1型糖尿病(T1D)是一种慢性自身免疫性疾病,其特征是由于胰腺β细胞被破坏导致胰岛素分泌不足。根据国际糖尿病联合会的数据,2019年全球有4.63亿糖尿病患者;预计到2030年这一数字将增加到5.78亿,到2045年将达到7亿[1]。2017年,世界卫生组织估计全球有超过900万人患有T1D,占所有糖尿病病例的2%[2]。最近的流行病学研究表明,T1D的发病率和患病率在全球范围内发生了显著变化。近年来,T1D的发病年龄趋于年轻化,尤其在儿童中更为明显,发病率每年增长3%至5%[3]。
遗传倾向和环境因素,尤其是在生命早期,会导致T1D中的胰腺β细胞自身免疫,这种慢性疾病最终会导致β细胞的破坏和功能丧失。当β细胞丧失时,胰岛素的产生会逐渐减少,血糖控制受到影响,从而需要依赖外源性胰岛素注射,增加了长期并发症的风险。目前尚不清楚导致β细胞自身免疫的具体原因。T1D的临床发展可以分为三个阶段:(1)伴有正常血糖的无症状β细胞自身免疫;(2)伴有血糖异常的无症状β细胞自身免疫;(3)有症状的T1D[4]。针对胰腺β细胞抗原(如谷氨酸脱羧酶(GAD)、胰岛素瘤相关蛋白2(IA-2)、胰岛素自身抗体(IAA)和锌转运蛋白8自身抗体(ZnT8A)的自身抗体是T1D风险的主要指标,尽管从自身免疫到血糖异常再到明显糖尿病的进展是可以预测的。临床疾病的发展和β细胞功能的丧失与这些自身抗体的存在密切相关,这些自身抗体是临床实践中用于检测和预测高风险个体1型糖尿病(T1D)发作的主要血清学指标[5, 6]。
由自由基积累引起的氧化应激加剧了糖尿病的相关问题。能够减少糖尿病小鼠β细胞凋亡的抗氧化疗法有助于维持β细胞功能[7]。促炎细胞因子,特别是IL-1β、IFN-γ和TNF-α,与胰岛炎和β细胞功能障碍的发展有关[8]。糖尿病中的氧化应激特征是活性氧(ROS)的增加和抗氧化剂的减少。β细胞的破坏通过坏死和凋亡过程得以加剧[9]。持续的高血糖会促进活性氧(ROS)的积累,导致胰腺β细胞死亡,进而影响胰岛素的产生和释放,从而引发高血糖[10]。这突显了研究基于抗氧化剂的糖尿病治疗方法的必要性。
在糖尿病中,内质网(ER)应激、死亡受体和线粒体功能障碍会触发caspase-3/4的活性,这是β细胞通过凋亡丢失的主要原因[11]。凋亡主要受Bcl-2蛋白家族调控,细胞对凋亡信号的敏感性主要由Bcl-2/Bax比例决定[12]。由于β细胞的抗氧化防御能力较弱,它们容易受到ROS的损伤[13]。为了减轻糖尿病中的氧化损伤,Nrf2调控对抗ROS的酶(如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化还原蛋白)的产生[14]。由于Nrf2介导第二阶段解毒酶的产生并提供抗氧化保护,它成为细胞抗氧化防御的关键调节因子,在糖尿病研究中受到广泛关注[15]。
从Magnolia officinalis中提取的双酚化合物荷诺酮具有抗炎、抗凋亡和抗氧化作用,这些作用对1型糖尿病(T1D)的发病机制具有重要意义。由于胰腺β细胞自身的抗氧化防御能力较弱,它们特别容易受到氧化损伤[16]。实验研究表明,荷诺酮可以激活Nrf2/ARE通路,增强抗氧化反应,减轻胰腺β细胞模型及其他系统中的氧化应激引起的细胞损伤[17]。同时,它还能抑制核因子κB(NF-κB)信号通路,减少促炎介质的产生,从而减轻氧化应激引起的细胞损伤[18]。此外,荷诺酮还能通过降低caspase-3和caspase-9的活性以及增强Akt和Erk通路中的促生存信号来减轻氧化应激引起的细胞凋亡[19]。然而,由于其水溶性差,荷诺酮的口服生物利用度较低,限制了其在多种疾病中的应用[20]。其大部分治疗作用归因于其酚类羟基。但口服后,由于这种疏水性化学结构的水溶性极低和肠道吸收有限,活性酚类成分的全身暴露量减少[21, 22]。1型糖尿病(T1D)的标志性特征是自身免疫介导的β细胞死亡,氧化应激和凋亡是其主要机制[23, 24, 25]。胰岛素疗法虽然能有效控制高血糖,但无法消除导致β细胞持续丢失和功能障碍的氧化应激和凋亡途径,因为除非特别处理抗氧化机制,否则氧化损伤会持续存在[26]。
研究表明,荷诺酮可以通过激活Nrf2/ARE抗氧化系统来改善葡萄糖代谢,减少糖尿病小鼠中的ROS介导的细胞损伤,并保护胰腺β细胞免受高血糖引起的氧化应激和死亡[17]。由于其水溶性差、首过代谢严重以及吸收率低,荷诺酮的口服生物利用度较低。为了提高其全身暴露量,需要采用纳米颗粒或纳米乳液等制剂技术[27]。尽管荷诺酮具有强效的抗凋亡和抗氧化作用,但其快速代谢和低口服生物利用度限制了其效果。将其制备成固体脂质纳米颗粒(SLNs)可以通过改善胃肠道稳定性、吸收和持续释放来提高全身暴露量。在1型糖尿病模型中,荷诺酮负载的SLNs是一种更有效的保护胰腺β细胞的治疗策略,因为这种策略能更有效地控制氧化应激和β细胞死亡。在我们之前的研究中,开发了荷诺酮负载的口服固体脂质纳米颗粒(Honokiol-SLNs),并证明了其显著的抗糖尿病神经病理性疼痛作用[28]。尽管免疫疗法的进步在预防疾病和保护β细胞方面取得了显著进展,但目前仍没有已知的1型糖尿病(T1D)治疗方法[29]。抗CD3单克隆抗体Teplizumab的批准用于延缓高风险个体的临床T1D发作,这一进展值得关注,表明人们仍在努力调节免疫系统,有可能实现胰岛素独立[29]。
现有降糖药物的长期使用和不良反应使得人们迫切需要更便宜、更有效且副作用更少的糖尿病治疗药物。本研究旨在探讨Honokiol-SLNs在STZ诱导的糖尿病模型中对胰腺β细胞的保护作用。据我们所知,这是首次研究Honokiol-SLNs对STZ诱导的糖尿病小鼠胰腺的影响,包括组织学、光谱学、生化和分子机制方面的内容。