中文摘要：

线粒体是真核细胞内最重要的细胞器之一，通过调节细胞能量变化包括线粒体膜电位、ATP 合成、钙离子浓度、氧自由基等影响细胞功能。线粒体功能与糖尿病的发生发展密切相关。对抗糖尿病药物罗格列酮和二甲双胍以及具有抗糖尿病活性的天然产物黄连素的研究表明，其抗糖尿病作用至少部分依赖于对线粒体功能的调节，继而激活一磷酸腺苷激活蛋白激酶来实现。因此，我们提出一个科学设想通过直接寻找线粒体功能调节剂，可能是获得抗糖尿病先导化合物的有效途径。在前期研究工作中，我们利用靶向线粒体膜电位的高通量筛选技术，发现了二类结构新颖的小分子调节剂。我们对其中一类调节剂C1 进行了药理活性确定及作用机制研究，初步证实了这一设想的可行性。本项目拟进一步研究这二类化合物调节线粒体功能和抗糖尿病作用的机制，并利用分子药理学和化学生物学的方法寻找其具体作用靶点，为糖尿病治疗提供新的思路和方法。

结论摘要：

线粒体是细胞内多种生物过程发挥核心作用的关键细胞器，包括参与能量传导、信号转导、细胞凋亡。根据二甲双胍、罗格列酮等2型糖尿病临床药物及小檗碱等天然产物均通过温和调节线粒体功能、激活AMPK信号通路而改善2型糖尿病这一事实，那么筛选靶向线粒体功能调节的小分子调节剂可能是发现新型抗糖尿病先导化合物的有效途径。通过基于线粒体功能的膜电位筛选模型，我们发现了两个能够显著降低线粒体膜电位，但从程度和后续的生物学效应来看，表现完全不同的结构新颖小分子解耦联剂C2和C3，它们均可提高线粒体解偶联呼吸耗氧速率的。本项目研究表明C2在三种代谢型细胞上具备不同于经典非选择性解偶联剂CCCP的作用。体内整体水平上C2慢性给药发现，其可通过同时增加能量消耗和降低能量摄取，改善高脂食物诱导肥胖小鼠模型的腹部肥胖和高血糖高胰岛素症，改善胰岛素敏感性以及肌肉内脂异位沉积，降低冠心病风险因子。以上表明C2是一个非常有潜力的治疗肥胖及肥胖相关2型糖尿病的先导化合物。本研究首次表明肌肉和白色脂肪组织的选择性线粒体解偶联剂可通过促进整体能量消耗、减少能量摄取，从而改善高脂诱导胰岛素抵抗肥胖小鼠的糖脂代谢紊乱，并且初步安全性实验表明其不具有类似DNP的体内毒性。目前该研究结果已经发表在欧洲糖尿病研究协会杂志Diabetologia上。 C3在细胞上也具有氧化磷酸化解偶联活性，但作用较弱，而且肝细胞作用强于脂肪细胞。C3在肝细胞上激活AMPK，引起其主要下游靶蛋白磷酸化，进一步引起脂肪从头合成途径中一系列关键基因的表达下降，最终抑制了肝细胞脂合成。C3慢性给药7周，发现在不改变高脂食物诱导肥胖小鼠模型摄食的情况下，可以降低血浆总胆固醇，增加血浆HDL/LDL的比例。由于目前临床上应用于治疗脂肪肝药物还很有限，领域前沿特别注重发现新颖脂肪肝药物作用靶点和研发新作用机理的创新药。以上实验结果表明C3为脂肪肝治疗药物的开发提供新的潜在策略。目前该研究结果已在整理成文准备投稿。本项目利用建立的L6骨骼肌线粒体膜电位高通量筛选模型，通过筛选获得了具有代表性的线粒体功能小分子调节剂。在代谢细胞模型和高脂饲料诱导的糖尿病肥胖动物模型上，验证了对线粒体具有不同程度作用的小分子化合物，均可通过影响线粒体氧化磷酸化能力，激活AMPK，从而缓解糖尿病及相关代谢性疾病这一假设。