Ultimo aggiornamento: agosto 17, 2026
La berberina migliora il metabolismo del glucosio attraverso l'induzione della glicolisi
https://www.fisiologia.org/doi/abs/10.1152/ajpendo.00211.2007
Berberina, un alcaloide botanico utilizzato per controllare il tipo di glucosio nel sangue 2 diabete in Cina, è stato recentemente segnalato che attiva AMPK. Tuttavia, non è chiaro come l'AMPK venga attivato dalla berberina. In questo studio, l'attività e il meccanismo d'azione della berberina sono stati studiati in vivo e in vitro. Nei ratti obesi dalla dieta, La berberina ha aumentato la sensibilità all'insulina dopo la somministrazione di 5 settimane. L'insulina a digiuno e l'HOMA-IR sono diminuiti del 46 E 48%, rispettivamente, nei ratti. Nelle linee cellulari che includono adipociti 3T3-L1, Miotubi L6, Miotubi C2C12, ed epatociti H4IIE, è stato scoperto che la berberina aumenta il consumo di glucosio, 2-assorbimento del desossiglucosio, e in misura minore 3-O-metilglucosio (3-Oh mio Dio) assorbimento indipendentemente dall’insulina. L’assorbimento del glucosio indotto dall’insulina è stato potenziato dalla berberina in assenza di cambiamenti nell’IRS-1 (Ser307/312), Att, p70 S6, e fosforilazione di ERK. La fosforilazione dell'AMPK è stata aumentata dalla berberina 0.5 H, e l’aumento è rimasto per ≥ 16 ore. Sono state determinate la respirazione aerobica e anaerobica per comprendere il meccanismo d'azione della berberina. La fosforilazione di lunga durata dell’AMPK è stata associata ad un aumento persistente del rapporto AMP/ATP e ad una riduzione del consumo di ossigeno. È stato osservato un aumento della glicolisi con un aumento della produzione di acido lattico. La berberina non ha mostrato citotossicità, e ha protetto la membrana plasmatica nei miotubi L6 nella coltura cellulare. Questi risultati suggeriscono che la berberina migliora il metabolismo del glucosio stimolando la glicolisi, che è correlato all'inibizione dell'ossidazione del glucosio nei mitocondri. L’attivazione dell’AMPK indotta dalla berberina è probabilmente una conseguenza dell’inibizione dei mitocondri che aumenta il rapporto AMP/ATP.
la berberina è un alcaloide botanico presente nelle radici e nella corteccia di diverse piante, compreso Coptis chinensis francese, un'antica erba cinese usata per curare il diabete da migliaia di anni in Cina. La berberina è il principale composto attivo dell'erba. Oltre alle sue attività metaboliche, La berberina ha attività antimicrobiche consolidate nel controllo delle infezioni da batteri, virus, funghi, protozoi, ed elminti (8, 14). È un farmaco da banco per il trattamento delle infezioni gastrointestinali in Cina. In 1988, l'effetto ipoglicemizzante della berberina è stato scoperto quando la berberina veniva usata per trattare la diarrea nei pazienti diabetici in Cina (13). Da allora, La berberina è stata utilizzata come agente antiperglicemico da molti medici in Cina. Nella letteratura cinese sono presenti numerosi resoconti clinici sull’azione ipoglicemizzante della berberina.
Per quanto riguarda il meccanismo d'azione della berberina, abbiamo scoperto che la berberina aumenta il metabolismo del glucosio nelle cellule in coltura, e questa attività era paragonabile a quella osservata per la metformina in 2002 (20). Questa attività è stata confermata successivamente in altri studi, e l'AMPK è stato proposto per mediare le attività metaboliche della berberina (2, 3, 9, 22). In 2006, è stato riferito che la berberina è in grado di attivare l'AMPK per l'inibizione della sintesi lipidica negli epatociti umani (2). È stato segnalato che la berberina riduce il peso corporeo e migliora il metabolismo del glucosio in modelli animali di sindrome metabolica (9). È stato scoperto che la berberina induce la fosforilazione dell'AMPK negli adipociti 3T3-L1 e nei miotubi L6, e l'AMPK è stato proposto per spiegare l'effetto sensibilizzante all'insulina della berberina (9). L'attivazione della via AMPK da parte della berberina è stata osservata anche da altri due gruppi (3, 22). Sebbene l'AMPK sia attivato dalla berberina, le condizioni metaboliche che portano a questo effetto richiedono ulteriori indagini. È stato dimostrato che la berberina inibisce il ciclo dell'acido citrico nei mitocondri isolati (1, 11, 12). Tuttavia, non è chiaro se questa attività possa essere osservata nelle cellule viventi per l'attivazione dell'AMPK.
In questo studio, l'attività metabolica della berberina è stata esaminata nei ratti diabetici, e il meccanismo d'azione è stato studiato in modelli cellulari. Il risultato suggerisce che la berberina stimola il metabolismo del glucosio attraverso l’induzione della glicolisi. L'attivazione dell'AMPK da parte della berberina è correlata ad un aumento del rapporto AMP/ATP. L’inibizione dell’ossidazione del glucosio nei mitocondri può contribuire all’aumento del rapporto AMP/ATP e all’attivazione dell’AMPK.
DISEGNO E METODI DELLA RICERCA
Reagenti.
DMEM, 3-isobutil-1-metilxantina (IBMX), desametasone, soluzione di insulina, 2-desossi-d-glucosio, 3-O-metil-d-glucopiranosio, e la citocalasina B sono state acquistate da Sigma Chemicals (San. Luigi, MO). Siero fetale bovino (FBS) è stato acquistato dall'Atalanta Biologicals (Lawrenceville, GA). Il reagente colorato al glucosio è stato acquistato da Raichem (San Diego, CA). 2-Deoxy-d-[3H]glucosio e 3-O-d-[metil-14C]il glucosio è stato acquistato da PerkinElmer (Boston, MA). Anticorpi contro fosfo-Akt (Thr308) e fosfo-p70 S6 chinasi (Thr389) sono stati acquistati da Cell Signaling Technology (Danvers, MA). IgG anti-capra [perossidasi di rafano (HRP) coniugato], anticorpi contro Akt1/2, GLUT4, e fosfo-IRS-1 (Tyr632) sono stati ottenuti dalla biotecnologia di Santa Cruz (Santa Croce, CA). Anticorpo contro il fosfo-IRS-1 (Ser307) è stato acquistato da Upstate (Charlottesville, VA). Gli anticorpi contro l'α-tubulina e il GLUT1 sono stati ottenuti da Abcam (Cambridge, MA). Le IgG anti-coniglio o le IgG anti-topo coniugate con HRP sono state acquistate da GE Healthcare UK (Buckinghamshire, Regno Unito). La membrana in PVDF per immunoblot è stata acquistata da Bio-Rad (Ercole, CA). Il kit per il dosaggio delle proteine è stato acquistato da Pierce (Rockford, IL). La berberina per esperimenti sugli animali proveniva dalla fabbrica di Materia Medica della contea di Meitan, Provincia del Guizhou, Cina. La berberina per gli esperimenti in vitro proveniva da Sigma Chemicals (San. Luigi, MO).
Esperimenti sugli animali.
Ratti Wistar maschi (Centro animali sperimentali dell'accademico cinese, Shangai, Cina), 2∼3 mesi e ∼240 g di peso corporeo, sono stati alloggiati individualmente in gabbie metalliche in una stanza a temperatura controllata (22 ± 1°C) su a 12:12-h ciclo luce-buio. Gli animali sono stati nutriti con una dieta ricca di grassi (HFD; lardo, 59% di calorie) con libero accesso a cibo e acqua. Il protocollo sugli animali è stato approvato dal comitato di revisione istituzionale. Dopo 6 mo su HFD, gli animali sono stati divisi in controllo (n = 6) e trattato con berberina (n = 6) gruppi. La berberina è stata somministrata a 125 mg/kg due volte al giorno a 1000 E 2200 mediante sonda gastrica per 5 sett. I ratti di controllo sono stati sottoposti a sonda gastrica con un uguale volume di veicolo (acqua distillata). Dopo 5 settimane di trattamento, un test di tolleranza al glucosio intraperitoneale (IPGTT) è stato condotto tra 0900 E 1100 su animali a digiuno di 10 ore. Il sangue a digiuno veniva prima raccolto lacerando la vena della coda prima che fosse somministrato il glucosio 2 g/kg peso corporeo (40% soluzione di glucosio). Successivamente sono stati raccolti campioni di sangue 2 H. L'insulina a digiuno è stata rilevata utilizzando un kit LINCO Rat Insulin RIA (San. Carlo, MO). La valutazione del modello di omeostasi (HOMA) Il metodo è stato utilizzato per determinare la resistenza all’insulina (HOMA-IR) (10): HOMA-IR = insulina a digiuno (μU/ml) ×glicemia a digiuno (mmol/l)/22.5.
Celle.
Preadipociti di fibroblasti di topo 3T3-L1, Mioblasti scheletrici di ratto L6, Mioblasti di topo C2C12, e la linea cellulare di epatoma di ratto H4IIE sono state acquistate dall'American Type Culture Collection (Manassas, VA) e mantenuto nel terreno di coltura DMEM integrato con 10% FBS, 4 mmol/l di glutammina, E 50 mg/l di gentamicina in un'atmosfera di 5% CO2 a 37°C. Per l'adipogenesi, 3I preadipociti T3-L1 sono stati fatti crescere fino alla confluenza in una piastra da 100 mm e poi trattati con un cocktail adipogenico (5 μg/ml di insulina, 0.5 mmol/l IBMX, E 10 μmol/l desametasone) per 4 giorni. Questa è stata seguita da un'ulteriore incubazione in terreno arricchito con insulina 3 giorni. Di giorno è stato utilizzato il terreno normale 7 per mantenere gli adipociti (6). Per la differenziazione dei miotubi, Le cellule L6 sono state coltivate in DMEM con 10% FBS per 24 H. Le cellule sono state poi mantenute 2% Mezzo FBS (α-MEM) per 6 giorni per indurre la differenziazione. Il mezzo è stato cambiato ogni 48 H (15). Per celle C2C12, DMEM integrato con 2% il siero di cavallo è stato utilizzato per indurre la differenziazione. Il processo di induzione era simile a quello delle cellule L6 (16).
Consumo di glucosio.
Le cellule sono state coltivate in piastre di coltura tissutale da 96 pozzetti. Quando sono stati condotti gli esperimenti, il terreno di coltura normale è stato sostituito da DMEM addizionato con 0.25% albumina sierica bovina (BSA). Poi, le cellule sono state trattate con berberina e/o insulina (concentrazione finale 100 nmol/l) per 24 H. La concentrazione di glucosio nel terreno è stata determinata mediante il metodo della glucosio ossidasi. Il glucosio dei pozzetti con le cellule è stato sottratto dal glucosio dei pozzetti vuoti per ottenere la quantità di glucosio consumato (20).
Assorbimento del glucosio.
3Preadipociti T3-L1, L6, o mioblasti C2C12 sono stati differenziati in adipociti maturi o miotubi in una piastra da 12 pozzetti. Per 2-desossiglucosio (o 3-OMG) assorbimento, dopo il trattamento con berberina in DMEM privo di siero con 0.25% BSA per 16 H, le cellule sono state trattate con insulina (200 nmol/l) per 20 min a 37°C in PBS (1 ml/pozzetto). Dopo un lavaggio in PBS, le cellule sono state incubate 1 ml di PBS contenente 0.1 mmol/l 2-desossi-d-glucosio (o 3-O-metil-d-glucosio) E 1 μCi/ml 2-desossi-d-[3H]glucosio (o 3-O-d-[metil-14C]glucosio) per 5 min. Poi, le cellule sono state lavate due volte in PBS ghiacciato e lisate 0.4 ml di 1% sodio dodecil solfato. [3H]glucosio (O [14C]glucosio) il contenuto è stato determinato in 4 ml di scintillante utilizzando un contatore a scintillazione Beckman LS6500. L'assorbimento aspecifico del glucosio viene misurato in presenza di 20 μmol/l di citocalasina B e sottratti dall'assorbimento totale per ottenere l'assorbimento specifico di glucosio (6, 18).
Blotting occidentale.
Le cellule sono state trattate con berberina in terreno privo di siero con 0.25% BSA. In alcuni esperimenti, insulina (200 nmol/l) è stato aggiunto 20 min prima della raccolta delle cellule. L'intero lisato cellulare è stato prodotto mediante sonicazione in tampone di lisi (1% Tritone X-100, 50 mmol/l KCl, 25 mmol/l HEPES, pH 7.8, 10 μg/ml di leupeptina, 20 μg/ml di aprotinina, 125 μmol/l ditiotreitolo, 1 mmol/l fluoruro di fenilmetilsolfonile, 1 mmol/l ortovanadato di sodio). La proteina (100 mg) è stato bollito per 5 min, risolto nel 7% mini-SDS-PAGE per 90 mio quello 100 V, e tamponato sulla membrana di difluoruro di polivinilidene (BioRad). Dopo essere stato preblotting nel tampone di latte per 30 min, la membrana è stata tamponata con il primo anticorpo per 2-12 ore e con l'anticorpo secondario per 30 min. Gli anticorpi secondari coniugati con HRP sono stati utilizzati con il reagente chemiluminescenza (PerkinElmer Scienze della vita) per la generazione del segnale luminoso. Per rilevare più segnali da una membrana, la membrana è stata trattata con un tampone di stripping (0.5 mol/l NaOH) per 20 minuto dopo ogni ciclo di blotting per rimuovere l'anticorpo legato. Tutti gli esperimenti sono stati condotti tre volte (5). ImageJ 1.37V è stato utilizzato per quantificare i segnali occidentali.
Saggio di citotossicità LDH.
3Gli adipociti T3-L1 e i miotubi L6 sono stati coltivati in piastre da 24 pozzetti. Dopo il trattamento con la berberina per 24 h in DMEM privo di siero integrato con 0.25% BSA, lattato deidragenasi (LDH) la concentrazione nel mezzo è stata rilevata con il kit di analisi di citotossicità LDH II (BioVisione, Vista sulle montagne, CA).
Consumo di ossigeno.
Il consumo di ossigeno è stato analizzato nei sistemi di biosensori di ossigeno BD (BD Bioscienze, Bedford, MA). Dopo la differenziazione, gli adipociti 3T3-L1 o i miotubi L6 sono stati trypsinizzati e placcati su una piastra incorporata con un colorante sensibile all'ossigeno nel terreno di coltura DMEM integrato con 10% FBS. Dopo 6 H, berberina e/o insulina (concentrazione finale 100 nmol/l) è stato aggiunto al mezzo. La lettura della fluorescenza è stata effettuata in momenti diversi. Le unità di consumo di ossigeno erano unità di fluorescenza relativa normalizzate (NRFU), che sono stati ottenuti dividendo i valori di fluorescenza delle cellule per il valore dei pozzetti bianchi.
Saggio del contenuto di nucleotidi di adenina.
3Gli adipociti T3-L1 e i miotubi L6 sono stati coltivati in piastre da sei pozzetti. Sono stati trattati con 5 μmol/l di berberina per 0.5 O 16 h in terreno privo di siero con 0.25% BSA. Quindi i contenuti di ATP e AMP delle cellule sono stati misurati utilizzando la cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) come descritto da Wynants et al. (17). In breve, le cellule sono state lisate 0.6 N HClO4 e neutralizzato con 1 NKHCO3. L'analisi HPLC è stata sviluppata su un sistema HPLC (Delta delle acque 600, Acque, Milford, MA) costituito da un gruppo pompa mandata solvente (Acque 600), un campionatore automatico (Acque 717 Più), e un rilevatore a serie di diodi UV-Vis (Acque 2996 Rivelatore a serie di fotodiodi, 190–800nm). Il sistema è stato controllato dal computer e analizzato con il sistema software Empower (Delta delle acque 600). La separazione è stata effettuata utilizzando una colonna Atlantis T3 (5.0 µm, 4.6 × 150 mm; Acque) con colonna di guardia (4.6 × 20 mm; Acque). La fase mobile era costituita da un tampone acquoso contenente 0.15 Acido fosforico M (10 ml di 85% H3PO4/litro) adattato al pH 6.00 con idrossido di ammonio (∼8 ml; UN) e una miscela di acetonitrile e metanolo (50:50, volume/vol; B). La fase mobile ottimale è stata impostata come di seguito: 0–5 minuti, 100% UN; 5–25 minuti, gradiente verso A/B = 90:10; la portata è stata impostata come 0.7 ml/min, e la lunghezza d'onda è stata impostata su 259 nm. Sono comparsi ATP e AMP 9.6 E 18.1 min, rispettivamente.
Analisi del lattato.
Le cellule sono state coltivate in una piastra a 24 pozzetti e trattate con berberina e/o insulina in DMEM privo di siero integrato con 0.25% BSA. La concentrazione di lattato nel mezzo è stata rilevata con un kit di analisi del lattato del Biomedical Research Service Center, Università di Buffalo (Bufalo, New York).
Analisi statistica.
I dati sono presentati come medie ± SE. Tutti gli esperimenti sulle cellule sono stati eseguiti almeno in triplicato. Quando è stato eseguito un singolo confronto, la significatività delle differenze tra le medie è stata analizzata mediante il test t di Student. Quando sono stati eseguiti confronti multipli, il significato è stato analizzato mediante ANOVA unidirezionale (SPSS 12.0). Quando è stato riscontrato un effetto significativo, le differenze tra le medie sono state determinate mediante il test post hoc della differenza meno significativa di Fisher. Il livello P è stato fissato a 0.05.
RISULTATI
La berberina ha migliorato la sensibilità all’insulina nei ratti obesi con la dieta.
In questo studio, ratti obesi dietetici sono stati utilizzati come modello animale di resistenza all'insulina. A 6 mo sull'HFD, la glicemia era significativamente elevata nei ratti Wistar a digiuno e a stomaco pieno. Con trattamento di 5 settimane con berberina, entrambi a digiuno (FBG) e la glicemia postprandiale (PBG) erano significativamente ridotti nei ratti obesi (Fico. 1UN). FBG è stato ridotto da 5.74 A 5.39 mmol/l (P = 0.035). PBG è stato ridotto da 10.4 A 7.6 mmol/l (P = 0.039), che è vicino al normale livello di glucosio. Il livello di insulina a digiuno è diminuito di 46% (P = 0.045; Fico. 1B). La sensibilità all'insulina è stata aumentata significativamente dalla berberina, come indicato da a 48% riduzione (P = 0.036; Fico. 1C) in HOMA-IR….
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