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糖尿病是一种慢性代谢性疾病，其特征是高血糖，主要发病原因为胰岛素抵抗、胰岛素产生不足或两者兼而有之。橄榄苦苷（OP）是一种棕黄色水溶性粉末，于1959年被分离出来，由羟基酪醇、橄榄酸和葡萄糖苷组成（图1），主要存在于橄榄叶、未成熟的橄榄果和初榨橄榄油中。据报道OP具有多种生物学功能，如减肥、缓解糖尿病、改善非酒精性脂肪肝、改善糖尿病肾病、改善糖尿病心肌病和预防脱发等。
OP的降血糖功效与其能改善肠道微生物群落特征有关。肝脏作为人体重要的代谢器官，对维持机体葡萄糖稳态起着重要的作用。在禁食期间肝脏能产生葡萄糖，在餐后肝脏能储存葡萄糖。因此，除了前期研究的肠道微生物外，OP还有可能通过作用于肝脏缓解db/db小鼠的高血糖症。中国农业大学的郑淑娟、仝 涛*、黄昆仑*等研究OP对肝脏基因表达的影响，利用Ilumina NovaSeq 6000测序平台，对小鼠的肝脏进行转录组测序，以鉴定OP改善db/db小鼠2型糖尿病的差异表达基因和富集的信号通路并推测关键差异表达基因，为深入研究OP改善db/db小鼠2型糖尿病的可能作用机制提供更多依据。
1、转录组测序数据及比对分析
前期的研究结果表明，OP能显著降低db/db小鼠的空腹血糖（339.5 mg/dL vs 512.5 mg/dL）。OP组db/db小鼠的空腹血清胰岛素水平（19 058.4 nIU/mL ）与对照组db/db小鼠的空腹血清胰岛素水平（20 824.7 nIU/mL）相比尽管未达到统计学差异，但有降低的趋势。OP不改变db/db小鼠血清中甘油三脂、低密度脂蛋白胆固醇和高密度脂蛋白胆固醇的水平。OP能够改善db/db小鼠的葡萄糖耐受，降低胰岛素抵抗指数。基于OP对db/db小鼠2型糖尿病的良好改善效果，为了更加深入研究OP对肝糖代谢功能的影响，利用转录组测序对m/m组、db/db组和db/db＋OP组小鼠的肝脏进行了分析。将转录组测序结果与参考基因组进行比对共得到530 092 506 个原始reads，经质控后共得到525 442 400 个clean reads。在获得的clean reads中，所有样品的唯一比对率均达到82%以上（表1）。Q20值均大于97%，Q30值均大于93%。这表明测序的数量和质量达到了后续分析的要求。
2、差异表达基因分析
图2展示了3 组之间的差异表达基因（P＜0.05和|log2FC|≥1）。野生型m/m组小鼠和db/db组小鼠之间有1 420 个基因在表达上有显著差异。其中，与m/m组相比，db/db组中有734 个基因显著上调，686 个基因显著下调。db/db组小鼠和db/db＋OP组小鼠之间有539 个基因在表达上有显著差异。其中，与db/db组相比，db/db＋OP组中有450 个基因显著上调，89 个基因显著下调。
3、OP对肝脏基因生物学过程的影响
OP处理组上调差异表达基因注释到的前20的生物学过程中，分子功能分组主要涉及分子功能调节剂、催化活性和结合；细胞组分分组主要涉及细胞外区域部分、膜、细胞部分、含蛋白质复合物、细胞器部分、细胞器和膜部分；生物过程分组主要涉及代谢过程、细胞成分组织或生物发生、免疫系统过程、细胞过程、发育过程、定位、对刺激的反应、多生物过程和多细胞生物过程（图3a）。
OP处理组下调差异表达基因注释到的前20的生物学过程中，分子功能分组主要涉及分子功能调节剂、催化活性、结合；细胞组分分组主要涉及细胞外区域部分、细胞外区域、膜、细胞部分、含蛋白质复合物、细胞器部分、细胞器、膜部分；生物过程主要涉及代谢过程、细胞成分组织或生物发生、细胞过程、发育过程、定位、对刺激的反应、多生物过程、生物调节和多细胞生物过程（图3b）。
4、KEGG分析
KEGG富集图中显示了OP上调和下调的差异表达基因富集程度分别排在前20的通路，其中上调的差异表达基因主要富集在磷酸肌醇3-激酶（PI3K）-Akt信号通路，下调的差异表达基因主要富集在真核生物中核糖体的生物发生和花生四烯酸代谢途径（图4）。结合研究目的，以及考虑到PI3K-Akt信号通路在糖尿病血糖调节中发挥的重要作用，在接下来的研究中选择PI3K-Akt信号通路进一步探究OP改善db/db小鼠2型糖尿病的机制。
5、PI3K-Akt信号通路相关差异表达基因分析
与db/db组相比，OP处理后上调的差异表达基因富集在PI3K-Akt信号通路上的有Ighm、Thbs2、Fasl、Itga6、Itga8、Tlr4、Hsp90aa1、Erbb4、Col6a3、Col1a2、Itga2、Col1a1和Il7r等（表2）。这表明OP缓解db/db小鼠2型糖尿病的效果可能与调节这些基因的表达有关。
除了这些关键的差异基因表达外，又对PI3K-Akt信号通路的整个代谢途径中差异基因可能参与的蛋白翻译进行了分析。在图5中，PI3K-Akt信号通路上黄色底色框代表完成整个PI3K-Akt信号通路所参与的蛋白。差异表达基因被映射到KEGG途径上，红色边框的节点代表差异基因显著上调的相关蛋白表达。一个节点上蛋白的翻译可能涉及多个差异表达基因。PI3K-Akt途径是一种细胞内信号转导途径，响应细胞外信号，促进代谢、增殖、细胞存活、生长和血管生成。这一过程是通过一系列下游底物的丝氨酸或苏氨酸磷酸化介导，涉及的关键蛋白是PI3K和Akt。从图5可以看出，在所富集到的PI3K-Akt信号通路中，OP处理后PI3K的上游蛋白受体酪氨酸激酶（RTK）、Toll样受体2/4（TLR2/4）、B细胞受体（BCR）、细胞因子R、整合素α（ITGA）和细胞外基质（ECM）的mRNA的表达水平都显著上调。这些蛋白分子都对PI3K有正向调节作用。OP处理后，热休克蛋白（HSP90）和蛋白磷酸酶2A（PP2A）mRNA的表达水平都显著上调。
结论
结果发现与db/db对照组相比，橄榄苦苷处理组的539 个基因发生显著变化，其中450 个基因显著上调，89 个基因显著下调。将上调和下调的差异表达基因在基因本体论数据库中注释，这些差异表达基因主要在细胞过程、细胞部分和结合中分布。京都基因与基因组百科全书通路富集分析结果显示上调的差异表达基因主要富集在磷酸肌醇3-激酶-蛋白激酶B信号通路途径，该通路共涉及27 个差异表达基因；下调的差异表达基因主要富集在花生四烯酸代谢和真核生物中核糖体的生物发生信号通路途径，分别涉及4 个差异表达基因。本研究为进一步阐明橄榄苦苷缓解2型糖尿病的分子机制奠定了基础。
01
通信作者简介
黄昆仑中国农业大学食品科学与营养工程学院教授，博士生导师。
学习经历
1986.09—1990.06，北京农业大学农学系，本科
1997.09—2000.06，新疆农业大学，硕士
2000.09—2003.06，中国农业大学，博士
工作经历
1990.07—1997.06，新疆农业科学院工作 助理研究员
2 003.07—2008.12，中国农业大学 副教授
2009.01—至今，中国农业大学 教授
研究方向
食品安全风险评估技术与检测技术、转基因生物分子检测技术和转基因产品食用安全评价、食品分子营养学以及食品功能成分开发相关研究。特别是应用现代分子生物学技术开展的食品安全毒理学研究、食品中功能因子对人体健康影响的分子机制研究以及分子检测产品的研发、功能食品的研发等。
仝涛， 中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授，硕士生导师。
学习经历
2006.09 — 2010.07， 四川大学，本科
2011.03 — 2013.09， 国立木浦大学，硕士
2014.03 — 2018.03， 延世大学，博士
工作经历
2018.03 — 2019.04 延世大学博士后
2019.06 — 至今中国农业大学， 副教授（ 优秀人才 ）
研究方向
营养干预对肥胖、高血糖等代谢综合征的干预和作用机制研究。
02
第一作者简介
郑淑娟，中国农业大学食品科学与营养工程学院博士研究生。
学习经历
2011.09—2015.06，西北农林科技大学，本科
2015.09—2017.06，中国农业大学，硕士
2017.09—至今，中国农业大学，博士
研究方向
食品营养和天然产物功能评价。
本文《橄榄苦苷改善db/db小鼠糖尿病的肝脏转录组学及生物信息学分析》来源于《食品科学》2022年43卷16期186-193页，作者：郑淑娟，谢子鑫，方靖靖，王亚楠，耿睿璇，赵雨菡，李梦杰，仝涛，黄昆仑。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210909-113。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
图片来源于文章原文及摄图网。
为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社在宁波和西宁成功召开前两届“动物源食品科学与人类健康国际研讨会”的基础上，将与郑州轻工业大学、河南农业大学、河南工业大学、河南科技学院、许昌学院于 2022年12月3-4日 在河南郑州共同举办“2022年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。欢迎相关专家、学者、企业家参加此次国际研讨会。
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