钒化合物对热休克蛋白60的作用机制及抗糖尿病生物效应

糖尿病是影响人类健康的重大疾病。钒化合物是有前景的抗糖尿病药物，但其作用机制和潜在的毒性尚不清楚。我们前期的工作发现，热休克蛋白60（Hsp60）可能是氧钒离子的重要靶蛋白，并据此提出钒化合物抗糖尿病作用的新假设。本项目计划研究氧钒离子和Hsp60结合的机制，阐明氧钒离子对Hsp60自组装及其与细胞受体蛋白相互作用的影响，在细胞水平观察氧钒离子-Hsp60作用对胰岛细胞的影响、对外源性因素（脂肪酸/炎症因子等）引起细胞损伤的保护作用及其信号转导和分子机制，并发现氧钒离子结合热休克蛋白组，企图从化学建构的思路上溯后续生物效应，而探索发现钒化合物抗糖尿病和/或毒性作用的新机理，为抗糖尿病钒化合物药物研发提供新的理论和方法基础。

钒化合物是具发展前景的一种抗糖尿病无机药物，但其作用机理未明。热休克蛋白Hsp60在I型和II型糖尿病以及自免疫疾病中发挥重要作用。本研究旨在探索钒化合物抗糖尿病作用的机理和Hsp60在其中的意义。研究取得了以下的结果：（1）建立了Hsp60蛋白的表达制备体系，首次纯化了重组人源原生型活性Hsp60蛋白，研究了Hsp60和VO2+、VO3-、Ce3+、La3+, Ca2+, Mg2+，Hg2+,Cu2+, Ag+, Au3+, Zn2+, Cd2+, Fe3+, Mn2+, Pb2+等离子的作用，发现Hsp60和VO2+、VO3-、Ce3+结合，荧光滴定法测定了结合常数Kd为 3×10-4（VO3-）和4×10-17（VO2+）；（2）在钒化合物保护胰岛细胞的机制中，发现棕榈酸导致β细胞的氧化应激、内质网应激和进而β细胞凋亡。低浓度（<10 μmol/L）乙酰丙酮氧钒可上调伴侣分子蛋白BiP/GRP78，抑制了促凋亡蛋白CHOP表达，减少胰岛素转录和合成、恢复细胞钙内稳态。而高浓度的氧钒配合物（≥100 μmol/L）则下调ARE/Nrf2细胞抗氧化信号，加剧细胞氧化压力和损伤。（3）在糖尿病db/db小鼠上，首次发现钒化合物上调脂肪、胰腺和肌肉等组织中PPARγ蛋白表达。在NIT-1胰岛细胞和原代脂肪细胞中，钒化合物上调PPARα/γ蛋白表达，调节PPARγ的磷酸化修饰和转录活性，激活脂联素和AMPK信号转导。机制研究表明，氧钒离子与细胞内Hsp60结合后，诱导Hsp60与PPARγ蛋白的结合；通过调节PPARγ-Hsp60蛋白质相互作用，氧钒离子抑制了PPARγ的蛋白降解。这首次揭示了钒化合物是一种新型的PPARγ调节剂；（4）基于药理作用和毒性的分子机制，提出“通过抗氧化配体降低钒化合物的毒性同时保持乃至提高钒化合物的降糖活性”的设计新理念，合成研究了1个系列的抗氧化剂-曲酸衍生物杂合配体的新型钒化合物，发现化合物的抗氧化活性越高，则其动物急性毒性越低。其中较好的化合物BSOV（bis((5-hydroxy-4-oxo-4H-pyran-2-yl) methyl 2-hydroxybenzoatato) oxovanadium）正在进一步开发研究中。总之，本研究揭示了钒化合物抗糖尿病作用的新机制（图1），为进一步设计和发现抗糖尿病无机药物提供了新思路

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