ПРЕДПОЛАГАЕМЫЙ МЕХАНИЗМ ГИПОГЛИКЕМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ БЕЛКОВ Arundo donax

АННОТАЦИЯ

В работе исследованы белковые фракции надземной части Arundo donax и их аминокислотный состав, проанализированы экспериментальные данные об их гипогликемической активности и выполнено предположение о возможном молекулярном механизме действия. Полученные данные свидетельствуют о выраженном снижении уровня глюкозы в экспериментальных моделях гипергликемии, сопоставимом или превосходящем действие препарата сравнения. На основании данных литературы и химического состава белков Arundo donax предложен механизм, включающий активацию путей PI3K/Akt, усиление транслокации GLUT4, антиоксидантное действие, а также возможное влияние лектина ADL на углеводные структуры клеточных мембран.

ABSTRACT

This study investigates the protein fractions of the aerial part of Arundo donax and their amino acid composition. Experimental data on their hypoglycemic activity were analyzed, and a hypothesis regarding the possible molecular mechanism of action was proposed. The obtained results demonstrate a significant decrease in blood glucose levels in experimental models of hyperglycemia, comparable to or exceeding the effect of the reference drug. Based on literature data and the chemical composition of Arundo donax proteins, a mechanism is proposed that includes activation of the PI3K/Akt signaling pathway, enhancement of GLUT4 translocation, antioxidant activity, as well as a possible effect of the ADL lectin on carbohydrate structures of cell membranes.

Ключевые слова: Arundo donax, белки растений, олигопептиды, инсулиноподобный эффект, гипогликемическая активность, растительные пептиды.

Keywords: Arundo donax, plant proteins, oligopeptides, insulin-like effect, hypoglycemic activity, plant peptides

Введение

Сахарный диабет остаётся одной из наиболее распространённых хронических метаболических патологий. По данным Международной диабетической федерации, к 2045 году число пациентов в мире увеличится почти на 46 % [1]. В Российской Федерации с 2009 по 2023 год зарегистрирован рост заболеваемости на 74,5 % (более 5,5 млн человек) [2], в Узбекистане — свыше 1,3 млн пациентов [3],[4]. Основная доля случаев приходится на сахарный диабет 2 типа, ключевым патогенетическим механизмом которого является инсулинорезистентность [5].

История изучения сахарного диабета насчитывает несколько тысячелетий. Первые описания заболевания встречаются в древних медицинских источниках, а активное развитие научных представлений началось в XIX–XX веках [6]. Открытие инсулина в 1921 году стало поворотным этапом в терапии заболевания и заложило основу современной фармакологической коррекции гипергликемии [7],[8].

Инсулин представляет собой двухцепочечный белковый гормон, состоящий из A- и B-цепей, соединённых дисульфидными мостиками (рис. 1) [5]. Биологический эффект гормона реализуется через связывание с рецептором тирозинкиназного типа и последующую активацию сигнального каскада IRS-1 → PI3K → Akt, что приводит к транслокации транспортёра глюкозы GLUT4 в плазматическую мембрану [5],[9]. Нарушение передачи сигнала по данному пути рассматривается как центральное звено патогенеза инсулинорезистентности [5], [10].

Рисунок 1. Строение молекулы инсулина[11]

В последние годы значительное внимание уделяется природным соединениям, способным модулировать углеводный обмен. Растительные белки и биологически активные пептиды демонстрируют способность активировать пострецепторные сигнальные каскады, сходные с инсулиновыми, включая PI3K/Akt-зависимые механизмы[8],[10],[12]. Для ряда растительных соединений также описано ингибирование α-глюкозидазы и антиоксидантное действие [13].

В этом контексте особый интерес представляет Arundo donax — многолетнее корневищное злаковое растение, богатое белками, аминокислотами и лектинами. Предыдущие исследования показали наличие гипогликемической активности экстрактов растения [14], однако механизмы действия белковых фракций надземной части остаются недостаточно изученными.

Целью настоящей работы является системный анализ опубликованных экспериментальных данных и формирование обоснованной гипотезы о возможном молекулярном механизме гипогликемического действия белковой фракции надземной части Arundo donax.

Методы и материалы

Работа носит обзорно-аналитический характер. Проведён анализ опубликованных научных данных, посвящённых гипогликемической активности белков Arundo donax и молекулярным механизмам регуляции углеводного обмена.

В обзор включены публикации 2017–2025 гг., индексируемые в базах данных Scopus, PubMed, Web of Science и eLIBRARY. Поиск осуществлялся с использованием ключевых слов: “Arundo donax”, “plant proteins”, “hypoglycemic activity”, “insulin resistance”, “PI3K/Akt signaling pathway”, “GLUT4”, “plant peptides”.

В анализ включались экспериментальные исследования in vivo и in vitro, содержащие количественные показатели гипогликемического эффекта, работы, описывающие аминокислотный состав и биологическую активность белковых фракций, а также публикации, посвящённые сигнальным механизмам регуляции гликемии.

Анализ данных проводился методом сравнительной оценки опубликованных биохимических и молекулярных механизмов с последующей интерпретацией их возможной роли в регуляции углеводного обмена.

Результаты и обсуждение

1. Химический состав и белковая фракция Arundo donax

По данным опубликованного исследования [14], белки надземной части растения были выделены методом щелочной экстракции с последующим осаждением сульфатом аммония и лиофильной сушкой. Содержание общего белка в надземной части составило 20,40 %, а белкового азота — 3,26 % [14].

Согласно результатам аминокислотного анализа, представленным в работе [14], белковая фракция включает 17 аминокислот. Наиболее высокое содержание отмечено для аргинина — 113,53 мг/г, лейцина — 86,46 мг/г, цистеина — 68,09 мг/г, гистидина — 65,68 мг/г и валина — 64,10 мг/г [14].

Такая комбинация характерна для белков, участвующих в регуляции энергетического обмена и чувствительности тканей к инсулину.

2. Гипогликемическая активность белков надземной части Arundo donax

Согласно опубликованным данным [14], белковые фракции надземной части Arundo donax проявляют выраженную гипогликемическую активность в экспериментальных моделях.

В частности, после однократного введения наблюдалось снижение уровня глюкозы на 30,4 % при дозе 50 мг/кг и на 38,4 % при дозе 100 мг/кг [14]. При многократном введении в течение 7 дней снижение уровня глюкозы достигало 41,9 %, что превышало эффект препарата сравнения (36,6 %) [14].

Полученные результаты свидетельствуют о значительном гипогликемическом потенциале белковых компонентов растения.

3. Предполагаемый механизм гипогликемического действия белков надземной части Arundo donax

На основании опубликованных данных о химическом составе белковой фракции Arundo donax [14], данных о биологической активности корневищ Arundo donax [13], механизмов действия растительных инсулиноподобных пептидов [8],[12],[15], а также сведений о лектинах ADL [16], можно предложить комплексный механизм гипогликемического эффекта белков надземной части Arundo donax.

Первым ключевым звеном предполагается активация инсулинового сигнального пути IRS-1 → PI3K → Akt. Высокое содержание аргинина и аминокислот BCAA в белковой фракции растения способствует повышению чувствительности тканей к инсулину, усилению фосфорилирования IRS-1 и последующей активации PI3K и Akt, что приводит к усиленному транспорту глюкозы в клетки. Подобный механизм описан для растительных инсулиноподобных белков [12],[15].

Вторым элементом действия может быть стимуляция транслокации GLUT4. Известно, что растительные пептиды повышают экспрессию и мембранную локализацию GLUT4, усиливая захват глюкозы мышечной и жировой тканью. По аналогии белки Arundo donax могут реализовывать аналогичный эффект [8].

Ещё одним механизмом может служить ингибирование α-глюкозидазы. Для корневищ Arundo donax показано подавление ферментов углеводного обмена [13], соответственно, надземные белки способны замедлять расщепление углеводов, снижать скорость всасывания глюкозы и уменьшать постпрандиальную гипергликемию.

Дополнительный вклад может обеспечивать антиоксидантное действие. Цистеин, тирозин и гистидин, обнаруженные в значительных количествах [14], обладают выраженной антиоксидантной активностью, что приводит к снижению воспаления, уменьшению образования активных форм кислорода (ROS) и, как следствие, снижению инсулинорезистентности [5].

Отдельную роль может играть лектин ADL — белок Arundo donax, способный связываться с углеводными структурами клеточных мембран и гликоконъюгатами рецепторов. Это взаимодействие потенциально повышает чувствительность инсулиновых рецепторов и улучшает транспорт глюкозы [16].

В совокупности перечисленные механизмы формируют синергетический эффект. Гипогликемическое действие Arundo donax вероятно обусловлено одновременным влиянием на рецепторные, метаболические, антиоксидантные и ферментативные процессы, что согласуется с динамикой экспериментально наблюдаемого снижения уровня глюкозы [14].

Заключение

Проведённый анализ литературных источников и экспериментальных данных свидетельствует о перспективности белковой фракции надземной части Arundo donax в качестве природного источника соединений с гипогликемической активностью. Выраженное снижение уровня глюкозы в экспериментальных моделях позволяет предположить наличие инсулиноподобного эффекта, реализуемого через активацию сигнального пути IRS–PI3K–Akt, усиление транслокации GLUT4, антиоксидантное действие и возможное участие лектина ADL. Комплексность предполагаемого механизма указывает на потенциал дальнейших биохимических и фармакологических исследований, направленных на уточнение молекулярных мишеней и оценку возможности практического применения белков Arundo donax в разработке фитопрепаратов для коррекции гипергликемии.

Список литературы:

1. Д. Д. Мальяно, Э. Д. Бойко, и Н. комитет 10-го издания А. диабета IDF, Атлас диабета IDF, 10-е-е изд. Международная федерация диабета, 2021.
2.  И. И. Дедов и др., «Эпидемиология и ключевые клинико-терапевтические показатели сахарного диабета в Российской Федерации в разрезе стратегических целей Всемирной организации здравоохранения», Сахарный диабет, т. 28, вып. 1, сс. 4–17, янв. 2025, doi: 10.14341/DM13292.
3.  «Uzbekistan», IDF Europe Site. Просмотрено: 30 ноябрь 2025 г. [Онлайн]. Доступно на: https://idf.org/europe/our-network/our-members/uzbekistan/
4.  G. N. Rakhimova, N. U. Alimova, A. Ryaboshtan, B. Waldman, G. D. Ogle, и S. I. Ismailov, «Epidemiological data of type 1 diabetes mellitus in children in Uzbekistan, 1998-2014», Pediatr Diabetes, т. 19, вып. 1, сс. 158–165, фев. 2018, doi: 10.1111/pedi.12495.
5. E. D. Abel и др., «Diabetes Mellitus – Progress and Opportunities in the Evolving Epidemic», Cell, т. 187, вып. 15, сс. 3789–3820, июл. 2024, doi: 10.1016/j.cell.2024.06.029.
6. Плаксин Н. С., Куприянова В. М., Богданова Т. М. Сахарный диабет: история открытия, осложнения, распространенность // Международный студенческий научный вестник. — 2018. — № 5. — С. 71–79.
7. «100 years of insulin: celebrating the past, present and future of diabetes therapy», ResearchGate, doi: 10.1038/s41591-021-01418-2.
8. J. Yu, G. Chen, Y. Jin, M. Zhang, и T. Wu, «Research Progress of Bioactive Peptides in Improving Type II Diabetes», Foods, т. 14, вып. 3, с. 340, янв. 2025, doi: 10.3390/foods14030340.
9. R. Taheri, Y. Mokhtari, A.-M. Yousefi, и D. Bashash, «The PI3K/Akt signaling axis and type 2 diabetes mellitus (T2DM): From mechanistic insights into possible therapeutic targets», Cell Biology International, т. 48, вып. 8, сс. 1049–1068, 2024, doi: 10.1002/cbin.12189.
10.  S. Avilés-Gaxiola, I. García-Aguiar, L. A. Jiménez-Ortega, E. P. Gutiérrez-Grijalva, и J. B. Heredia, «Bioactive Plant Peptides: Physicochemical Features, Structure-Function Insights and Mechanism of Action», Molecules, т. 30, вып. 18, с. 3683, сен. 2025, doi: 10.3390/molecules30183683.
11. «Патогенез сахарного диабета 2 типа - bariatric.1spbgmu.ru». Просмотрено: 27 октябрь 2025 г. [Онлайн]. Доступно на: https://bariatric.1spbgmu.ru/zabolev-s-ogir/10-patogenez-sakharnogo-diabeta-2-tipa.html
12. I. S. Costa, A. F. Medeiros, G. Piuvezam, G. C. B. S. Medeiros, B. L. L. Maciel, и A. H. A. Morais, «Insulin-Like Proteins in Plant Sources: A Systematic Review», Diabetes Metab Syndr Obes, т. 13, сс. 3421–3431, сен. 2020, doi: 10.2147/DMSO.S256883.
13.  A. K. Mishra и D. K. Patel, «Harnessing traditional Indian medicine: evaluating the in vitro anti-diabetic parameters of Arundo donax root extract», Int. J. Adv. Biochem. Res., т. 9, вып. 2, сс. 174–178, янв. 2025, doi: 10.33545/26174693.2025.v9.i2c.3755.
14. Sh. Kh. Rakhimova и др., «A Protein from the Aerial Part of Arundo donax and its Hypoglycemic Activity», Chem Nat Compd, т. 60, вып. 2, сс. 380–382, мар. 2024, doi: 10.1007/s10600-024-04331-5.
15. P. C. Paula и др., «Insulin-like plant proteins as potential innovative drugs to treat diabetes-The Moringa oleifera case study», N Biotechnol, т. 39, вып. Pt A, сс. 99–109, окт. 2017, doi: 10.1016/j.nbt.2016.10.005.
16. M. Perduca и др., «Structure and properties of the giant reed (Arundo donax) lectin (ADL)», Glycobiology, т. 31, вып. 11, сс. 1543–1556, дек. 2021, doi: 10.1093/glycob/cwab059.