Saponins of Momordica charantia increase insulin secretion in INS-1 pancreatic β-cells via the PI3K/Akt/FoxO1 signaling pathway

Abstract

Saponins are the main bioactive substances with anti-hyperglycemic activities of Momordica charantia. This study aimed to verify the effects of M. charantia saponins on insulin secretion and explore the potential underlying mechanisms in INS-1 pancreatic β-cells. We injured INS-1 cells with 33.3 mM glucose and then treated them with saponins. Saponins improved cell morphology and viability as demonstrated by inverted microscopy and CCK8 detection and significantly increased insulin secretion in a concentration-dependent manner as shown by ELISA. Thus, we obtained the optimal concentration for the subsequent experiments. Potential mechanisms were explored by immunofluorescence, western blotting, and RT-qPCR techniques. First, saponins increased the mRNA and protein levels of IRS-2 but decreased the serine 731 phosphorylation level of IRS-2. Moreover, saponins increased the phosphorylation of Akt protein and decreased the protein level of FoxO1, which were both reversed by the PI3K inhibitor ly294002. Furthermore, saponins increased the protein level of the downstream molecule and insulin initiating factor PDX-1, which was also reversed by ly294002. Saponins also increased Akt and PDX-1 mRNA and decreased FoxO1 mRNA, which were both reversed by ly294002. Saponins increased glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) and intracellular insulin content, which were reversed by ly294002, as determined by ELISA. The immunofluorescence results also confirmed this tendency. In conclusion, our findings improve our understanding of the function of saponins in INS-1 pancreatic β-cells and suggest that saponins may increase insulin secretion via the PI3K/Akt/FoxO1 signaling pathway.

Resumen

Las saponinas son los principales principios bioactivos con actividad antihiperglucémica de Momordica charantia. El objetivo de este estudio era comprobar los efectos de las saponinas de M. charantia sobre la secreción de insulina y explorar los posibles mecanismos subyacentes en las células β pancreáticas INS-1. Lesionamos células INS-1 con 33,3 mM de glucosa y las tratamos luego con saponinas. Las saponinas mejoraron la morfología y la viabilidad celulares, como mostraron la microscopia invertida y la detección de CCK8, y aumentaron significativamente la secreción de insulina de forma proporcional a la concentración, como se demostró mediante ELISA. Se obtuvo así la concentración óptima para los experimentos posteriores. Se exploraron los posibles mecanismos mediante técnicas de inmunofluorescencia, inmunotransferencia y RT-qPCR. En primer lugar, las saponinas aumentaban los niveles de ARNm y proteínas de IRS-2, pero reducían el nivel de fosforilación de serina 731 de IRS-2. Además, las saponinas aumentaban la fosforilación de la proteína Akt y disminuían la concentración de proteínas de FoxO1, revertidas ambas por el inhibidor de PI3K ly294002. Las saponinas aumentaban también la concentración de proteínas de la molécula anterógrada y el factor iniciador de la insulina PDX-1, algo que también revirtió ly294002. Además, las saponinas aumentaban el ARNm de Akt y PDX-1 y disminuían el ARNm de FoxO1, efectos ambos revertidos por ly294002. Las saponinas aumentaban también la secreción de insulina estimulada por la glucosa (SIEG) y el contenido de insulina intracelular, efectos ambos revertidos por ly294002, según la determinación mediante ELISA. Los resultados de inmunofluorescencia también demostraron esta tendencia. En conclusión, nuestros resultados mejoraron los conocimientos de la función de las saponinas en las células β pancreáticas INS-1 y sugirieron que las saponinas pueden aumentar la secreción de insulina a través de la vía de señalización PI3K/Akt/FoxO1.