富含霍诺基醇的口服固态脂质纳米颗粒:一种通过靶向调节氧化应激和凋亡信号通路来减轻STZ诱导的1型糖尿病的纳米治疗策略

《Molecular and Cellular Endocrinology》:Oral Honokiol-Loaded Solid Lipid Nanoparticles: A Shielding Nanotherapeutic Strategy to Attenuate STZ-induced Type 1 Diabetes via Targeted Modulation of Oxidative Stress and Apoptotic Signaling

【字体: 时间:2026年03月20日 来源:Molecular and Cellular Endocrinology 3.6

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  该研究通过STZ诱导的糖尿病小鼠模型,评估了Honokiol负载固体脂质纳米颗粒(Honokiol-SLNs)对胰腺β细胞的保护作用。实验显示,28天每日给药Honokiol-SLNs(5mg/kg)显著降低血糖、食物和饮水量,提升体重及血清胰岛素水平,同时减少β细胞凋亡(caspase-3表达下降)、抑制氧化应激(Nrf2通路激活)和炎症反应(NF-κB抑制),逆转胰腺组织异常。该研究首次系统验证了Honokiol-SLNs通过抗氧化、抗炎和抗凋亡机制改善糖尿病小鼠胰腺功能的作用。

  
泰米娜·比比(Tehmina Bibi)、莎哈尔·巴诺(Shahar Bano)、阿里法·沙比尔(Arifa Shabbir)、萨尔曼·汗(Salman Khan)
巴基斯坦伊斯兰堡奎阿德-阿扎姆大学(Quaid-i-Azam University)生物科学学院药学系药理学科学研究实验室,邮编45320

摘要

本研究旨在分析荷诺酮(Honokiol)负载的口服固体脂质纳米颗粒(Honokiol-SLNs)对1型糖尿病实验模型中胰腺β细胞(β-cells)的保护作用。使用链脲佐菌素(Streptozotocin, STZ)注射(150 mg/kg)诱导雄性瑞士小鼠患糖尿病。在实验开始后的28天内,每天给予Honokiol-SLNs,直至高血糖出现。实验结束后,通过胰腺组织和血液评估β细胞的活性、细胞凋亡、氧化应激和炎症情况。体外实验初步验证了Honokiol-SLNs抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的能力,表明其具有潜在的抗糖尿病效果。此外,给动物施用Honokiol-SLNs(5mg/kg)显著降低了血糖水平,减少了食物和水的摄入量,同时增加了体重、血清胰岛素水平和胰腺胰岛素水平。进一步研究表明,Honokiol-SLNs通过降低caspase-3的表达来抑制细胞凋亡,通过增强核因子红系2相关因子2(Nrf2)表现出有益的抗氧化特性,并通过抑制核因子κB(NF-κB)减轻炎症。Honokiol-SLNs显著改善了胰腺的组织学和光谱学异常。此外,氧化应激和促炎细胞因子的减少与抗氧化能力的提升相关。这些结果表明,Honokiol-SLNs通过抑制氧化应激并触发抗氧化、抗炎和抗凋亡作用,可能保护胰腺β细胞并增强其功能。

引言

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]。
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。

部分内容摘要

化学物质

本研究使用了分析级化学试剂和药品。所需试剂均从Sigma-Aldrich(美国密苏里州圣路易斯)购买:链脲佐菌素(STZ)、二氨基联苯胺(DAB)底物、超氧化物歧化酶(SOD)、还原型谷胱甘肽(GSH)、过氧化氢(H2O2)、硫代巴比妥酸(TBA)、抗坏血酸、三氯乙酸(TCA)、Griess试剂和十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)。BD Biosciences(美国加利福尼亚州圣地亚哥)提供了annexin-V-FITC和propidium

荷诺酮-SLNs对α-淀粉酶功能的影响

观察到荷诺酮-SLNs对α-淀粉酶的抑制活性呈剂量依赖性增加。在5 μg/ml的剂量下,抑制率为14.3 ± 1.8%;在80 μg/ml的剂量下,抑制率为84.8 ± 1.2%。如表2所示,Honokiol-SLNs的IC50值为28.250 ± 2.316。

荷诺酮-SLNs对α-葡萄糖苷酶功能的影响

荷诺酮-SLNs显著降低了α-葡萄糖苷酶的活性。在5至80 μg/ml的剂量范围内,抑制率随浓度增加而增加。

讨论

由于荷诺酮的水溶性极低且胃肠道吸收有限,其纯形式(未制剂)的口服生物利用度非常低,这限制了其全身暴露量和口服后的药理活性[57]。固体脂质纳米颗粒(SLNs)和其他基于脂质的纳米颗粒系统已被广泛报道可以改善难溶性药物的口服生物利用度,通过在转运过程中保护活性化合物

结论

荷诺酮是一种特征明确的生物活性双酚化合物,其抗氧化、抗炎和细胞保护作用主要归因于其酚类结构,该结构能够调节Nrf2和NF-κB等氧化还原敏感信号通路。在本研究中,荷诺酮作为活性药物成分使用,而SLN制剂的设计旨在提高其生物利用度和组织递送效果,而非提供内在的生物学作用

CRediT作者贡献声明

泰米娜·比比(Tehmina Bibi):撰写初稿、可视化、方法学设计、实验实施、概念构思。阿里法·沙比尔(Arifa Shabbir):可视化、实验实施。莎哈尔·巴诺(Shahar Bano):可视化、实验实施。萨尔曼·汗(Salman Khan):撰写、编辑与审稿、可视化、验证、项目监督、数据管理、概念构思

利益冲突声明

作者声明没有竞争性财务利益。
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