Vascular pathology is increased in diabetes because of reactive-oxygen-species (ROS)-induced endothelial cell damage. We found that in vitro and in a streptozotocin diabetes model in vivo, metformin at diabetes-therapeutic concentrations (1–50 µM) protects tissue-intact and cultured vascular endothelial cells from hyperglycemia/ROS-induced dysfunction typified by reduced agonist-stimulated endothelium-dependent, nitric oxide–mediated vasorelaxation in response to muscarinic or proteinase-activated-receptor 2 agonists. Metformin not only attenuated hyperglycemia-induced ROS production in aorta-derived endothelial cell cultures but also prevented hyperglycemia-induced endothelial mitochondrial dysfunction (reduced oxygen consumption rate). These endothelium-protective effects of metformin were absent in orphan-nuclear-receptor Nr4a1-null murine aorta tissues in accord with our observing a direct metformin-Nr4a1 interaction. Using in silico modeling of metformin-NR4A1 interactions, Nr4a1-mutagenesis, and a transfected human embryonic kidney 293T cell functional assay for metformin-activated Nr4a1, we identified two Nr4a1 prolines, P505/P549 (mouse sequences corresponding to human P501/P546), as key residues for enabling metformin to affect mitochondrial function. Our data indicate a critical role for Nr4a1 in metformin’s endothelial-protective effects observed at micromolar concentrations, which activate AMPKinase but do not affect mitochondrial complex-I or complex-III oxygen consumption rates, as does 0.5 mM metformin. Thus, therapeutic metformin concentrations requiring the expression of Nr4a1 protect the vasculature from hyperglycemia-induced dysfunction in addition to metformin’s action to enhance insulin action in patients with diabetes.

中文翻译：

---

二甲双胍预防高血糖相关的氧化应激诱导的血管内皮功能障碍：孤儿核受体人核受体 4A1 (Nur77) 的重要作用

由于活性氧 (ROS) 诱导的内皮细胞损伤，糖尿病患者的血管病变增加。我们在体外和体内链脲佐菌素糖尿病模型中发现, 糖尿病治疗浓度 (1–50 µM) 的二甲双胍可保护组织完整和培养的血管内皮细胞免受高血糖 / ROS 诱导的功能障碍，其特征是减少激动剂刺激的内皮依赖性、一氧化氮介导的对毒蕈碱或蛋白酶反应的血管舒张激活受体 2 激动剂。二甲双胍不仅可以减弱主动脉衍生的内皮细胞培养物中高血糖诱导的 ROS 产生，还可以预防高血糖诱导的内皮线粒体功能障碍（降低氧消耗率）。根据我们观察到的二甲双胍-Nr4a1 直接相互作用，在孤儿核受体 Nr4a1 缺失的鼠主动脉组织中不存在二甲双胍的这些内皮保护作用。使用二甲双胍-NR4A1 相互作用、Nr4a1-诱变的计算机模拟，以及针对二甲双胍激活的 Nr4a1 的转染人胚胎肾 293T 细胞功能测定，我们确定了两种 Nr4a1 脯氨酸，P505/P549（对应于人 P501/P546 的小鼠序列），作为使二甲双胍影响线粒体功能的关键残基。我们的数据表明 Nr4a1 在微摩尔浓度下观察到的二甲双胍内皮保护作用中的关键作用，其激活 AMPKinase 但不影响线粒体复合物-I 或复合物-III 耗氧率，0.5 mM 二甲双胍也是如此。因此，除了二甲双胍增强糖尿病患者胰岛素作用的作用外，需要 Nr4a1 表达的治疗性二甲双胍浓度还可以保护血管系统免受高血糖引起的功能障碍。P505/P549（对应于人 P501/P546 的小鼠序列），作为使二甲双胍影响线粒体功能的关键残基。我们的数据表明 Nr4a1 在微摩尔浓度下观察到的二甲双胍内皮保护作用中的关键作用，其激活 AMPKinase 但不影响线粒体复合物-I 或复合物-III 耗氧率，0.5 mM 二甲双胍也是如此。因此，除了二甲双胍增强糖尿病患者胰岛素作用的作用外，需要 Nr4a1 表达的治疗性二甲双胍浓度还可以保护血管系统免受高血糖引起的功能障碍。P505/P549（对应于人 P501/P546 的小鼠序列），作为使二甲双胍影响线粒体功能的关键残基。我们的数据表明 Nr4a1 在微摩尔浓度下观察到的二甲双胍内皮保护作用中的关键作用，其激活 AMPKinase 但不影响线粒体复合物-I 或复合物-III 耗氧率，0.5 mM 二甲双胍也是如此。因此，除了二甲双胍增强糖尿病患者胰岛素作用的作用外，需要 Nr4a1 表达的治疗性二甲双胍浓度还可以保护血管系统免受高血糖引起的功能障碍。我们的数据表明 Nr4a1 在微摩尔浓度下观察到的二甲双胍内皮保护作用中的关键作用，其激活 AMPKinase 但不影响线粒体复合物-I 或复合物-III 耗氧率，0.5 mM 二甲双胍也是如此。因此，除了二甲双胍增强糖尿病患者胰岛素作用的作用外，需要 Nr4a1 表达的治疗性二甲双胍浓度还可以保护血管系统免受高血糖引起的功能障碍。我们的数据表明 Nr4a1 在微摩尔浓度下观察到的二甲双胍内皮保护作用中的关键作用，其激活 AMPKinase 但不影响线粒体复合物-I 或复合物-III 耗氧率，0.5 mM 二甲双胍也是如此。因此，除了二甲双胍增强糖尿病患者胰岛素作用的作用外，需要 Nr4a1 表达的治疗性二甲双胍浓度还可以保护血管系统免受高血糖引起的功能障碍。