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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 生物資源暨農學院
  3. 食品科技研究所
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/78428
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor蔣丙煌(Been-Huang Chiang)
dc.contributor.authorBing-Po Kangen
dc.contributor.author康秉博zh_TW
dc.date.accessioned2021-07-11T14:56:29Z-
dc.date.available2030-02-17
dc.date.copyright2020-02-26
dc.date.issued2020
dc.date.submitted2020-02-19
dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/78428-
dc.description.abstract許多植化素被認為具有抗糖尿病的藥理活性,但是作用機制不明,而將多種植化素組合起來的理論基礎和應用研究更是闕如。本研究採用脂肪酸誘導而呈現胰島素阻抗症狀之骨骼肌作為模型,探討骨骼肌中訊息傳遞路徑和囊泡運輸機制,以了解植化素如何激活葡萄糖汲取能力。本模型於胰島素處理下,細胞膜上葡萄糖轉運蛋白所介導之葡萄糖汲取活性顯著低落。然而,許多植化素對葡萄糖汲取能力卻具有正面提升的效果。進而,藉由比較骨骼肌中訊息分子抑制和囊泡化學消融的結果,將這些植化素刺激下訊息傳遞路徑和囊泡運輸的現象加以量化和分類,結果顯示利用多種植化素組合來提升骨骼肌之葡萄糖汲取能力,似乎可行。根據試驗結果,在呈胰島素阻抗之肌管細胞中,胰島素所激發的內質體循環機制很低,僅約占16%,表示仍有極大的增進空間。胰島素和白藜蘆醇所激發的效應該是第四號葡萄糖轉運蛋白儲存囊泡(glucose transporter 4 storage vesicle, GSV)分別佔各自總體的84%與94%;相反地,兒茶素和阿魏酸作用下所刺激之內質體循環,佔了各自總效應中相當大的比例,分別為78%與71%。在訊息傳遞鏈方面,胰島素與阿魏酸的作用主要仰賴磷脂醯肌醇3激酶(phosphatidyl inositol-3 kinase, PI3K)訊息分子,然而白藜蘆醇和兒茶素的作用卻主要仰賴腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated proteinkinase, AMPK)訊息分子。上述結果顯示肌肉細胞汲取葡萄糖的能力受到至少四種方式進行調控,亦即經由兩種含葡萄糖轉運蛋白的囊泡和兩種訊息分子的交錯作用的結果。於是,本研究接續進行複合植化素組合物的探討。而結果顯示,各類作用機制之植化素間可協調性加成提升骨骼肌汲取葡萄糖的能力,進而發現在訊息傳遞路徑PI3K和AMPK與胞內囊泡GSV和內質體之間,可能存在一個匯流的結點。綜而言之,本研究結果證實,多種植化素具有強化骨骼肌的葡萄糖汲取能力,並且這些植化素的作用具互補性質。因此,可以應用植化素的組合物,藉由骨骼肌細胞內的替代途徑,繞開胰島素阻抗性細胞功能缺陷,對代謝症候群疾病如糖尿病與高血糖發揮治療的效果。zh_TW
dc.description.abstractMany phytochemicals have been reported to have the ability of confronting type-2 diabetes, but guidelines for their uses is quite lacking. Signaling and vesicle transport in skeletal muscle have been investigated to explain how phytochemicals stimulate glucose transport. Glucose uptake and utilization (glycogen and lipid synthesis) were assessed using a free fatty acid induced insulin resistant cell model in this study. It was found that the glucose uptake activity of the cell model was restored in response to certain phytochemicals. By comparing the results of signaling inhibition and vesicles ablation we found that quantification and classification of these phytochemicals in terms of their functions in mediating signaling and vesicular transport phenomena seemed to be feasible. The results also showed that insulin-mediated endosomal recycling pathway was low in this insulin resistant cell model. Insulin and resveratrol affected the glucose transporter 4 (GLUT4) storage vesicle. Conversely, (−)-epigallocatechin-3-gallate (EGCG) and ferulic acid majorly stimulated endosomal compartment. Insulin and ferulic acid mainly activated phosphoinositide 3-kinase (PI3K) signaling molecules, however, resveratrol and catechin primarily activated AMP-activated protein kinase (AMPK) signaling molecules. These findings suggested that GLUT4 is regulated by at least four ways, i.e. cross-linking of two kinds of vesicles and two signaling molecules. Thus, the combination of EGCG, resveratrol and ferulic acid can drive insulin-independent GLUT4 translocation in muscle cells synergistically. In conclusion, this study revealed the specificity and complementarity of these phytochemicals and indicated that their combination may possess a therapeutic effect on metabolic disorders by modulating glucose metabolism. These findings provide a strategy for the understanding of the anti-diabetic potential of phytochemical combination and might be exploited to bypass intracellular trafficking defects of insulin resistance.en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-07-11T14:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2020
en
dc.description.tableofcontents目錄
口試委員會審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
圖目錄 x
表目錄 xii
論文著述 1
第一章 研究背景 2
1.1 糖尿病 2
1.2 葡萄糖轉運蛋白 2
1.3 肝臟與血糖恆定 3
1.4 胰臟細胞與血糖恆定 4
1.5 脂肪與血糖恆定 5
1.6 骨骼肌與血糖恆定 6
1.7 胰島素訊息傳遞路徑之上游的缺陷 8
1.7.1 胰島素接受器(IR) 8
1.7.2 胰島素接受器受質(IRS) 9
1.7.3 磷脂醯肌醇3激酶(PI3K)訊息傳遞路徑的缺陷 9
1.7.3.1 PI3K 9
1.7.3.2 Akt(Protein Kinase B) 10
1.7.3.3 aPKCs 10
1.7.3.4 AS160 10
1.8 葡萄糖代謝 11
1.8.1 被動性代謝調節 13
1.8.2 主動性代謝調節 13
1.9 葡萄糖傳輸機制與肝糖合成作用的缺陷 14
1.10 增強葡萄糖汲取能力的非胰島素依賴性途徑(Insulin-independent pathways) 15
1.11 細胞內第四號葡萄糖轉運蛋白的分佈位置 17
1.12 第四號葡萄糖轉運蛋白的轉位作用 18
1.13 脂肪酸誘導骨骼肌呈現胰島素阻抗的病理機制 21
1.14 具有抗糖尿病潛力的天然植物化學物質(phytochemicals) 21
1.14.1 兒茶素(Epigallocatechin gallate, EGCG) 22
1.14.2 白藜蘆醇(Resveratrol, RSV) 23
1.14.3 阿魏酸(Ferulic acid, FER) 24
1.14.4 植化素的劑量 25
1.15 綜合論點 25
1.16 論文假設與目標 26
1.17 研究構想 27
1.18 研究架構 29
第二章 實驗材料 31
2.1 細胞株 31
2.2 藥品 31
2.3 緩衝溶液 32
第三章 實驗方法 33
3.1 骨骼肌細胞的接種與培養 33
3.2 建立呈現胰島素阻抗的骨骼肌細胞模式 33
3.3 肝臟細胞株的接種與培養 33
3.4 建立呈現胰島素阻抗的肝臟細胞模式 34
3.5 去氧葡萄糖的測定 34
3.6 葡萄糖汲取能力抑制試驗 35
3.7 離體組織的葡萄糖汲取能力試驗 36
3.8 核酸即時定量聚合酶鏈鎖反應 37
3.9 辣根過氧化酶與運鐵蛋白之共軛物的製備 38
3.10 內質體的消融技術 39
3.11 全細胞、細胞質與細胞膜蛋白質的分離純化 39
3.12 西方氏墨點法 40
3.13 肝臟製造葡萄糖能力抑制試驗 41
3.14 脂肪細胞的接種與培養 42
3.15 油紅組織染色與定量 42
3.16 肝糖含量測定 43
3.17 胰臟貝他細胞的接種與培養 44
3.18 高濃度葡萄糖下胰臟細胞存活保護 44
3.19 大腸細胞株的接種與培養 44
3.20 細胞增生與毒性測定 45
3.21 統計分析 45
第四章 結果 47
4.1 胰島素和腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)活化因子可促進骨骼肌細胞經由葡萄糖轉運蛋白所介導之葡萄糖汲取的活性,而棕櫚酸則誘發胰島素阻抗 47
4.2 胰島素透過磷脂醯肌醇3激酶(PI3K)訊息傳遞路徑,而兒茶素則是透過腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)訊息傳遞路徑,以提升骨骼肌細胞汲取葡萄糖的能力 49
4.3 白藜蘆醇和阿酸酸皆可改善骨骼肌細胞被棕櫚酸所誘發的胰島素阻抗現象,但方式不同 51
4.4 兒茶素和白藜蘆醇改善胰島素阻抗與肌肉能源需求的訊息傳遞路徑有關,但阿魏酸和胰島素則否 53
4.5 兒茶素可快速顯著活化骨骼肌細胞內基因SIRT1,但白藜蘆醇則否 55
4.6 兒茶素會選擇性刺激內質體中第四號葡萄糖轉運蛋白的胞吐作用 57
4.7 白藜蘆醇和阿魏酸所刺激的葡萄糖汲取活性採取不同胞內囊泡運輸途徑 60
4.8 兒茶素所調控的非內質體部分為第四號葡萄糖轉運蛋白儲存囊泡(GSV) 62
4.9 白藜蘆醇所刺激的葡萄糖汲取活性主要來自胰島素依賴性GSV,而阿魏酸所調控的囊泡為內質體 64
4.10 兒茶素透過活化肌動蛋白聚合作用使含第四號葡萄糖轉運蛋白之囊泡的胞吐融合至細胞膜上 67
4.11 白藜蘆醇活化機制需透過胰島素依賴性囊泡運輸步驟,而阿魏酸則誘發含第四號葡萄糖轉運蛋白囊泡則繞過胰島素調節的運輸步驟,直接移至細胞膜上 70
4.12 在骨骼肌細胞中,胰島素和植化素以至少四種模式調控葡萄糖汲取活性 72
4.13 雙囊泡理論與雙訊息傳遞路徑理論可為調控葡萄糖汲取能力的參數 74
4.14 阿魏酸與兒茶素的組合物呈現訊息傳遞路徑上的協同效果 76
4.15 本研究提供了一個架構,可作為未來研究具有對抗胰島素阻抗潛力的天然食材或食品配方,期望有助於治療第二型糖尿病或代謝症侯群 76
4.16 新穎植化素組合配方可透過活化鈣離子依賴性內質體途徑刺激胰島素阻抗之肌肉細胞汲取葡萄糖 79
4.17 在植化素組合物處理下,肌肉細胞內發生不同葡萄糖轉運蛋白群體的急性響應變化 81
4.18 植化素組合物亦可提升離體骨骼肌組織的葡萄糖汲取活性 85
4.19 植化素能同時在肌肉和肝臟細胞內葡萄糖代謝調節中發揮作用 87
4.20 植化素組合物可藉由活化AMPK抑制肝臟細胞分泌葡萄糖 89
4.21 植化素所介導之葡萄糖代謝作用可以挽救肝臟細胞經棕櫚酸處理後造成的脂質代謝失調 91
4.22 植化素組合物能降低胰島素阻抗之骨骼肌中的脂肪形成 95
4.23 植化素組合物可抑制前脂肪細胞向成熟脂肪細胞分化 98
4.24 植化素刺可刺激胰島素阻抗之肌肉細胞合成肝糖 100
4.25 植化素刺可刺激胰島素阻抗之肝臟細胞合成肝糖 102
4.26 植化素組合物對胰臟貝他細胞有抗高糖誘導之細胞毒性的保護作用 104
4.27 植化素組合物維持腸道細胞的存活率 106
第五章 討論 108
第六章 結論 118
參考文獻 121
附錄 137

圖目錄
圖 1. 骨骼肌細胞中胰島素相關訊息傳遞路徑的機制 8
圖 2. 骨骼肌細胞中胰島素相關囊泡運輸機制 18
圖 3. 三池模型 21
圖 4. 棕櫚酸對胰島素和兒茶素所誘發之骨骼肌汲取去氧葡萄糖的活性 48
圖 5. 在胰島素阻抗L6肌管細胞中,抑制PI3K、aPKC、Akt和AMPK對胰島素和兒茶素所介導之葡萄糖汲取能力的影響 50
圖 6. 在胰島素阻抗L6肌管細胞中,抑制PI3K、aPKC、Akt、AMPK和glucose transporter對白藜蘆醇和阿魏酸所介導之葡萄糖汲取能力的影響 52
圖 7. 在胰島素阻抗L6肌管細胞中,抑制胞內鈣離子、cPKC、aPKC對胰島素和植化素所介導之葡萄糖汲取能力的影響 54
圖 8. 兒茶素和白藜蘆醇對呈胰島素阻抗之L6肌管細胞中SIRT1基因表現的影響 56
圖 9. 內質體消融對胰島素和兒茶素所介導之葡萄糖汲取活性的影響 59
圖 10. 內質體消融對白藜蘆醇和阿魏酸所介導之葡萄糖汲取活性的影響 61
圖 11. 訊息分子抑制劑與內質體消融對胰島素和兒茶素所介導之葡萄糖汲取活性的影響 63
圖 12. 訊息分子抑制劑與內質體消融對白藜蘆純和阿魏酸所介導之葡萄糖汲取活性的影響 66
圖 13. 在胰島素阻抗L6肌管細胞中,破壞和抑制細胞骨架對胰島素和兒茶素所介導之葡萄糖汲取能力的影響 69
圖 14. 在胰島素阻抗L6肌管細胞中,破壞和抑制細胞骨架對胰島素和兒茶素所介導之葡萄糖汲取能力的影響 71
圖 15. 在胰島素阻抗L6肌管細胞中,抑制訊息分子或囊泡消融對植化素組合物所介導之葡萄糖汲取能力的影響 75
圖 16. 在胰島素阻抗L6肌管細胞中,囊泡消融後抑制訊息分子對植化素組合物所介導之葡萄糖汲取能力的影響 78
圖 17. 鈣離子螯合劑對植化素組合物所介導之胰島素阻抗L6肌管細胞汲取葡萄糖能力的影響 80
圖 18. 植化素急性刺激對胰島素阻抗L6肌管細胞的第四號葡萄糖轉運蛋白和細胞骨架蛋白的影響 82
圖 19. 植化素急性刺激對胰島素阻抗L6肌管細胞的第四號葡萄糖轉運蛋白和細胞膜蛋白的影響 83
圖 20. 第四號葡萄糖轉運蛋白抑制劑對植化素組合物所介導之胰島素阻抗骨骼肌細胞汲取葡萄糖能力的影響 84
圖 21. 胰島素、市售藥物或植化素組合物對健康小鼠的正常骨骼肌組織下肢比目魚肌和上肢上滑車肌汲取葡萄糖能力的影響 86
圖 22. 胰島素、市售藥物或植化素組合物對胰島素阻抗之肝臟細胞汲取葡萄糖能力的影響 88
圖 23. 胰島素、市售藥物或植化素組合物對胰島素阻抗之肝臟細胞分泌葡萄糖能力的影響 90
圖 24. 胰島素、市售藥物或植化素組合物對胰島素阻抗之肝臟細胞囤積脂肪的影響 92
圖 25. 植化素組合物對胰島素阻抗之肝臟細胞囤積脂肪的劑量效應 94
圖 26. 胰島素、市售藥物或植化素組合物對胰島素阻抗之骨骼肌細胞囤積脂肪的影響 96
圖 27. 植化素組合物對胰島素阻抗之骨骼肌細胞囤積脂肪的劑量效應 97
圖 28. 植化素組合物對脂肪細胞分化的影響 99
圖 29. 植化素對胰島素阻抗之肌肉細胞合成肝糖的影響 101
圖 30. 植化素對胰島素阻抗之肝臟細胞合成肝糖的影響 103
圖 31. 胰島素、市售藥物或植化素組合物對胰臟貝他細胞在高濃度葡萄糖環境下的存活率 105
圖 32. 植化素組合物對腸道細胞之存活率的劑量效應 107
圖 33. 研究成果應用示意圖 119

表目錄
表 1. 抑制葡萄糖轉運蛋白的阻滯劑 36
表 2. 細胞訊息分子及骨架的抑制劑 36
表 3. 使用於核酸即時定量聚合酶鏈鎖反應的引子序列 38
表 4. 初級抗體 41
表 5. 二級抗體 41
表 6. 用來描述胰島素和潛力植化素促進葡萄糖汲取能力的模型 73
dc.language.isozh-TW
dc.title利用植化素調控骨骼肌汲取葡萄糖以改善胰島素阻抗性zh_TW
dc.titlePromising Role of Phytochemicals in Ameliorating Insulin Resistance by Regulating Skeletal Muscle Glucose Uptakeen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear108-1
dc.description.degree博士
dc.contributor.oralexamcommittee莊榮輝(Rong-Huay Juang),錢宗良(Chung-Liang Chien),潘敏雄(Min-Hsiung Pan),謝淑貞(Shu-Chen Hsieh)
dc.subject.keyword胰島素阻抗,第二型糖尿病,植化素,葡萄糖汲取能力,囊泡運輸,肌動蛋白細胞骨架,骨骼肌,zh_TW
dc.subject.keywordInsulin resistance,Type 2 diabetes,Phytochemicals,Glucose uptake,Vesicle transport,Actin cytoskeleton,Skeletal muscle,en
dc.relation.page140
dc.identifier.doi10.6342/NTU202000500
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2020-02-20
dc.contributor.author-college生物資源暨農學院zh_TW
dc.contributor.author-dept食品科技研究所zh_TW
dc.date.embargo-lift2030-02-17-
顯示於系所單位:食品科技研究所

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