岛，促进T1DM小鼠的胰岛素分泌，其可作为潜在的天然功能食品，用于预防和治疗T1DM的胰腺功能障碍。

第一作者

刘婷，女，现为东北师范大学在读理学博士研究生，主要研究方向为糖复合物的结构与功能。目前共发表学术论文3篇，其中第一作者1 篇。

通信作者

范玉莹教授，女，博士，东北师范大学教授，博士生导师，致力于糖复合物预防或改善代谢性疾病的机制研究。在Autophagy，PLoS Genetics，Carbohydrate Polymers等国际主流刊物上共发表20余篇SCI论文，其中第一作者和通信作者13 篇；主持国家自然科学基金面上项目、吉林省科技厅医药产业发展专项资金等科研项目7 项；围绕糖复合物降血糖研究获得授权发明专利4 项；获得吉林省科学技术奖励一等奖1 项，吉林省自然学术成果奖三等奖1 项。

Mannogalactoglucan from mushrooms protects pancreatic islets via restoring UPR and promotes insulin secretion in T1DM mice

Ting Liu, Si Chen, Yunhe Qu, Lujuan Zheng, Xiaoxuan Yang, Shuhan Men, Yuanning Wang, Hanrui Ma, Yifa Zhou, Yuying Fan*

Engineering Research Center of Glycoconjugates, Ministry of Education, Jilin Provincial Key Laboratory of Chemistry and Biology of Changbai Mountain Natural Drugs, School of Life Sciences, Northeast Normal University, Changchun 130024, China

*Corresponding author.

Abstract

Type 1 diabetes mellitus (T1DM) lacks insulin secretion due to autoimmune deficiency of pancreatic β-cells. Protecting pancreatic islets and enhancing insulin secretion has been therapeutic approaches. Mannogalactoglucan is the main type of polysaccharide from natural mushroom, which has potential medicinal prospects. Nevertheless, the antidiabetic property of mannogalactoglucan in T1DM has not been fully elucidated. In this study, we obtained the neutral fraction of alkali-soluble Armillaria mellea polysaccharide (AAMP-N) with the structure of mannogalactoglucan from the fruiting body of A. mellea and investigated the potential therapeutic value of AAMP-N in T1DM. We demonstrated that AAMP-N lowered blood glucose and improved diabetes symptoms in T1DM mice. AAMP-N activated unfolded protein response (UPR) signaling pathway to maintain ER protein folding homeostasis and promote insulin secretion in vivo. Besides that, AAMP-N promoted insulin synthesis via upregulating the expression of transcription factors, increased Ca2+ signals to stimulate intracellular insulin secretory vesicle transport via activating calcium/calmodulin-dependent kinase II (CamkII) and cAMP/PKA signals, and enhanced insulin secretory vesicle fusion with the plasma membrane via vesicle-associated membrane protein 2 (VAMP2). Collectively, these studies demonstrated that the therapeutic potential of AAMP-N on pancreatic islets function, indicating that mannogalactoglucan could be natural nutraceutical used for the treatment of T1DM.

Reference:

LIU T, CHEN S, QU Y H, et al. Mannogalactoglucan from mushrooms protects pancreatic islets via restoring UPR and promotes insulin secretion in T1DM mice[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(3): 1390-1401. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250117.

文章编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意

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