Regulation der Genexpression von Enzymen der Gluconeogenese und Lipogenese durch Nahrungsinhaltsstoffe und Analyse der beteiligten Stoffwechselwege in humanen Zellen

Fragestellung: Eine erhöhte Rate der hepatischen Glukoneogenese und Lipogenese bei einer Insulinresistenz begünstigt die Entwicklung des Typ 2 Diabetes und die Ausbildung einer Steatose. Um den Einfluss einer gezielten Ernährung zur Diabetesprävention zu überprüfen, haben wir Mikronährstoffe auf deren Potenz untersucht, die Genexpression glukoneogenetischer und lipogener Enzyme zu modulieren.

Methodik: Nach einem Screening von Nahrungsinhaltsstoffen in einem FOXO1-Translokationsassay haben wir die Flavone Apigenin und Luteolin aus der Familie der Polyphenole mit den stärksten Induktionsraten für eine intrazelluläre Translokation des Transkriptionsfaktors FOXO1 als Mediator des Insulinsignals gewählt. HepG2 (humane Hepatomazellen) wurden mit Apigenin und Luteolin in Konzentrationen von 1 – 100µmol/L für 2 – 24h stimuliert, RNA extrahiert und quantitative RT-PCRs durchgeführt. Als Zielgene wurden PEPCK (Phophoenolpyruvatcarboxykinase), G6Pc (Glukose-6-phosphatase), FASN (Fatty acid synthetase) und ACC (Acetyl-CoA-carboxylase) analysiert. Zur Untersuchung der beteiligten Stoffwechselwege wurden HepG2-Zellen mit und ohne 15 minütiger Vorbehandlung mit Insulin 100nmol/l für 30 Minuten mit Apigenin und Luteolin je 20 µmol/l stimuliert, lysiert unter Inhibition von Phosphatasen und Proteasen und ein Phosphorylierungsassay durchgeführt.

Ergebnisse: In HepG2-Zellen wurde die PEPCK-mRNA nach 2h durch Apigenin 5 µmol/l auf 50% signifikant reduziert, während nach 24h mit 10 µmol/l eine weitere Suppression auf 7% erreicht wurde. Bei Luteolin wurden 10 µmol/l für eine signifikante Senkung auf 40% nach 2h und 20 µmol/l auf 35% nach 24h benötigt. Während nach 2h keine Modulationen der G6Pc-Expression nachweisbar waren, wurde nach 24h mit Apigenin 10 – 100 µmol/l und Luteolin 20 – 100 µmol/l die G6Pc fast vollständig supprimiert. Nach 24h reduzierte Apigenin 10 – 100 µmol/l signifikant die FASN- und ACC-mRNA, während bei Luteolin 20 – 25 µmol/l benötigt wurden. Im Phosphorylierungsassay zeigte sich eine starke und schnelle Hemmung des AKT-Signalwegs sichtbar an Reduktionen des Insulin-induzierten Phosphorylierungsgrades von AKT, mTOR, p70S6K, S6 und PRAS40 durch die Flavone Apigenin und Luteolin. Da die Phosphorylierung von JNK nicht gesteigert wurde, und sich die induzierte FOXO1-Translokation mit Acetylcystein nicht hemmen ließ, konnte eine Wirkung dieser Polyphenole über Redox-aktive Mechanismen ausgeschlossen werden.

Schlussfolgerung: Apigenin und Luteolin als Nahrungsinhaltsstoffe reduzieren die Expression der PEPCK zur hepatischen Glukoneogenese und der Glukose-6-Phosphatase zur Glukosefreisetzung. Eine gezielte Ernährung mit hohen Anteilen an Flavonen könnte eine Erhöhung der Blutzuckerspiegel reduzieren in Verbindung mit einer Prävention des Typ 2 Diabetes. Die Flavone Apigenin und Luteolin reduzieren ebenfalls die Fettsäuresynthetase und ACC. Durch eine reduzierte Lipogenese ließe sich das Risiko für die Entwicklung einer hepatischen Steatose senken.