《食品科学》：贵州大学任廷远副教授等：羟基-α-山椒素对胰岛素抵抗细胞内氧化还原态的影响及机制

胰岛素抵抗（IR）是2型糖尿病（T2DM）和多种代谢性疾病发生的重要根源，其本质是靶器官（如肝脏、脂肪和肌肉）对胰岛素的敏感性下降，导致葡萄糖摄取障碍和脂质代谢紊乱。近年来研究揭示，IR的发生与细胞内氧化还原稳态失衡、内质网应激（ERS）及脂质代谢异常密切相关。氧化应激对IR的发展产生重要影响，是机体氧化与抗氧化功能失调的状态，影响中性粒细胞炎性浸润，促进蛋白酶分泌，继而加速生成大量自由基等氧化物中间产物，与脂质异位沉积和IR紧密联系。自由基的增多和抗氧化能力的减弱加速氧化应激的发展，进而阻碍胰岛素受体（InsR）和胰岛素受体底物（IRS）磷酸化，抑制磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）通路的激活与葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）的蛋白转位，影响胰岛素（INS）分泌相关信号传导，诱发IR的产生。内源性抗氧化防御系统（如核因子E2相关因子2（Nrf2）通路）的激活被认为是改善IR的潜在策略。Minamino等的研究表明，肥胖可引起代谢应激和活性氧（ROS）增加，激活p53，促进促炎症因子生成，引起脂肪组织炎症、细胞衰老以及IR。临床研究表明，长期肥胖会引起慢性炎症反应，而慢性炎症反应促进IR的发生。肥胖个体白细胞介素（IL）-6和IL-1β水平的升高，增加患T2DM和胰岛β细胞功能障碍风险。Shin等通过研究高脂膳食诱导IR小鼠模型发现，IR随着肝脏脂质异位沉积和附睾白色脂肪组织（eWAT）慢性炎症的增加而增加，而抑制p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）与核因子κB（NF-κB）通路传导可减缓高脂诱导的IR的程度。Xu Hang等研究也发现，高脂诱导的肥胖与慢性炎症反应有关，通过降低巨噬细胞c-Jun氨基末端激酶（JNK）p46和NF-κB p65的磷酸化状态，可增强IL-4的表达，减缓IR程度。

针对上述机制，天然产物的抗氧化和代谢调控作用备受关注。花椒麻素是从花椒果皮提取的一类链状不饱和脂肪酸酰胺的混合物，其中羟基-α-山椒素（HAS）占花椒麻素的95%以上，是花椒特有的成分，也是花椒独特风味的来源。已有研究表明其可通过激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）通路抑制肝脏脂质合成，通过调节肠道微生物群和代谢物以及影响脂质和氨基酸代谢途径缓解IR。然而，HAS对IR细胞内氧化还原态的影响及机制鲜见系统报道。因此，本研究从细胞水平探索HAS对IR氧化还原态的影响及机制，为HAS的应用及开发提供科学依据。

贵州大学酿酒与食品工程学院的徐佳琪、罗天婷、任廷远*采用高糖（25 mmol/L）联合游离脂肪酸（总浓度0.5 mmol/L，棕榈酸-油酸为1∶2（物质的量比））诱导HepG2细胞构建IR模型。经HAS干预（10～40 μg/mL，24 h）后，系统分析脂质代谢相关指标（总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C））、氧化应激标志物（丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD））的变化，并通过实时荧光聚合酶链式反应（real-time PCR）和蛋白质印迹检测脂质代谢、抗氧化防御及内质网（ER）应激相关分子靶点，旨在从脂质代谢、氧化应激及ERS角度探讨HAS改善IR的分子机制，为HAS作为IR相关代谢疾病的潜在治疗剂提供理论支持。

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细胞形态的影响及MTT实验结果过程

在正常情况下，HepG2细胞形态为不规则的三角形，加入不同浓度HAS作用72 h后，浓度高的培养物中细胞脱落、死亡。在最大安全范围内的细胞形态正常，与细胞对照一致。通过MTT比色法测定HAS的最大安全浓度，如图1所示，结果表明，HAS质量浓度为50 μg/mL时，细胞存活率与对照组相比差异显著，说明高质量浓度HAS对细胞的生长有抑制作用。HAS质量浓度为60 μg/mL时，细胞存活率低于50%。HAS质量浓度在10～60 μg/mL，细胞存活率为48.91%～98.11%。因此，后续实验采用质量浓度为10、20、40 μg/mL的HAS进行。

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HAS对细胞脂质代谢和氧化应激关键指标的影响

由图2可知，HAS作用24 h后，与空白对照组 （0 μg/mL）相比，随着HAS质量浓度的增加，HepG2细胞内TG、TC和LDL-C含量下降，当质量浓度达到20 μg/mL 时，TG、TC和LDL-C含量明显降低，并在质量浓度40 μg/mL时含量最低；SOD活力随着HAS质量浓度的增加而增加，当质量浓度达到10 μg/mL时SOD活力增加量显著，在40 μg/mL活力最高；而MDA含量随着HAS质量浓度的增加而降低，当质量浓度达到10 μg/mL时MDA含量显著降低，在40 μg/mL含量最低。

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HAS对脂质代谢关键基因mRNA和蛋白水平的影响

如图3所示，与空白对照组（0 μg/mL）相比，适当质量浓度HAS可降低IR细胞内ACLY、ACC、FASN mRNA水平和蛋白相对表达量，其中40 μg/mL HAS可显著降低ACLY、ACC、FASN mRNA水平和蛋白相对表达量；40 μg/mL HAS处理可显著降低CD36与SCD1蛋白相对表达量。结果表明，HAS可通过下调脂肪酸从头合成关键分子ACLY、ACC和FASN的mRNA和蛋白相对表达量，降低脂肪酸的从头合成速率，改善因高脂高糖诱导的IR细胞模型脂质代谢紊乱。

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HAS对氧化应激关键基因mRNA和蛋白水平的影响

如图4所示，与空白对照组（0 μg/mL）相比，随着HAS质量浓度的增加，GCLM、HO-1和NFE2L2蛋白表达量和mRNA水平升高，其中10、20 μg/mL 和40 μg/mL HAS可明显升高GCLM、HO-1和NFE2L2蛋白表达量和mRNA；各质量浓度的HAS对NQO1 mRNA表达量影响不显著，降低GCLC的mRNA表达量，对NQO1、GCLC和TALDO1蛋白表达量影响均不显著。以上结果表明，HAS可激活Nrf2/HO-1 信号通路，发挥调节高脂高糖诱导的HepG2细胞氧化应激的作用。

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HAS对ERS关键基因mRNA和蛋白水平的影响

如图5所示，与空白对照组（0 μg/mL）相比，适当质量浓度HAS干预可升高CHOP、IRE、eIF2α、XBP1和Bip mRNA水平和蛋白表达量。其中10 μg/mL和20 μg/mL HAS可显著升高eIF2α和IRE mRNA水平和蛋白相对表达量，40 μg/mL干预组较其他质量浓度干预组eIF2α和IRE蛋白相对表达量出现下降；20 μg/mL和40 μg/mL HAS可显著升高Bip mRNA水平和蛋白表达量。以上结果表明，HAS可激活IR细胞模型ERS蛋白Bip、CHOP、IRE和eIF2α的表达，发挥调控因高脂高糖诱导的IR细胞ERS的作用。

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HAS对细胞脂质代谢和氧化应激关键指标与基因的相关性分析

为了进一步阐明HAS对细胞脂质代谢和氧化应激关键指标与基因间的潜在关联，基于Spearman相关性分析建立了热图，见图6。结果显示：脂质代谢关键指标TC、LDL-C与GCLM、XBP1、Bip呈显著负相关，与FASN、GSR、ACLY、GPx、ACC、GCLC呈显著正相关。氧化应激关键指标SOD与FASN、GSR、ACLY、GPx、ACC、GCLC呈显著负相关，而MDA与之呈显著正相关，SOD与GCLM、XBP1、Bip、HO-1、eIF2α、IRE呈显著正相关，而MDA与之呈显著负相关。

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酰胺类物质中的羟基山椒素家族（包括HAS、羟基-β-山椒素和羟基-γ-山椒素等）对花椒的麻味贡献最为突出。HAS作为花椒麻味物质的主要成分，其独特的链状不饱和脂肪酸酰胺结构是其主要药效基础。近年研究表明，HAS不仅是瞬时受体电位阳离子通道V1和瞬时受体电位阳离子通道A1的激动剂从而产生麻味感知，更在代谢调控中表现出巨大潜力，它可通过激活AMPK通路抑制肝脏脂质合成，并通过调节肠道菌群改善高脂饮食诱导的全身性IR]，此外，HAS与肌原纤维蛋白的相互作用可影响其在食品体系中的麻味释放与感知。有研究分析了花椒麻素（混合物）对细胞阳离子流的影响及其调节体内脂质代谢的机理，但受制于当时分离纯化及检测水平，并未对HAS干预肥胖发生发展进程的影响及机制进行探究；Wang Li等虽然发现HAS具有下调高脂血症大鼠血脂水平及肝脏氧化应激的作用，但对高脂血症前期机体肥胖发生发展进程中脂质-能量-炎症代谢信号-基因互作网络的研究并未涉及。另外，Wei Xunyu等研究表明，花椒麻素可激活多条信号通路调控T2DM大鼠蛋白质和糖脂代谢。以上研究结果表明HAS具有同时调控能量代谢、脂质代谢和炎症反应的作用，从已报道的文献看，HAS对高脂膳食IR的研究多集中于肥胖诱发的并发症（如高脂血症、糖尿病等）的糖、脂质代谢紊乱，而基于IR发生发展进程的分子间互作关系这一方面的基础研究较少。本研究基于高糖联合游离脂肪酸诱导HepG2细胞构建IR模型，揭示了不同浓度下HAS对细胞IR的调控作用。

IR与脂质代谢异常有密切关联，所以研究脂质代谢的变化是寻找改善IR的一个重要途径。ACLY是将柠檬酸转化为草酰乙酸和脂肪酰基辅酶A的关键酶，负责合成新的脂肪酸。脂质代谢相关因子ACC和FASN是脂肪酸合成限速酶，ACC、FASN等因子表达水平明显增加，可引起肝脏内脂肪酸合成增加、积累，导致肝细胞脂质代谢异常，从而进一步加重IR，FASN还在结合与转运脂质和调节脂蛋白代谢等方面具有重要作用，其表达水平的升高能够明显增加TG在体内的沉积从而使糖尿病的脂质代谢紊乱。HAS可显著降低高脂高糖诱导的IR细胞中TC、TG、LDL-C水平，表现出良好的调节脂质代谢的作用；显著下调ACLY、ACC、FASN mRNA和蛋白表达量，结果表明，HAS减少TG在细胞内的沉积，降低细胞内脂肪酸从头合成速率，改善细胞内脂质代谢紊乱，减缓IR症状。

氧化应激状态会对胰岛素信号通路产生负面影响，并参与IR、糖耐量受损、β细胞和线粒体功能障碍的发展，最后导致糖尿病状态。SOD是一种通过清除超氧阴离子自由基，从而起到保护机体抵抗自由基损伤的重要抗氧化酶，是生物体内清除自由基的第一道防线；MDA是自由基作用于脂质发生过氧化反应的终产物，可引起细胞毒性，破坏细胞膜结构，其含量间接反映出细胞受损伤的程度，常将两者联合应用于评价细胞的氧化应激水平。Nrf2是调节多种解毒和抗氧化酶的重要转录因子，而Nrf2通路的功能障碍与IR和代谢紊乱高度相关，因为氧化还原失衡与IR之间存在密切联系。一旦被激活，Nrf2从细胞质转移到细胞核并与抗氧化反应元件结合，然后启动抗氧化酶基因的转录，包括GCLM、NQO1、SOD和HO-1，能够改善胰岛素敏感性和ERS。本实验结果表明，随着HAS浓度的增加，细胞内自由基减少，MDA含量降低，SOD活力增加。说明HAS具有清除因高脂高糖诱导的IR细胞内自由基的作用。另外HAS可上调GCLM、HO-1和NFE2L2的mRNA水平和蛋白表达，证明HAS可通过Nrf2通路调控多种保护性蛋白转录表达，降低因高脂高糖诱导的胰岛素抵抗细胞内氧化损伤。

ERS通过激活多条信号通路干扰胰岛素信号传导，并协同炎症、氧化应激和脂毒性加剧代谢紊乱。作为一把“双刃剑”，ERS早期可以维持细胞正常功能，但强烈或持续的应激存在时，则会启动细胞凋亡机制，造成细胞损伤。细胞要维持内质网的稳态，可以通过非折叠蛋白反应激活一系列信号通路实现，其主要包括3 条通路：蛋白激酶R样内质网激酶（PERK）通路、肌醇需 求酶1α（IRE1α）通路和激活转录因子6（ATF6）通路。CHOP是一种调节ERS介导的细胞凋亡的29 kDa蛋白。PERK是位于ER膜上的跨膜转录因子，当ERS发生时，PERK从Bip解离，生成p-PERK。激活的PERK磷酸化eIF2α 51位的丝氨酸（Ser51），从而对激活转录因子4（ATF4）mRNA的翻译产生诱导作用，ATF4 mRNA活化后激活其下游分子CHOP的表达。高脂饮食通过脂肪细胞中CHOP的上调增强ERS。氧化应激和ERS是上游诱导和扩大炎症反应的重要机制之一，长期慢性炎症反应可导致脂肪细胞异常增殖、分化和分泌。同时，炎症反应也是引起IR的重要机制，这可能与炎症因子作用于InsR改变磷酸化位点和过程，最终导致IR有关。本研究中，与空白对照组（0 μg/mL）相比，HAS可显著升高CHOP、IRE、eIF2α和Bip mRNA和蛋白表达量，表明HAS可通过PERK/CHOP信号通路影响IR细胞ERS。

以往机制研究表明，持续性ERS通过破坏内质网稳态，干扰细胞脂质代谢通路，其中关键代谢酶（如FASN、ACC、ACLY）的表达异常是核心诱因。值得注意的是，MDA作为脂质过氧化终产物，其积累与氧化应激基因（GSR、GPx、GCLC）的上调同步发生。基于Spearman相关性分析，细胞生化指标（TC、TG、LDL-C、MDA）与脂质代谢及氧化应激相关基因的表达水平呈现显著相关性。验证了HAS通过缓解氧化应激（上调抗氧化分子HO-1、GCLM和NQO1的表达、MDA降低及SOD升高）改善了细胞内脂质谱异常（TC、TG、LDL-C下降）。

HAS可显著上调高脂高糖诱导的胰岛素抵抗HepG2细胞Nrf2及其下游抗氧化分子HO-1、GCLM和NQO1的表达，也能诱导ERS蛋白Bip、CHOP、IRE和XBP1的表达，同时下调脂肪酸从头合成关键分子ACC和FASN的蛋白表达。上述结果表明，HAS通过协同调控Nrf2抗氧化通路与PERK-CHOP内质网应激通路，改善HepG2细胞脂质代谢紊乱状态、氧化应激。然而，其长期效应及剂量依赖性需进一步探索，未来研究需结合动物模型及多维组学技术深入解析其调控网络。

引文格式：

徐佳琪, 罗天婷, 任廷远. 羟基-α-山椒素对胰岛素抵抗细胞内氧化还原态的影响及机制[J]. 食品科学, 2026, 47(14): 214-221. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250930-254.

XU Jiaqi, LUO Tianting, REN Tingyuan. Effects and mechanisms of hydroxy-α-sanshool on the redox state of insulinresistant cells[J]. Food Science, 2026, 47(14): 214-221. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250930-254.

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实习编辑：何佳宝；编辑：阎一鸣；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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