[发明专利]线粒体靶向制剂MitoPBN在防治糖尿病中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术和医学领域，更具体的本发明涉及线粒体自旋捕捉剂MitoPBN在抗氧化和糖尿病治疗中的应用。

背景技术

糖尿病中存在氧化应激，实验表明，持续和慢性的糖尿病动物模型的高血糖状态可导致高氧化应激，并耗尽抗氧化防御系统的活性，促进自由基生成。当血糖水平升高时，细胞内通过线粒体呼吸链、己糖胺生物合成通路、多元醇通路、NADPH氧化酶依赖的糖基化终末产物（advanced glycosyl end products, AGEs）等产生ROS。同时，Mn-SOD、GSH-Px等自由基清除酶因非酶性糖基化而活性降低，这进一步打破了机体原有的氧化还原平衡，引起氧化应激。

线粒体呼吸链是体内ROS的主要来源，线粒体呼吸链酶系活性及ROS产生量远超过其它所有酶系的总和，线粒体来源的ROS构成细胞内95%以上活性氧。同时，氧化应激情况下，线粒体来源ROS可能通过PKC依赖的NADPH氧化酶的正反馈放大作用，进一步升高细胞内ROS的水平。线粒体膜上含有的大量多不饱和脂肪酸最容易受到ROS的攻击。同时，在生物体内发挥重要作用的蛋白质也是ROS攻击的重要靶点。另外，ROS对线粒体DNA的损害作用不容小觑。ROS可以损伤细胞DNA，但其对线粒体DNA的损伤程度比对nDNA的损伤程度高16倍。在糖尿病的发生发展中，ROS还可以介导胰岛素抵抗。胰岛素信号传递受阻或减弱是导致胰岛素抵抗的主要原因，同时，胰岛素抵抗与线粒体功能紊乱、线粒体数目减少、ATP产生下降有关。ROS 对线粒体造成损伤，使线粒体数量减少和功能下降，对脂肪氧化磷酸化能力下降，导致细胞内脂肪及其中间代谢产物激活丝氨酸P苏氨酸蛋白激酶级联反应导致胰岛素抵抗产生。而线粒体受损导致的ROS进一步增加也会进一步加重糖尿病抵抗。因而，线粒体损伤与细胞内氧化应激互为因果，可以恶性循环从而导致机体的渐进式功能障碍。

研究表明，线粒体生物合成与线粒体的功能调节密切相关，而PGC-1α是调节线粒体生物合成的关键调控因子。PGC-1α是一类核基因转录共刺激因子，可以通过激活包括核呼吸因子1和核呼吸因子2，进一步激活线粒体转录因子A，从而上调线粒体DNA的复制和转录。在糖尿病病人胰岛组织中，PGC-1α的mRNA表达显著下调，并与胰岛素分泌障碍相关。动物实验也表明，PGC-1α缺陷的小鼠（Pgc1a–/–）肌肉组织中线粒体氧化磷酸化相关蛋白表达大幅减少。PGC-1α同样受到其上游因子调节。AMP活化的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）是一个能量和应激感受器，是糖尿病治疗研究的重要靶点。大量研究表明ROS可通过调控AMPK/ SIRT1途径，激活PGC-1α表达。

综上所述，糖尿病的发生发展与氧化应激以及线粒体的功能障碍密不可分，而线粒体来源ROS则可能在这些过程中扮演重要角色。因此迫切需要能够直接抑制线粒体内ROS的药物或膳食补充剂，以改善和治疗糖尿病。

MitoPBN是PBN与亲脂性三苯基磷阳离子结合形成，由于三苯基磷的存在，MitoPBN可以定位到线粒体内膜上，靶向与线粒体内的自由基结合。脂质体是由一层或多层同心的脂质双分子层包封形成的球状小体，具有良好的亲膜性，以脂质体做载体可使药物在线粒体内膜高度聚集。通过把MitoPBN包裹在脂质体里面，可以提高MitoPBN的作用、减少使用剂量（脂质体MitoPBN的制备方法专利号：201610208549.9）。因此我们采用MitoPBN脂质体，发现该化合物可以靶向清除线粒体来源ROS，并对线粒体功能和糖尿病都有显著改善，可以用于预防和治疗糖尿病及氧化损伤。

发明内容

1. 线粒体靶向自由基清除剂MitoPBN的主要用途：

1）MitoPBN靶向清除线粒体内ROS，可有效降低糖尿病的氧化应激水平，减少线粒体损伤。

2）MitoPBN通过激活PGC1α(过氧化物酶体增殖活化受体γ共激活因子-1α)，促进线粒体的生物合成及功能恢复。

3）MitoPBN通过抑制糖异生过程参与糖尿病的血糖控制。

2. 如权利要求书1所述的用途，其特征在于MitoPBN可以降低细胞内羟自由基和过氧化氢的含量，改善线粒体膜电位的变化，上调糖尿病小鼠体内还原水平，减少线粒体的损伤。

3. 如权利要求书1所述的用途，其特征在于MitoPBN可以激活糖尿病小鼠PGC1α，并且促进线粒体的生物合成及功能恢复。