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二甲双弧对AMPK、PPARγ的影响与胰岛素抵抗的研究

2023-02-15 来源:星星旅游
分类号:R587.1学校代码:10062密级:内部2年学号:20084010学位类别:科学学位口专业学位团学科门类:医学又坪篑科鼻垮博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目:二甲双胍对AMPK、P脚的影响与胰岛素抵抗的研究TITLETheeffectofmefforminonAMPK,PPAR?andinsulinresistance一级学科:临床医学二级学科:内科学内分泌与代谢病论文作者:吴乃君指导教师:冯凭天津医科大学研究生院二0一一年五月学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是我个人在导师指导下独立进行研究工作取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容和致谢的地方外,论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果,与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:凸幺日期:)州年6月6日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津医科大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文,并编入有关数据库。保密本论文属于圈,在.兰.年解密后适用本授权书。不保密口。I’,J学位论文作者签名:导师签名厶!生日期:川年6月‘日同期:加,7年6月,同天津医科大学博士学位论文中又于两要目的:1、通过观察2型糖尿病模型大鼠脂肪组织中腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)、过氧化物酶体增殖物激活受体Y(PPAR?)的表达,及二甲双胍对其影响,探讨二甲双胍改善糖、脂代谢、胰岛素敏感性机制,为二甲双胍的临床应用提供更多的理论依据。2、通过体外建立3T3.L1细胞胰岛素抵抗模型,应用二甲双胍进行干预治疗,观察胰岛素抵抗状态下AMPK、PPAR丫、葡萄糖转运子4(GLUT4)的表达情况,并观察二甲双胍对AMPK、PPAR?的作用,分析其对.胰岛素抵抗的干预作用是否与上调AMPK、PPAR?有关。方法:1、正常wistar雄性大鼠30只普通饲料适应性喂养1周后,随机分为正常组(NC组)和糖尿病组(DM组)。NC组给予普通饲料至实验结束。DM组给予高脂饮食联合腹腔注射d,N量链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)40mg/kg的方法制备2型糖尿病模型,造模成功后随机分为模型组(DM.C)和治疗组(DM.T)。DM.T组给予盐酸二甲双胍(Metformin,met)灌胃治疗4周。测定大鼠治疗前后的体重,实验末测定各组大鼠肾周及睾周脂肪重量,计算大鼠脂体比;检测各组大鼠空腹血糖(fastingplasmaglucose,FPG)、胰岛素(insulin,INS)、血清总胆固醇(totalcholesterol,TC)、甘油三酯(totalcholesterol,TG)、高密度脂蛋白(highdensitylipoprotein,HDL。C)、低密度脂蛋白的水乎(Lowsensitivedensitylipoprotein,LDL.C),并计算胰岛素敏感指数(Fasting时荧光定量(realtime.polymerasechainindex,ISI);实reaction,RT-PCR)检测各组大鼠脂肪组Culture织AMPK及PPARTmRNA的水平。2、以美国国立细胞库(AmericanTypeCollection,ATCC)3T3.L1细胞作为实验对象进行培养和诱导分化。参考AnilKumarKL分化前脂肪细胞的方法,对细胞进行分化:将3T3。L1前脂肪细胞置于含15%小牛血清的DMEM高糖培养基中,37℃,5%C02饱和湿度下培养。细胞状态良好时接种于培养皿,加入含0.5mmol/L3.异丁基.1.甲基黄嘌呤(IBMX)、lOug/mL胰岛素、lumol/I地塞米松15%小牛血清的DMEM高糖培养基培养48h,之后换以含1ug/mL胰岛素的培养基再培养48h,随后以15%小牛血清的DMEM高糖培养基继续培养,2d换培养液1次,诱导分化8~12d的3T3.L1细胞,80%~90%以上呈脂肪细胞表型可用于试验。运用油红O染色证明前脂肪细胞诱导成为成熟脂肪细胞:移去诱导分化结束细胞的培养基,用PBS清洗,用10%多聚甲醛固定30min,加入油红O溶液染色30min,用异丙醇脱色,天津医科大学博士学位论文然后用苏木精复染细胞核,倒置显微下观察、照相。3T3.L1脂肪细胞胰岛素抵抗细胞模型的建立及药物处理。对分化好的细胞分组进行处理:加lumol/L地塞米松诱导胰岛素抵抗,每2d换1次液,取上清液,以培养基中的葡萄糖的消耗量差值反映胰岛素抵抗的程度。葡萄糖含量用葡萄糖检测试剂盒测定。在胰岛素抵抗模型成立以后,设空白对照组、地塞米松模型组、药物干预组(不同浓度二甲双胍)在药物处理48h后检测培养基中葡萄糖含量,及AMPK、PPAR7、GLUT4mRNA水平。结果:高脂饮食配合小剂量链脲佐菌素制备糖尿病大鼠模型中,1、体重。二甲双胍治疗前DM大鼠体重比NC组大鼠体重显著升高(P<0.05);二甲双胍治疗4周后,DM.T组大鼠与DM—C组之间比较,DM.T组大鼠体重下降明显减轻(P<O.05)。2、肾周、睾周脂肪组织重量及脂体比。与NC组比较,DM.C组肾周睾周脂肪组织重量和脂体比均显著下降(P<0.05);与DM.C组比较,DM.T组肾周睾周脂肪组织重量显著增高(P<O.05),脂体比无显著性差异(P>0.05)。3、血糖、胰岛素水平及胰岛素敏感指数。与NC组比较,DM。C组和DM。T组大鼠血清FPG水平显著升高(P<O.05),FINS、ISI显著下降(P<0.05);与DM。C组比较,DM.T组血清FPG显著下降(P<0.05),FINS,ISI水平显著升高(P<O.05)。4、血脂。与NC比较,DM—C组大鼠血清TC、TO、LDL水平显著升高(P<0.05),HDL水平显著F降(P<O.05);与DM.C组比较,DM.T组血清TC、TO、LDL水平显著下降(P<0.05),HDL水平显著升高(P<0.05)。5、脂肪组织AMPK和PPAR7mRNA的水平。与NC组比较,DM—C、DM.T组AMPK与PPAR"/rmRNA表达水平均显著降低(P<O.05);与DM.C组比较,DM—Y组AMPK与PPAR'trmRNA表达水平均显著升高(P<0.05)。在3T3.L1脂肪细胞中1、3T3.L1前脂肪细胞经诱导、分化10天,油红O染色,镜下可见细胞质内脂肪滴被染成红色,细胞核呈蓝色,证实为成熟脂肪细胞。2、在地塞米松模型组细胞上清培养液的葡萄糖吸光度OD值显著高于空白组(P<O.05),地塞米松作用后96h细胞上清培养液的葡萄糖差值最大(P<0.05),胰岛素抵抗达最佳状态。3、二甲双胍干预组培养液的葡萄糖吸光度OD值较模型组低(P<O.05)。4、地塞米松模型组的AMPK、PPARV、GLUT4mRNA水平显著低于空白组伊<O.05)。5、二甲双胍干预组AMPK、PPARy、GLUT4mRNA水平明显著高于模型组(P<0.05)。天津医科大学博士学位论文结论:高脂饮食配合小剂量链脲佐菌素制备糖尿病大鼠模型中,1、糖尿病大鼠脂肪组织AMPK及PPAR3,mRNA的水平下降。2、二甲双胍上调2型糖尿病大鼠脂肪组织AMPK及PPAR7mRNA的水平。3、二甲双胍改善糖尿病大鼠的糖、脂代谢及胰岛素抵抗。4、二甲双胍可能通过上调2型糖尿病大鼠脂肪组织AMPK及PPAR7mRNA,调节机体糖、脂代谢,增加胰岛素敏感性。在3T3.LI)J旨肪细胞中,1、地塞米松诱导的3T3.L1脂肪细胞葡萄糖摄取率下降。2、二甲双胍干预后3T3.L1脂肪细胞胰岛素抵抗模型中葡萄糖摄取率增加。3、地塞米松诱导的3T3。L1脂肪细胞胰岛素抵抗模型中AMPK、PPAR7、GLUT4mRNA水平下降;4、二甲双胍可以剂量依赖性上调胰岛素抵抗状态下3T3.L1细胞AMPK、PPARl,、GLUT4mRNA。5、二甲双胍可能通过上调3T3.LIJ]旨肪细胞中AMPK、PPAR7及GLUT4mRNA增加胰岛素敏感性。关键词:腺苷酸活化蛋白激酶过氧化物酶体增殖物激活受体丫糖尿病大鼠3T3.L1细胞胰岛素抵抗脂毒性二甲双胍天津医科大学博士学位论文Abstractobjeetive:1.To(AMPK)andobservetheexpressionlevelsofAMP—activatedproteinkinaseadiposetissueperoxisomeproliferator-activatedreceptor丫(PPAR7)inonoftype2diabeteswithmetformintreatment,andtheeffectglucoseandlipidmetabolismtoimproveinsulinsensitivity2.Establishedtheinsulinresistancemodelinterfereintheadipocyte,observedtheexpressionofthesametimeinvitro,utilizedmetforrnintoAMPK、PPARr、GLUT4,atcontributetoobservedtheeffectthatmetforminAMPK、PPARy,analysisiftheeffectthatmetforminimproveinsulinresistancehassomethingtodowiththeeffectthatitincreasedtheexpressionofAMPK、PPAR7.Methods:1.Hi曲fatdietwithintraperitonealinjectionofSTZ(40mg/kg)waspreparedwithtype2diabetesmodel,aftertheweresuccessofmodeling,diabeticratmodelgrouprandomlydividedintotwogroup:diabeticgroup(DM—C)andtreatment(DM—D.DM—Tgroupwasgivenmetforminhydrochlorideorallyfor4weeks.Weightofratswasmeasuredbeforeandaftertreatment,attheendoftheexperimenttheratsweremeasuredinadiposeperirenalandtestisweight.ThentoCalculateoftotalbodyweightratiooffat.TheirserumwereusedFastingtodetectofFastingplasmaglucose(FPG),Calculated.seruminsulin(FINS),andFastingsensitiveindex(ISI)weretotalcholesterol(TC),triglycerides(TG),highdensitydensitylipoprotein(HDL),Lowlipoprotein(LDL)levelsdetectthealsoweredetect;realtime-polymerasechainreactionandPPAR7mRNAadiposetissueexpression.2.asour(RT.PCR)toAMPKChosetheAmericanTypeCultureCollection,3T3一L1adipocyteexperimentalobjcctthancultureandderivation.ReferthedifferentiatedmethodofAntiKumarKLdifferentiatedtheadipocyte.Cultured3T3一L1adipocyteintheDMEMhighglucosemediumthatcontainl5%calfserum,andtheconditionoftheevidenceiS37’C,5%C02whenthecellWasingoodcondition,putittocultivatedplates,whenthecellthecellsfor48hoursinsulin1umo/Luseconjugationaftertwodays,culturecontain0.5theDMEMmediumthatmmol/LIBMX1Omg/LDexamethasone15%calfSelTlm.andthanchangetheDMEMmediumthatcontain1Omg/Linsulin1/Mmol/LDMEMdexamethasone15%calfserum,cultivatefor48hours,afterthatculturewithIV天津医科大学博士学位论文for8-12days.Whenthereare90%3T3一L1cellsinstudy.UseoilredOtoimprove3T3cellshadmediumcantina15%calfSelMlTIbecomematureadipocyte,itCanusethecellsbyPBS,useyetinducedtomatureadipocyte:Remove廿1eoldmedium;washCa.formalinfixationfor30min;andmoveoilredO‘dyeingfor30rain,removeoilredO.avantinthecellcleantherestoilredO,thancampeachydyeingthecellnucleus,observeappearanceandgetthephotos.3T3一L1adipocyteinsulinresistancecontainmodelestablished.Afterthecellsdifferentiation.useDMEMdexamethasonetomediumthatlumoI/Loninduceinsulinresistancemodel,changethemediumeverytwothe01dmediumtoexalTlthedays.andthanuseconsumptionofglucose,dependusetheconsumptionwecanjudgethelevelofresistance.WetheGOD_PODkittoexalTlthelevelofglucoseintheolduptheadipocyteasmedium.Whentheresistancemodelhasestablished,setblankgroup,dexamethasonemodelgroup,metformintreatmentfor48hours,examthelevelofglucoseinthegroup.Aftermetforminhasinterventionmedium,thanexan'lthemRNAlevelofAMPK,PPAR-tandGLUT4.Results:IndiabeticratsfedwithhighfatdietandinjectedwithasmalldoseofSTZ:Thelevelofheight,Fastingplasmaglucose,bloodlipidofthediabeticmarkelyincreasedreducedasasratswerecomparedwiththeNCgroup.ISIoftheDM—CgroupwaswithDM-CcomparedwiththeNCgroup.AndtheDM-TgroupcompareandPPAR7mRNAinadiposetissuewasgroup,AMPK<o.05),serumsignificantlyincreased(PhighdensitylipoproteinlevelwasLDLdecreasedsignificantlyhigher(P<0.05);serumsignificantly(P<0.05).In3T3-L1totalcholesterol,triglyceridesdexamethasonemodelgroupissignificantadipocyte:1.theabsorbancelevelODofhigherthanislowertheblankgroup(P<0.05).2.theabsorbancemodellevelODofmetformingroupthandexamethasonegroup(P<0.05).3.TheexpressionoflowerAMPK,PPAR-r,GLUT4mRNAindexamethasonemodelgroupissignificantthaninintheblankmetformingroup(P<0.05).4.ThegroupissignificantexpressionofAMPK,PPAR,y,,GLUT4mRNAhigherthanthedexamethasonemodelgroup(P<0.05).Conclusion:IndiabeticratsfedwithhighfatdietandinjectedwithasmalldoseofSTZ:(1)AMPKandPPAR)'mRNAwerelowindiabeticratsadiposetissue(2)V————————————————————————————————————————————————————————————一MetforminincreasedadiposetissueexpressionofAMPKand天津医科大学博士学位论文P汹mRNA.(2)(3)Metforminregulatedglucose,lipidmetabolismandinsulinresistance.(4)Metforminresistanceintype2diabeticratsmayregulateglucose,lipidmetabolismbyincreasedadiposetissueandinsulin3T3-L1AMPKandPPARYmRNA.Inadipocyte:(1)Thethatuseddexamethasoneglucoseintakein3T3一L1adipocyteinducedintoinsulinresistancemodelislow.(2)MetforminCanincreasetheglucoseintakein3T3.L1adipocyte.(3)ThemRNAofAMPK,PPA心,GLUT4in3T3-L1resistancemodelgrowthadipocytethatuseddexamethasoneinducedintoinsulinlower.(4)MetforminCanadipocytethatusedincreasetheAMPK,PP√峨,GLUT4mRNAin3T3-L1dexamethasoneinducedintoinsulinresistancemodel・(5)MetfominmayregulateinsulinresistancebyincreasedexpressionofAMPK,PPA脚andGllJJT4mRNA.Keywords:AMPKlipidtoxicityPPAR7metformindiabeticrats3T3-L1adipocyteinsulinresistanceVl天津医科大学博士学位论文目录中文摘要……………………………………………………………………………IAbstract.......................................................................................Ⅳ缩略语说明…………………………………………………………………………Ⅸ前言…………………………………………………………………………………1。刖舌…………………………………………………………………………………研究现状、成果…………………………………………………………………1研究目的、方法…………………………………………………………………2一、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPAR丫及糖脂代谢、胰岛素抵抗的影响…………………………………………………………………………….31.1对象和方法…………………………………………………………………31.1.1实验对象及材料………………………………………………………31.1.2药品及试剂………………………………………………………………31.1.3实验仪器设备……………………………………………………………41.1.4实验步骤…………………………………………………………………41.1.5统计学处理………………………………………………………………101.2结果…………………………………………………………………………101.2.1动物一般状态比较………………………………………………………】01.2.2各组大鼠治疗前后体重比较……………………………………………111.2.3各组大鼠肾周、睾周脂肪重量及脂体比较……………………………111.2.4各组大鼠血糖、胰岛素、胰岛素敏感指数比较………………………121.2.5各组大鼠血脂比较………………………………………………………121.2.6大鼠脂肪组织AMPK、PPARlrmRNA的水平………………………..121.3讨论………………………………………………………………………….131.4小结………………………………………………………………………….16二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3.L1细胞AMPK、PPAR7的影响………………………………………………………………………………….172.1对象和方法………………………………………………………………….172.1.1实验材料………………………………………………………………172.1.2主要试剂配制……………………………………………………………182.1.3实验方法………………………………………………………………19VII天津医科大学博士学位论文2.1.4统计学处理……………………………………………………………222.2结果…………………………………………………………………………232.2.13T3.L1前脂肪细胞的诱导分化及鉴定…………………………………232.2.23T3.L1脂肪细胞胰岛素抵抗模型的建立……………………………252.2.3二甲双胍作用于胰岛素抵抗细胞后葡萄糖浓度测定………………262.2.4RealtimeImPCR结果…………………………………………………272.3讨论………………………………………………………………………….332.4小结………………………………………………………………………….38AMPK、PPAR,、/与糖、脂代谢及胰岛素敏感性………………………………47综述参考文献…………………………………………………………………….53全文结论…………………………………………………………………………….39论文创新点………………………………………………………………………….4l参考文献…………………………………………………………………………….42发表论文和参加科研情况说明…………………………………………………….46综j苤………………………………………………………………………………….47致谢………………………………………………………………………………….58缩略词DM叁@AMPAⅣ咿KPPAR7STZMetGLUT4m砌、IAFPGFINSISlTCTGLDLHDL3T3.L1DMEMGAPDHDEPCPBSIRIBMXTrizolDABSABCRT.PCR天津医科大学博士学位论文缩略语说明英文全称中文全称diabetesmellitus糖尿病adenosinetriphosphate三磷酸腺苷adenosinephosphate一磷酸腺苷AMP—activatedproteinkinase腺苷酸活化蛋白激酶peroxisomeproliferator—activatedreceptorY过氧化物酶体增殖物激活受体Ystreptozotocin链脲佐菌素metrormin盐酸二甲双胍glucosetransporter-4葡萄糖转运因子4mesengerRNA信使RNAfastingplasmaglucose空腹血浆葡萄糖fastinginsulin空腹胰岛素fastingsensitiveindex胰岛素敏感指数totalcholesterol总胆固醇triglyceride甘油j酯Lowdensitylipoprotein低密度脂蛋白highdensitylipoprotein高密度脂蛋白Formerfatcells前脂肪细胞dulbecco’Smodifiedeaglemedium高糖培养基Phosphoricacidglycerinaldehydedehydrogenase磷酸甘油醛脱氢酶Cokeethylcarbonate水焦碳酸二乙酯Phosphate。bufferedsaline磷酸缓冲盐溶液Insulinresistance胰岛素抵抗L3一isobutyl-1-methylyellowpurineL3.异丁基-1一甲基黄嘌呤Proteinextractionguide蛋白抽提指南TwoaminoLianBenAn二氨基联苯胺Sreptavidinbiotincomplex生物素酶复合物realtime.polymerasechainreaction实时荧光定量lX天津医科大学博士学位论文.▲上-・J一刖吾研究现状、成果糖尿病已经成为严重危害人类健康的慢性非传染性疾病。糖尿病中90%以上为2型糖尿病。2型糖尿病的发病机制尚未完全阐明。目前认为胰岛素抵抗是2型糖尿病发病的重要环节之一,这一点已为长期大量的研究所证实‘1捌。胰岛素抵抗(InsulinResistance,IR)是指胰岛素作用的靶器官对胰岛素作用的敏感性下降(表现为肝脏、肌肉、脂肪等外周组织对葡萄糖的代谢障碍),即正常剂量的胰岛素产生低于正常生物学效应的一种状态。IR不仅是2型糖尿病的发病基础,更是贯穿多种代谢相关疾病的主线,是连结它们的纽带,为这些疾病的共同病理生理基础。以往的胰岛素抵抗研究集中在靶器官及胰岛素受体方面,随着分子生物学研究方法和技术日新月异,人们发现脂肪组织不仅是能量储存单位,也是内分泌器官,其分泌的细胞因子在胰岛素抵抗发生、发展中扮演了重要角色[31。二甲双胍作为双胍类1:3服药已有50年历史,其可以降糖、降脂、改善胰岛素抵抗141。但其确切作用的分子机制尚不明确。腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)在调节体能量代谢的平衡方面起总开关作用。在保持细胞内能量平衡方面扮演了重要角色。AMP/ATP比值增加可使AMPK激活(需要AMPK172位Thr的磷酸化),AMPK的活化可促进ATP合成代谢,抑制ATP分解代谢,如脂肪酸氧化b1。目前对AMPK在肝脏和骨骼肌中的作用已有较多研究。骨骼肌与肝脏AMPK激活后,通过抑制乙酰辅酶A羧化酶(ACC)的活性降低丙二酰辅酶的浓度来抑制脂肪酸合成,促进脂肪酸氧化[6,710脂肪组织中AMPK对脂肪代谢的作用很可能与其在肝脏和骨骼肌中扮演同样的角色。新近研究发现,二甲双胍是AMPK的靶分子,由于二甲双胍可以时间剂量依赖地增加AMPKTn172残基的磷酸化哺1,是否二甲双胍在脂肪组织中也可能有相似的通过增加AMPK的表达而改善胰岛素抵抗作用?关于此方面的研究目前仍然较少。有研究提示,AMPK可能通过远离磷脂酰肌醇3.激酶作用位点的胰岛素信号通路,或者是一条非胰岛素激活的信号通路,激活脂肪细胞GLUT4的转位,从而增加葡萄糖的转运,脂肪组织的葡萄糖代谢发生胰岛素抵抗最主要表现为葡萄糖转运子4(GLUT4)表达下降,最终引起葡萄糖摄取率下降吟1。GLUT4是胰岛素作用下主要的葡萄糖运载体,主要存在于脂肪组织和骨骼肌中。在胰岛素抵抗状态下,GLUT4的表达表现出明天津医科大学博士学位论文显的组织特异性调节,即在脂肪细胞中,出现基因转录障碍表达下降。PPAR),是一种核受体转录因子,人体很多组织都能分泌PPAR3,,但以脂肪组织最多。动物实验表明,脂肪细胞中PPART被激活后,可诱导内脏和皮下大脂肪细胞的凋亡,皮下脂肪内的前脂肪细胞分化为成熟的脂肪细胞,小脂肪细胞数目增加,对胰岛素更敏感,促使依赖胰岛素的糖摄取增加而脂肪水解减少,胰岛素敏感性增高¨∞。一些对血糖平衡起作用的组织如肝脏、肌肉组织和脂肪组织都会对活性PPA脚敏感。另外,PPAR),作为决定脂肪细胞分化的主要调节者,衰老后脂肪组织PPA脚表达降低可能通过降低脂肪细胞分化能力,使得对胰岛素敏感的脂肪细胞数目减少而参与胰岛素抵抗的形成。国外有研究认为AMPK活化可通过激活PPARa和PPAR),的复合激活子.I(PGC一1)增加小鼠骨骼肌细胞的脂肪酸氧化i11]。国内有学者报导在肝脏组织中二甲双胍增强AMPK和PPA脚的表达和活性¨扣,尚未见到在脂肪组织中胰岛素抵抗状态下AMPK、PPAR・/表达及二甲双胍影响的研究。研究目的、方法基于以上的研究背景,为了更好的观察胰岛素抵抗状态下AMPK、PPAR,、/水平变化的情况以及二甲双胍药物干预对抵抗状态下AMPK、PPA脚表达的影响,我门进行了体内外实验。体内实验选用了高糖、高脂辅与小剂碹STZ建立2型DM模型;体外试验采用的是前脂肪细胞株3T3一Ll细胞,并进一步诱导成为成熟脂肪细胞,建立体外胰岛素抵抗模型。从体内、体外两方面探讨二甲双胍对AMPK、PPA脚的影响及在胰岛素抵抗中的可能机制,为临床上治疗胰岛素抵抗提供新的思路。天津医科大学博士学位论文一、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPARl'及糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响一、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPA研及糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响二甲双胍能够改善糖、脂代谢及胰岛素敏感性,但其确切分子机制尚不明确。以往的研究多集中在肝脏、骨骼肌方面,在脂肪组织中的研究不多,结论亦不一致。本文拟从动物实验方面观察二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK(腺苷酸活化蛋白激酶)、PPARl,(过氧化物酶体增值物激活受体T)水平的变化,及其对胰岛素抵抗的影响。1.1对象和方法1.1.1实验动物及饲料SPF级健康雄性Wistar大鼠30只(由华北煤炭医学院动物中心提供),4.--一6周龄,动物合格证号SCXK(京)2009。0004,体重为120+209。饲养环境所有大鼠均为分笼饲养,每5只为一笼,饲养室温波动在18—22。C之间,相对湿度保持在40%.70%之问,每日12h光照周期,通风良好。自由摄食,饮水。普通大鼠饲料(配方:玉米、面粉、豆粕、麸皮、豆粉、鱼粉、苜蓿草粉、大、小鼠专用维生素、矿物质预混料);高脂饲料(配方:脂肪1718.64kcal/Kg,蛋白695.28kcal/Kg,碳水化合物1757.8kcal/Kg),以上均由华北煤炭医学院实验动物中心提供。北京博爱港商贸中心。北京博爱港商贸中心。北京北实纵横科技发展有限公司。中美上海施贵宝制药有限公司。北京北方生物技术研究所。波音特生物科技(南京)有限公司。波音特生物科技(南京)有限公司波音特生物科技(南京)有限公司波音特生物科技(南京)有限公司波音特生物科技(南京)有限公司。1.1.2药品及试剂1、STZ(链脲佐菌素)2、柠檬酸盐缓冲液3、O.3%戊巴比妥钠4、盐酸二甲双胍片5、胰岛素放射免疫分析试剂盒6、血清总胆固醇检测试剂盒7、甘油三酯检测试剂盒8、高密度脂蛋白检测试剂盒9、低密度脂蛋白检测试剂盒10、血糖检测试剂盒天津医科大学博士学位论文一、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPAR?及糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响11、SYBRPrimeScriptRT.PCRkitII(perfectrealtime)12、trizol总RNA提取剂13、引物14、DEPC水15、异丙醇16、无水乙醇17、氯仿18、生理盐水1.1.3实验仪器及设备唐博士AGM.2300型血糖仪唐博士血糖试纸JM系列电子计数天平日立7180全自动生化分析仪BFX4.320型低速自动平衡离心机HH一6数显恒温水浴锅FT.630G微机多探头放免仪超净工作台高速低温离心机RT6000电子天平JA2003液氮灌一次性研磨棒枪头Ep管试管架反转录仪PCR仪超低温冰箱注射器,各种手术器械1.1.4实验步骤大连宝生物工程有限公司。Invitrogenlifetechnologies公司上海生物工程有限公司天津润泰科技发展有限公司。北京百泰克生物技术有限公司北京百泰克生物技术有限公司华北煤炭医学院试验中心提供华北煤炭医学院试验中心提供北京唐博士医学科技有限公司AllMedicus有限公司浙江余姚纪铭称重校验设备有限公司日本日立公司白洋离心机厂国华电器有限公司北京核仪器厂Formascientificcompanysorvall上海精科天平仪器厂四川亚西机械厂天津浩连科技发展有限公司天津润泰科技发展有限公司天津润泰科技发展有限公司天津润泰科技发展有限公司Rotor.Gene3000ATechneTC.512thermoForm华北煤炭医学院内分泌科室提供天津医科大学博士学位论文一、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPARl,及糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响1.1.4.1实验药品准备0.1mmol/L(pH4.2.4.5)的柠檬酸.柠檬酸钠缓冲液的配制:称取柠檬酸(C6H807.H20-分子量210.14)2.19加入双蒸水100ml中配成0.1mmol/L柠檬酸A溶液,柠檬酸钠(Na3C6H507.2H20-分子量294.12)2.949加入双蒸水100ml中配成O.1mmol/L柠檬酸钠B溶液,将A、B液按比例混合,调pH值为4.2.4.5,混合后过滤,取滤液高温高压灭菌后,4。C冷藏备用。STZ,使用时用O.1mmol/L的柠檬酸一柠檬酸钠缓冲液将其稀释为1%的浓度,根据用药量和大鼠体重计算出每只大鼠需要注射的STZ药量。盐酸二甲双胍配制:将盐酸二甲双胍片研磨,按临床常用剂量换算后DM.T组按每日500mg/kg体重剂量给药,用2ml蒸馏水配制成悬浊液,用时摇匀给大鼠灌胃治疗。1.1.4.2动物分组及模型的建立正常wistar雄性大鼠30只普通饲料适应性喂养1周后,随机分为正常组(NC,n=10)和高脂组(DM,n=10)。NC组给予普通饲料至实验结束。DM组给予高脂饲料喂养4周后,此组大鼠禁食不禁水12h,左侧腹腔一次性注射小剂量STZ40mg/kg以制备2型糖尿病大鼠模型(NC组仅给予柠檬酸钠.柠檬酸缓冲液等体积腹腔注射),DM组注射STZ后继续给予高脂饲料喂养,5天之后,使用血糖仪测定尾尖血糖,血糖>16.7mmol/L即可视为造模成功。将造模成功大鼠随机分为糖尿病模型组(DM—C,n_9)和糖尿病治疗组(DM.T,n=9),DM.T组给予二甲双胍片500mg/kg每日灌胃治疗1次,共4周,(NC组及DM.C组给予相应等体积O.9%生理盐水)。此后所有大鼠均以普通饲料喂养,NC组大鼠每三天清理鼠笼一次,DM.C组与DM.T组每日清理鼠笼一次,所有大鼠每日灌胃1次,每周测量血糖1次,每周称重1次,根据体重情况调整用药量。治疗过程中DM。C组因血糖过高死亡1只,,DM—T组在灌胃过程中死亡1只,最后纳入分析的大鼠:NC组10只、DM—C组8只、DM.T组8只。1.1.4.3取材及处理灌胃4周后停药,各组大鼠禁食12小时后,称取大鼠体重,使用0.3%戊巴比妥钠,以lml:1009比例对大鼠进行腹腔麻醉。麻醉成功后,将大鼠仰卧固定于手术台上,四肢及头部固定,取腹部正中线切口,自腹部剪开皮肤,充分暴露内脏,迅速行腹主动脉采血6-8ml,先后收集黄色抗凝管和绿色抗凝管各3ml天津医科大学博士学位论文糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响~、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPART及静置,将血液标本送华北煤炭医学院附属医院检验科,在低温下3000转/min离心10min,分离血清进行空腹血糖、总胆固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、血清胰岛素的检测。采血结束后,快速取大鼠肾周及睾周脂肪组织称重并记录数值,并于预冷的生理盐水中冲洗干净,用无菌无酶的镊子放于冻存管中,做好标记,立即将冻存管置于液氮中速冻保存。待标本全部采集完毕后,将组织标本转移至.80。C超低温冰箱中保存,以备进行RT.PCR使用。断椎处死动物。1.1.4.4实验室指标的测定血糖的测定:采用唐博士血糖仪及唐博士血糖试纸采用葡萄糖氧化酶法测定总胆固醇测定:由华北煤炭医学院附属医院检验科采用日立7180全自动生化分析仪进行检测。甘油三酯测定:由华北煤炭医学院附属医院检验科采用日立7180全自动生化分析仪进行检测。低密度脂蛋白测定:由华北煤炭医学院附属医院检验科采用日立7180全自动生化分析仪进行检测。高密度脂蛋白测定:由华北煤炭医学院附属医院检验科采用日立7180全自动生化分析仪进行检测。胰岛素水平测定:采用北京北方生物技术研究所生产的Ins放射免疫分析药盒使用放射免疫分析法(RIA)进行测定。胰岛素敏感指数ISI=Ln[1/(空腹血糖X空腹胰岛素)]脂体比=(肾周脂肪组织重量+睾周脂肪组织重量)/大鼠体重脂肪组织AMPK及PPARTmRNA水平测定:采用RT.PCR方法检测。脂肪组织总RNA提取步骤1)取150.200mgJ]旨肪组织,放入无酶EP管中,使用一次性研磨棒研磨组织,同时少量多次加入液氮,研磨至粉末状。2)加入lmltrizol试剂,混匀,冰上放置5分钟。3)4。C12000转离心15分钟,吸取下层液体转移至另--EP管4)氯仿0.2ml,震荡15秒,冰上放置5分钟5)4。C12000转离心15分钟,吸取上层水相转移至lmlEP(勿吸取中间层6)加入等体积异丙醇,轻混匀,冰上放置10分钟天津医科大学博士学位论文一、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPAR7及糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响7)4"012000转离,5,10分钟,可见管壁或管底附有白色沉淀物81弃上清,加入lmlDEPC处理水配制的75%乙醇9)4"C7500转离心5分钟,10)吸去上清,在空气中干燥5.10分钟,加入20ulDEPC处理水,于.80"0冰箱保存备用逆转录反应①按SYBRPremixExTaqII(PerfectRealTime)(TaKaRaCode:DRR081)试剂盒的操作说明书配制RT反应液(反应液配制请在冰上进行)。总反应体系10ul,含5×PrimeScript50Buffer2ul,PrimeScriptRTEnzymeMix0.5ul,lxMOligodTPrimerO.5ul,100“MRandom6mers0.5ul,RNaseFreedH202.5ul,加入总RNA4②反应条件.20℃保存Realtimeul15min85。CRT热循环程序37。C5sec,反应结束eDNA产物置PCR反应OPCR弓I物设计与合成检索NCBIGeneBack数据库,以GADPH作为内参对照的校准基因,并对设计引物评分,所有引物均具有种属特异性,片段非特异性扩增少,所有引物按照RealtimePCR引物设计原则由上海生物工程技术服务有限公司设计并合成引物。引物序列如下:AMPK上游引物ggtgttatcctgtatgcccttct,AMPK下游引物tgtctttgatagttgctcgcttc,PPAR7上游弓Ictttaccacggttgatttctc,PPAR7下游引物caggctctactttgatcgca,GADPH上游引物atgacgacatcaaaaggtgg,GADPH下游引物gggatggaaactgtgaagagg,②按SYBRPremixExTaqII(PerfectRealTime)(TaKaRaCode:DRR081)试剂盒的操作说明书配置PCR反应液。2×SYBRPremixExTaqII(反应液配制请在冰上进行)12.5斗l,上游引物1ul,下游引物lul,dH208.5ul,模PCR,扩增条件如表1,板cDNA2ul③反应条件使用Rotor.Gene3000型PCR仪进,行real扩增图像如图2timeb天津医科大学博士学位论文糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响——一、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPAR?及图1大鼠饲养及取材流程图一、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPAR]'及天津医科大学博士学位论文糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响表1realtimePCR反应体系图2AMPK,PPARl,及GADPH的扩增曲线此图由左至右的9条S状抛物线依次是DM.T组GADPH,DM—C组GADPH,NC组GADPH的扩增曲线,DM.T组PPAR"t,DM.C组PPARV,DM.T组AMPK的扩增曲线,NC组AMPK,DM.C组AMPK,NC组PPA聊的扩增曲线,CT值均90,均阳性,抛物线平滑,基线平坦,并经指数扩增期依次达平台期。由于反应体系中eDNA原始浓度不一致,DM.T组与NC组起始浓度大致相似,DM.T组与NC组CT值也相差不大,DM.C组起跳循环数(CT值)相对小,与起始浓度相对高有关。④绘制标准曲线取正常组cDNA,用DEPC处理水,按10倍梯度100101103104105稀释5个浓度,9天津医科大学博士学位论文一、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPAR),及糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响放于5个不同的EP管中。每对引物及内参均按照PCR反应体系包括:2xSYBRPremixExTaqII12.5m,上游引物1u1,下游引物1u1,dH208.5ul,模板cDNA2ul,在5个不同浓度的cDNA中扩增,共15管,并按照上述反应条件扩增,得到扩增曲线,使用Rotor-Gene30006.0.14版软件绘制标准曲线如下图3,4l,/:l“oo——rlo^olL/■…lo^位’/:/:1003C0tl∞tllt|llOn/Cychg九FAH播婶r怖"1)R-乱99171……!…….Ⅳ2-093349U-3019B07“lEffcaen甜h‘3图3AMPK与内参的杯准曲线内参M值=3.090,M值差值<0.1注:AMPKM值=3.019一二/卜00_//1旷02/:厂/::绷:I:l:lCyckl9AFA/,"Sybf(Page2XR-G9e"OR^2-00Gg'J9U-309010"03ConcentraUonB_7舟49EIflCMMICy--.5310‘01图4PPAR?与内参的标准曲线内参M值=3.090,M值差值<O.1注:PPARTM值=3.114结果分析由标准曲线可知,内参与AMPK的标准曲线的M值差值<0.1,同样内参与PPAR?的标准曲线的M值差值<0.1,适宜使用2以^c’。方法利用进行相对定量的比较,以分析目的基因的上下调情况。使用Rotor.Gene出比较结果。△CT(域循环数)=CT(目的基因).CT(内参基因),△△CT=△CT(模型组或治疗组)一ACT(正常组),差别倍数=2氓^a’,汇常组为1。1.1.5统计学处理采用SPSSl0.0软件进行数据分析,所有数据以x±S表示,组间差异比较采用t检验和方差分析。P<0.05差异有统计学意义30006.0.14版软件自动得1.2结果1.2.1动物一般状态比较正常组大鼠一般状态良好,实验过程中体重逐渐增加,饮食、饮水、尿量lO天津医科大学博士学位论文糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响一、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPARl,及无明显变化。造模后,糖尿病模型大鼠消瘦,毛色杂乱无光泽,精神萎靡,行动迟缓,反应迟钝,出现不同程度的多饮、多食、多尿症状。用药治疗期间,模型组大鼠仍然出现多饮、多尿等,且持续消瘦。二甲双胍治疗组与模型组相比较,大鼠多饮、多食、多尿、消瘦症状均有所减轻。1.2.2各组大鼠不同时间体重比较6周时(治疗前),DM.C组和DM.T组体重均明显高于NC组(P<O.05),而DM.C组与DM.T组两组间体重无差异(P>0.05)。10周时(治疗后),与NC组比较,DM。C组与DM.T组体重均显著下降(P<O.05);与NC组比较,DM.C组体重下降幅度较DM.T组下降幅度大,DM.T组体重偏高(P<0.05)。(见.表2)表2各组大鼠不同时间体重的比较(i±S)注:与NC组比较,半P<0.05;与DM.C组比较uP<0.05;与造模后比较,存P<0.051.2.3各组大鼠肾周、睾周脂肪组织重量及脂体}匕比较与NC组比较,DM—C组肾周睾周脂肪组织重量和脂体比均显著下降(P<0.05):与DM.C组比较,DM.T组肾周睾周脂肪组织重量增高(P<0.05),脂体比无显著差异(P>O.05)。(见表3)表3lO周时各组大鼠肾周睾周脂肪组织重量及脂体比较注:与NC组比较,水尸<0.05;与DM.C组比较,oP<0.05天津医科大学博士学位论文一、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPAR3,及糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响1.2.4各组大鼠血糖,胰岛素水平及胰岛素敏感性比较与NC比较,DM.C组大鼠血糖水平明显升高(P<0.05),胰岛素水平,ISI明显下降(P<0.05);与DM.C组比较,DM.T组血糖水平明显下降(P<O.05),胰岛素水平,ISI明显升高(P<o.05)。(见表4)表410周时各组大鼠血糖,胰岛素水平及胰岛素敏感性比较注:与NC组比较,’P<0.05;与DM—C组比较,“P<0.051.2.5各组大鼠血脂的比较与NC比较,DM.C组、DM.T大鼠血清TC、TG、LDL水平明显升高(P<0.05),HDL水平明显下降(P<O.05);与DM。C组比较,DM.T组血清TC、TG、LDL水平明显下降(P<0.05),HDL水平明显升高(P<O.05)。表510周时各组大鼠血脂的比较(X±S)(见表5)注:与NC组比较,+P<0.05;与DM—C组比较,。P<0.051.2.6大鼠脂肪组织AMPK和PPARYmRNA的表达与DM—C组比较,DM.T组AMPK与PPARl,mRNA表达水平均显著升高(P<O.05)(见表6)12一、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、天津医科大学博士学位论文糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响PPAR丫及表610周时大鼠脂肪组织AMPK和PPARI,mRNA的2也△cT值(i±s)注:与NC组比较,’P<0.01:与DM.C组比较,・P<0.01—.。.。..。.。.。.。..,.,..。.....。.。。.。..。.,。.。.!;:!:!:j!i:。。......。...。.。.。.。........。一—..j图4AMPK、PPART及GADPH的扩增曲线此图由左至右的9条S状抛物线依次是DM.T组GADPH,DM.C组GADPH,NC组GADPH的扩增曲线,DM.T组PPAIⅥ,DM。C组PPART,DM.T组AMPK的扩增曲线,NC组AMPK,DM.C组AMPK,NC组PPAR'/的扩增曲线,CT值均<30,均阳性,抛物线平滑,基线平坦,并经指数扩增期依次达平台期。由于反应体系中eDNA原始浓度不一致,DM.T组与NC组起始浓度大致相似,DM.T组与NC组CT值也相差不大,DM.C组起跳循环数(CT值)相对小,与起始浓度相对高有关。1.3讨论~、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPAR7及天津医科大学博士学位论文糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响本次实验通过小剂量STZ联合高脂饮食制备2型糖尿病大鼠模型,有一定的理论基础,STZ小剂量注射可选择性的致使胰岛p细胞损伤,同时对大鼠其他组织器官副作用小,大鼠存活率较高。联合配以高脂饮食可诱导胰岛素抵抗四1。二者结合诱导胰岛B细胞受损,同时大鼠出现胰岛素抵抗,是目前国内外常用而且肯定的制备糖尿病大鼠模型的方法。本实验采用高脂饮食联合腹腔注射小剂量STZ的方法制备2型糖尿病模型,高脂饮食4周大鼠体重明显高于普通饲料喂养组,说明大鼠肥胖,胰岛素抵抗明显。2型糖尿病模型大鼠血清TC、TG、LDL水平明显升高,HDL水平明显下降,出现了脂代谢紊乱,与2型糖尿病典型的血脂谱表现为高TG血症,接近正常的LDL—C水平,HDL.C水平降低,小而密的LDL.C水平升高【l3】相符。胰岛素水平下降显示胰岛13细胞受损。现已证实脂代谢紊乱可引起或加重胰岛素抵抗和胰岛13细胞功能障碍,启动或促进2型糖尿病的发病,也就是“脂毒性”学说¨∞。2型糖尿病脂代谢异常常伴胰岛素抵抗,其发生可能在糖代谢紊乱之前…1,有人认为血TG升高是胰岛素抵抗存在的早期表现,最后形成糖脂代谢恶性循环。因此,降糖治疗的同时需要调脂治疗。近年来医学界各领域对脂肪组织的理解已经由单纯的能量储存器官,延伸成为一个及其重要的内分泌及代谢系统,具有多种分泌功能,脂肪组织是人体内最大的内分泌器官,可分泌多种影响脂肪细胞胰岛素信号转导的细胞因子¨2’B’¨1。许多我们熟知或陌生的脂肪细胞凶子(Adipocytokines)及蛋白质凶子等多种生物活性物质,参与多种病理生理过程,影响多组织器官功能,如肿瘤坏死因子(TNF.u),脂联素(adiponectin)等。另外,某些因子如:PPAR.S,AMPK等也在脂肪组织表达,所以机体一定量的脂肪组织缺之不可。本实验旨在研究二甲双胍对脂肪组织产生的AMPK及PPARy的影响,及其对糖脂代谢,胰岛素敏感性的调节,进而指导2型糖尿病及其并发症的防治。二甲双胍自上世纪50年代正式上市以来,已有50多年的临床应用历史,它的有效地降血糖作用已得到肯定,同时其潜在的调节血脂,改善胰岛素敏感性及预防糖尿病进展降低大血管并发症的作用也备受关注。本实验证明二甲双胍降糖降脂及增加胰岛素敏感性的机制之一是通过对脂肪组织AMPK及PPAR7mRNA的表达的上调。二甲双胍对2型糖尿病肥胖患者的有明显的降低体重的作用,已被推荐为糖尿病肥胖患者降糖治疗的一线用药。多年前国外就已将二甲双胍口服联合饮食天津医科大学博士学位论文糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响~、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPA聊及控制作为一种减肥方法。主要与其降低食欲,抑制葡萄糖吸收有关,而本次实验结果显示DM.T组大鼠较DM.C组大鼠体重下降幅度降低,分析其可能的机制有①与二甲双胍降低糖尿病大鼠血糖,增加糖原供能,减少脂肪,蛋白质消耗有关。②激活AMPK有关,尤其是AMPKa2,有文献记载脂肪组织的合成和代谢主要是通过AMPKa2起作用的¨卯。@PPAR7的激活有利于能量的正平衡,产生ATP和脂肪以储存,诱导机体脂肪合成¨扒171。本实验显示经二甲双胍治疗组2型糖尿病大鼠体重及肾周睾周脂肪重量均较2型糖尿病大鼠有所增加,表明二甲双胍在促进非脂肪组织脂质氧化,降低非脂肪组织TG的堆积的同时,有抑制血糖过高引起的脂肪细胞的脂解的作用。这一作用与二甲双胍增加脂肪组织AMPK的表达水平,抗脂肪分解作用增强,减少脂毒性的作用有关。也与二甲双胍增加脂肪组织PPAR7的表达水平,PPA脚的激活促进白色脂肪组织的分化,可减少肥大脂肪细胞数量,增加小脂肪细胞的数量有关‘181。二甲双胍的降血糖机制主要是增加外周组织肌肉,脂肪等对葡萄糖的摄取,通过抑制糖原异生和糖原分解,降低过高的肝葡萄糖输出。已有研究显示AMPK及PPAR7在降低过高的血糖水平,调节机体能量平衡方面具有异曲同工之处。AMPK激活的降糖机制,可通过促进骨骼肌葡萄糖转运子(GLUT)4的表达及转位使葡萄糖摄取增加,并可抑制肝糖原的输出。已有研究发现■甲双胍激活AMPK的分子机制与AMPKa2的172位点苏氨酸磷酸化增加有关,而且不影响AMPKal和AMPKa2的活性,不影响AMP/ATP的比例,由此可见二甲双胍是一类新型的AMPK激活剂,有望得到更广阔的应用。PPAR7主要表达于脂肪组织,是一类以配体激活的方式发挥生物学效应的因子,PPAR7的激活可促进葡萄糖转运子GLUl,GLU2,GLU4的表达,从而增强组织对葡萄糖的摄取,利用与肝糖原的合成从而改善糖代谢。本实验发现二甲双胍上调脂肪组织PPARlrmRNA的表达,双胍类与PPAR7的激活之间的具体机制尚不明确,有文献记载AMPK可以激活多种转录因子,尤其需要指出的是可以激活过氧化物酶体增殖物激活受体PPARa,而且是通过PPA脚共激活子la(PGCla)介导完成的,提示二甲双胍对PPAR7的活化是通过先激活AMPK间接激活的。二甲双胍是常用的降血糖药物,除具有独立于降糖作用之外的调脂益处。可以中等程度地降低T2DM患者TG‘191。本研究显示二甲双胍治疗4周,糖尿病大鼠血清HDL.C水平显著增高;血清TC、TG、LDL水平显著降低,糖尿病天津医科大学博士学位论文一、二甲双胍对糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPAR丫及糖脂代谢、胰岛素敏感性的影响大鼠的脂代谢紊乱明显改善。二甲双胍改善脂代谢的机制尚未清楚。此次实验发现二甲双胍治疗组的糖尿病模型大鼠脂肪组织AMPK及PPAR一、/mRNA含量增加,提示脂肪组织活化的AMPK及PPAR,/抑制脂肪和胆固醇的合成,增加游离脂肪酸的氧化,降低游离脂肪酸浓度,减少脂质在外周组织的沉积,改善脂代谢紊乱方面有重要作用。PPARl,通过诱导脂肪细胞的凋亡及脂肪细胞的分化而调控脂肪组织的量,AMPK通过增加脂肪酸氧化、葡萄糖摄取以及促进GLUT4转运等来改善胰岛素抵抗。本实验显示经二甲双胍治疗的2型糖尿病大鼠脂肪组织AMPK及PPARymRNA含量明显增加,表明二甲双胍可能通过增加脂肪组织AMPK及PPARsmRNA表达来调节脂质代谢平衡,改善胰岛素敏感性。胰岛素抵抗贯穿糖尿病的始终,改善胰岛素抵抗对2型糖尿病及其并发症的防治具有重要意义。二甲双胍可以通过提高脂肪组织及其他外周组织对葡萄糖的转运率,抑制糖异生,促进肝糖原的合成来增加胰岛素敏感性,其具体机制之一是通过上调脂肪组织活化的AMPK及PPARl,mRNA的含量,调节糖脂代谢,减少脂毒性以改善胰岛素抵抗的。AMPK、PPAR丫及其信号通路已成为治疗2型糖尿病胰岛素抵抗的新靶点,但是具体机制的探讨需要更深入的研究,同时该通路对心血管系统,神经系统,胰岛细胞的影响,细胞凋亡等方面的研究需要扩展,我们也需意识N-甲双胍用于临床的局限性,提高此靶点的组织选择性也是日趋解决的问题。1.4小结l、糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPARYmRNA水平下降。2、二甲双胍上调2型糖尿病大鼠脂肪组织AMPK、PPARymRNA的水平。3、二甲双胍改善2型糖尿病大鼠糖、脂代谢异常,增加胰岛素敏感性。4、二甲双胍可能通过上调2型糖尿病大鼠脂肪组织AMPK及PPAR7’mRNA的水平,调节机体糖、脂代谢,增加胰岛素敏感性。天津医科大学博士学位论文二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3.L1细胞AMPK、PPA脚的影响二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3一L1细胞础汩K、PPARy的影响本部分研究使用3T3.L1细胞由美国国立卫生院(NationalInstitutesofHealth,NIH)建立的体外肥胖细胞系,该细胞是来源于小鼠成纤维细胞的前脂肪细胞。近年在国际上常将3T3.L1前脂肪细胞用于体外胰岛素抵抗方面的研究。本部分实验拟以3T3.L1J]旨肪细胞为研究对象,探讨使用地塞米松建立体外胰岛素抵抗模型中,AMPK、PPAR7、GULT4的表达的情况,并观察二甲双胍对其表达及改善胰岛素敏感性的作用。2.1对象和方法2.1.1实验材料2.1.1.1细胞小鼠前脂肪细胞(3T3.L1):天津血液病研究所惠赠。2.1.1.2实验主要试剂与药品(1)DMEM高糖培养基:赛默飞世尔生物化学制品有限公司;批号:NVH0303(2)国产胎牛血清:北京元亨金马生物技术开发有限公司:LotNo:100702(3)胰蛋白酶(1:250):美国GIBCO公司(4)牛血清白蛋白(BSA):美国Sigma公司(5)地塞米松:美国Sigma公司(6)3.异丁基.1.甲基黄嘌呤(IBMX):美国Sigma公司(7)盐酸二甲双胍:中美上海施贵宝制药有限公司(8)胰岛素(诺和灵R):丹麦NovoNordisk公司(9)二甲基亚砜:美国Sigma公司(10)Trizol:美国invitrogen公司(11)DEPC:BioBasicInc(Canada)公司(12)无水乙醇:上海鑫达精细化工有限公司(13)异丙醇:天津科密欧化学试剂开发中心(14)氯仿:天津科密欧化学试剂开发中心(15)油红O:美国Sigma公司(16)荧光定量PCR试剂盒:上海生工生物工程技术服务有限公司天津医科大学博士学位论文二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3-L1细胞AMPK、PPARy的影响(17)葡萄糖测定试剂盒.氧化酶法:购自盛科博源公司(18)其他常规试剂均由华北煤炭医学院中心实验室提供2。1.1.3实验主要仪器设备3336型二氧化碳培育箱倒置相差显微镜UFX.ILA超净工作台自动双重纯水蒸馏器SZ一93台式灭菌器TMD.J.2540RT6000型高速冷冻离心机低速平衡离心机BX.41型光学显微镜202.2型电热干燥箱超低温冰箱电热恒温水浴箱空气浴振荡器HZQ.C电子天平JA2003BIO.RADFormascientificcompanyNIKONFormascientificcompany上海亚荣生化仪器厂山东新华医疗器械股份有限公司Sorvall北京医学离心机厂日本OLYMPUS上海市第二五金厂Sybron北京长安科学仪器厂哈尔滨东联电子技术开发有限公司上海精密天平美国Bio.RadCorbettResearch公司Model550酶标仪Rotor-Gene荧光定量PCR仪2.1.2主要试剂的配置:(1)双抗溶液:取青霉素钠盐100万U、链霉素19溶于100ml超纯水中,终浓度为每毫升溶液含青霉素1万U、链霉素1万斗g,0.22“m滤器过滤分装,.20"C保存。(2)DMEM完全培养基:每100mlDMEM高糖培养基中加双抗lml,4"C保存,临用时加15%胎牛血清,一周内用完。(3)IBMX(3.异丁基.1.甲基黄嘌呤)溶液:IBMX分子量为222.24。称取11.1mgIBMX,加入lml无水乙醇,混匀为储存液,一20℃保存。诱导时每100ml培养液加lml储存液。(4)胰岛素溶液:诺和灵R为瓶装注射液(400IU/10ml,1IUjfH当于0.035mg胰岛素),分子量为5808。分装后40C保存。诱导时每100ml培养液)'JIJ714ul储存液。(5)地塞米松溶液:地塞米松分子量为392.46。称取lmg地塞米松,加入1274“1天津医科大学博士学位论文塞米松诱导的3T3.L1细胞AMPK、PPARY的影响二、二甲双胍对地无水乙醇,混匀为储存液,过滤后一20℃保存,诱导时每100ml培养液力n50ul储存液。(6)盐酸二甲双胍溶液:盐酸二甲双胍分子量为165.63。称取盐酸二甲双胍粉2.59,溶于15ml-二基亚砜,加入超纯水定容至总体积150ml,混匀为储存液,过滤分装后4"C保存。终浓度为100mM。(7)油红O染液:0.259油红O]H/X.100ml异丙醇,56。C助溶1h,冷却后,过滤作为储存液,使用时,取6份上述储存液,加4份ddH20混匀,静置10min,即为使用液。(8)I型胶原酶:取100mgI型胶原酶充分溶解于100mlPBS缓冲液中,再称取19牛血清白蛋白溶于上述缓冲液中,最终配成0.1%的I型胶原酶。(9)10%多聚甲醛固定液:40%1尹醛10mlJJH入90mlddH20,再加入氯化钙19,调PH为7.0。(10)PBS见下表7。表7NaClPBS:PH7.2.7.4890.291.4490.291000m1KClNaEHP04KH2P04加双蒸水定容至(11)4%多聚甲醛:称取809多聚甲醛,充分溶解溶于2000mlPBS缓冲液中。2.1.3实验方法2.1.3.13T3-L1细胞的体外扩增及鉴定2.1.3.1.1体外扩增、培养将小鼠前脂肪细胞(3T3.L1),放于培养基中,培养基采用含15%胎牛血清、1%的双抗的DMEM培养液,于37。C,5%C02的孵育箱内贴壁法培养,细胞接近80%.90%融合时,进行传代培养,弃去原有培养基,PBS轻柔冲洗两次,用0.25%胰酶消化,镜下观察细胞如流沙样飘落,即用DMEM完全培养液终止消化,反复吹打,按1:3传代,以后每2天换液一次,待细胞长满瓶底后,如上法传代培养。天津医科大学博士学位论文塞米松诱导的3T3-L1细胞AMPK、PPARv的影响二、二甲双胍对地2.3.1.1.2诱导为成熟脂肪细胞传至第三代细胞状态良好时加入含O.5mmol/L3一异丁基.1.甲基黄嘌呤(IBMX)、10}Lg/mL胰岛素、1/amol/L地塞米松15%d、牛血清的DMEM高糖培养基培养48h,之后换以含10}tg/mL胰岛素的培养基再培养48h,随后以15%d、牛血清的DMEM高糖培养基继续培养,2天换培养液1次,诱导分化8~12天的3T3。L1细胞,80%一--90%以上呈脂肪细胞表型可用于试验。分别取第0天,第5天,第10天于显微镜下观察照相。2.3.1.1.33T3-L1脂肪细胞鉴定油红0染色步骤:运用油红O染色证明前脂肪细胞诱导成为成熟脂肪细胞。(1)轻缓的用加样器弃去培养基(2)PBS漂洗1次(3)加10%多聚甲醛固定30分钟(4);[111油红O染色30分钟(6)用60%异丙醇漂洗脱色,除去多余的染料(7)淡苏木素复染1分钟,PBS漂洗,自来水浸泡30分钟(8)甘油明胶封片(9)显微镜下观察2.1.3.23T3-L1脂肪细胞胰岛素抵抗模型的建立及药物处理将分化成熟的3T3.L1脂肪细胞分为空白对照组、模型对照组、0.1mM二甲双胍组、0.5mM二甲双胍组、1.0mM二甲双胍组。空白对照组加入等体积细胞培养液。模型对照组与二甲双胍组每孔加19mol/L地塞米松诱导胰岛素抵抗。当细胞胰岛素抵抗达最佳状态时,各加药组每孔再加入相应浓度二甲双胍处理48h。加1lxmol/L地塞米松诱导胰岛素抵抗(根据AnilKumarKL等人)的方法成功的将3T3。L1诱导成为成熟脂肪细胞,每2d换1次液,取上清液,以培养基中的葡萄糖的消耗量反映胰岛素抵抗的程度。在药物处理48h后检测培养基中葡萄糖含量(采用葡萄糖试剂盒检测培养基上清葡萄糖含量GOD—POD法)及细胞中AMPK、PPAav、GLUT4mRNA水平(采用RT-PCR)法。2.1.3.3葡萄糖的测定:天津医科大学博士学位论文塞米松诱导的3T3一L1细胞AMPK、PPAR?的影响二、二甲双胍对地分别取每组的上清液lml置于Eppendorf管中,高速离心4"C,10分钟,并于.20"C冰箱中保存待测。按照葡萄糖测定试剂盒说明配置工作液及标准品,分别向空白管,标准管,测定管中加入1951al工作液,向空白管加入蒸馏水5¨1,标准管加入5“l标准品,测定管加入5p,1细胞上清液,入96孔板内,用酶标仪进行血糖测定。绘制标准曲线,计算葡萄糖的浓度。收集各组细胞上清液,用葡萄糖氧化酶法测定上清液中的葡萄糖含量,以未接种细胞空白复孔葡萄糖含量均值相减,得出各孔细胞的葡萄糖消耗量。2.1.3.4提取RNA的步骤:(1)移液器吸取PBS液冲洗细胞3次,甩干;(2)每瓶细胞加入lmlTrizol裂解液,冰上剧烈震荡摇匀10分钟,吸入1.5mlEppendorf管中;(3)每Eppendorf管中加入0.2ml氯仿,上下颠倒混匀15秒,高速离心,4"C,12000转/分,15分钟;(4)吸取Eppendorf管中的上清液,加入到另一Eppendorf管中,再加入0.5ml异丙醇,上下混匀,放入.20℃沉淀1小时:(5)配制75%L醇,7501xl的无水乙醇加入250I.tl的DEPC水,放入1.5mlEppendorf管中,置于冰上;(6)沉淀后的Eppendorf管高速离心(4℃,12000转/分,10分钟),弃上清,可见白色沉淀,即为RNA;(7)}31:1入75%乙醇lml混匀,高速离心(4℃,8000转/分,5分钟),弃上清,倒置用加样器将壁上的液体吸干净,在超净台内的冰袋上开口放一会,干燥RNA。(8)加入DEPC水20}tl,混匀,.80。C保存。2.1.3.5ReaItimePOR荧光定量检测方法逆转录反应:在生物安全柜内,冰上操作,依次加入如下试剂盒内1.5标记的试剂,DEPC水稀释好的RNA:41xl;5×PrimeScriptMixl:0.5l,tl:OligodTBuffer:2p,1:PrimeScript6RTEnzymePrimer(50p,M)x1:O.5lxl;Randommers(100p,M)×1:0.5p,1;RnaseFreedH20:2.5弘1至各PCR小管中,放入PCR仪,逆转录按照如下步骤进天津医科大学博士学位论文塞米松诱导的3T3.L1细胞AMPK、PPAR),的影响二、二甲双胍对地行:30℃10min_42"C30min_99"C5min_5℃5min。ReaItimePOR荧光定量检测基因表达:AMPK引物:上游:5’—』CCTTTACCACGGTTGATTTCTC一3’下游:5’—。CAGGCTCTACTr】_,rGATCGCAC卜3’PPAR]t引物:上游:5’——G1-~CTGTCGGTTTCAGAAGTGCC一3’下游:5’——TCCGCCAACAGCTTCTCCT.一3’GLUT4引物:上游:5’—_TCTCGGTGCTCTTAGTAG—.3’下游:5’——CCAATCTCAAAGAAGGCCACAAA一3’GAPDH引物:上游:5’—GGTGAAGGTCGGTGTGAAC(}一3’—F游:5’—GCTCCTGGAAGATGGTGATG(}一3’在生物安全柜内,冰上操作,取RealtimePCR专用的小管,25I_tl的PCR体系中加入各样黼cDNA2}tl;上卜.游引物各llal;DEPC水8.5川;SYBR用专用膜封VI后,使刚Rotor-Gene3000型PCR仪进行real条件进行扩增:PremixTaq12.5p.I。快速混匀,timePCR,按照表8所示的循环表8realtimePCR反应体系2.1.4统计学处理22天津医科大学博士学位论文二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3-L1细胞AMPK、PPA聊的影响Excel建库,将所有数据输入计算机,计量资料以均数士标准差(x士s)表示,所有数据采用SPSSll.5统计软件包进行统计学分析,组间差异的统计学比较采用单因素方差分析(One.WayANOVA),组间两两比较方差齐同用LSD法,方差不齐用Tamhane法。P<0.05表示差异有统计学意义。2.2结果2.2.13T3-L1前脂肪细胞的诱导分化及鉴定:未经诱导分化的3T3.L1前脂肪细胞系成纤维细胞,呈梭形,胞浆透明,胞核可见,胞内无脂滴(图5)。经1.甲基.3.异丁基.黄嘌呤、地塞米松、胰岛素诱导分化第5天,细胞形态变圆、体积增大,细胞内开始出现少量脂肪小滴(图6)。诱导分化第10天细胞变圆变亮,细胞中大量圆形脂肪滴聚集在细胞核周围,呈典型的脂肪细胞形态,称为3"I"3--L1脂肪细胞(图7)。经油红O染色,可见细胞质内脂肪滴被染成红色,细胞核呈蓝色(图8)。图5未诱导分化的3T3-L1前脂肪细胞(×100)天津医科大学博士学位论文二、二甲双胍对地塞米松诱导的31"3.L1细胞AMPK、PPA聊的影响图63T3-L1脂肪细胞诱导分化第5天(X100)图73T3-L1脂肪细胞诱导分化第10天(X100)24天津医科大学博士学位论文塞米松诱导的3T3一L1细胞AMPK、PPAR7的影响二、二甲双胍对地图83T3-L1脂肪细胞诱导分化第10天,油红O染色(×200)2.2.23T3_L1胰岛素抵抗细胞模型的建立3T3。L1脂肪细胞诱导分化成熟后,给予地塞米松作用,分别测48h,96h,144h空白组及模型组细胞培养上清葡萄糖浓度,各点模型组葡萄糖浓度高于空白组(P<0.05),用模型组葡萄糖浓度与空白组葡萄糖浓度的差值反映细胞胰岛素抵抗,可见96h差值显著高于48h及144h(P<0.05),证实96h胰岛素抵抗达最佳。见表9和图9。表9地塞米松作用后不同时间细胞上清葡萄糖浓度(OD值)注:#与模型组比较P<0.05;-k与48h比较P<0.05;A与144h比较P<0.05天津医科大学博士学位论文二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3-L1细胞AMPK、PPAR'/的影响图9地塞米松作用48h、96h、144h后各组葡萄糖差值图10模型组与空白组葡萄糖含量2.2.3二甲双胍作用于胰岛素抵抗细胞后葡萄糖浓度测定胰岛素抵抗模型诱导成功后,加入不同浓度的二甲双胍共同培养48h,同时设空白组,模型组,测得细胞培养上清葡萄糖含量如表10和图11。从表10可知,二甲双胍呈剂量依赖性地抑制3T3.L1细胞培养上清葡萄糖的浓度(P<O.05),且O.5mM和1.0mM二甲双胍的抑制作用基本相似(P>O.05)。26天津医科大学博士学位论文二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3.L1细胞AMPK、PPA聊的影响表10不同浓度二甲双胍对3T3.L1细胞培养上清葡萄糖浓度的影响(OD值)n葡萄糖浓度O.8778士0.0033空白组6模型组二甲双胍0.1mM二甲双胍0.5mM二甲双胍lmM66661.5390士0.0024#1.1785士0.0019★0.9418士0.0028★0.9400士0.0024★△注:★与模型组比较P<0.05;△与双胍0.5组比较P>0.05:#与空白组比较P<0.05图11不同浓度二甲双胍作用48h后各组上清葡萄糖OD值水平2.2.4RealtimeRT-PCR结果2.2.4.1扩增曲线见图12。此图由左至右的曲线依次是各组GAPDH、AMPK、PPARY、GLUT4因子的S形扩增曲线。CT值均<30,均阳性,抛物线平滑,基线平坦,并经指数扩增期依次达平台期。由图可见AMPK、PPARy的相对各组起跳循环数相差不大。采用双标准曲线法定量并进行统计学比较。F值=(待测组目的基因拷贝数.待测组管家基因拷贝数)/(正常组目的基因拷贝数.正常组管家基因拷贝数)天津医科大学博士学位论文二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3.L1细胞AMPK、PPA脚的影响图12所有样本均可见S形扩增曲2.2.4.2熔解曲线分析各检测基因扩增产物均可见明显单一波峰,无明显杂峰。28天津医科大学博士学位论文二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3.L1细胞AMPK、PPA聊的影响图14AMPK溶解曲线图15PPARl,溶解曲线天津医科大学博士学位论文二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3.L1细胞AMPK、PPA聊的影响图16GAPDH溶解曲线2.2.4.3定量分析(1)AMPK各组基因转录水平比较体外培养的3T3.L1细胞胰岛素抵抗成功后,加入不同浓度的二甲双胍共同培养48h,同时设空白组,模型组,AMPK表达情况如表11、图17所示。由表11可知,胰岛素抵抗模型组AMPK表达下降(P<0.05),二甲双胍可以剂量依赖性上调AMPK(P<0.05),其中O.5mM组与lmM组差异无显著性(P>0.05),见表11,图17。表11不同浓度二甲双胍作用48h对3T3.L1细胞AMPK表达的影响注:★与空白组及模型组比较P<0.05;▲与双胍1组比较P>0.05;a与空白组比较P<0.05天津医科大学博士学位论文二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3-L1细胞AMPK、PPA脚的影响图17不同浓度二甲双胍干预48h后各组AMPKmRNA水平(2)PPA研各组基因转录水平比较体外培养的3T3。L1细胞胰岛素抵抗成功后,加入不同浓度的二甲双胍共同培养48h,同时设空白组,模型组,PPAR,/表达情况如表12、图18所示。由表2.5可知,胰岛素抵抗模型组PPAR"/表达较空白组下降(P<O.05),二甲双胍可以剂量依赖性上调PPAR),(P<0.05),其中0.5mM组与lmM组差异无显著性(P>O.05),见表12图18。表12不同浓度二甲双胍作用48h对3T3一L1细胞PPAR7表达的影响注:★与模型组比较P<0.05;▲与双胍1组比较P>0.05;A与空白组比较P<0.05天津医科大学博士学位论文二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3-L1细胞AMPK、PPA脚的影响图18不同浓度二甲双胍干预48h后各组PPARl'mRNA水平(3)GLUT4各组基因转录水平比较体外培养的3T3一L1细胞胰岛素抵抗成功后,加入不同浓度的二甲双胍共同培养48h,同时设空白组,模型组,GLUT4表达情况如表13、图18所示。由表2.6可知,胰岛素抵抗模型组GLUT4表达较空白组下降(P<O.05),二甲双胍可以剂量依赖性上调GLUT4(P<0.05),其中0.5raM组、lmM组与模型组显著升高,其中O.1mM、0.5mM组与lmM组差异无显著性(P>0.05),见表13,图19。表13不同浓度二甲双胍作用48h对3T3一L1细胞GLUT4mRNA的影响注:★与模型组比较P<0.05;/X与空白组比较P<0.0532天津医科大学博士学位论文二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3-L1细胞AMPK、PPA聊的影响图19不同浓度二甲双胍干预48h后各组GLUT4mRNA水平2.3讨论糖尿病发病率逐年增高,糖尿病并发症严重影响病人类生活质量。大量研究表明,糖尿病患者qb90%以上是2型糖尿病。目前普遍认为胰岛素抵抗以及B细胞功能缺陷是2型糖尿病两个重要的发病环节。胰岛素抵抗(InsulinResistance,m)是一种生理和病理状态,即指正常或高于正常浓度的胰岛素只能起到低于正常的生物效应,或者需要超量的胰岛素才能引起正常量反应的一种状态,常伴有高胰岛素血症。胰岛素的靶组织(脂肪、肌肉、肝脏、心血管等)对胰岛素的敏感性下降或丧失将产生一系列病理变化和临床症状120。。胰岛素抵抗有着复杂的遗传和环境因素。不同生理、病理状态下所产生的胰岛素抵抗,其机理不尽相同。但各种胰岛素抵抗均与胰岛素靶组织在细胞、受体、受体后和分子水平的结构与功能缺陷以及胰岛素作用调控激素异常等环节的障碍有关嘲【211。脂肪细胞缺陷产生胰岛素抵抗的机理是新近最活跃的研究领域之一。脂肪细胞的缺陷在大体上首先表现在脂肪分布部位的异常,特别是腹部内脏脂肪如网膜脂肪及其他脏器脂肪的堆积。目前认为,腹部内脏脂肪较皮下脂肪在引起胰岛素抵抗方面更为重要122,23J。其次是脂肪细胞肥大,即脂肪细胞体积增大。脂肪细胞肥大在引起胰岛素抵抗方面较脂肪细胞数量的增多又更为重要。而腹部内脏脂肪及肥大的脂肪细胞诱导胰岛素抵抗的机制又和脂肪细胞分泌的脂肪因子关系密切124J。天津医科大学博士学位论文塞米松诱导的3T3.L1细胞AMPK、PPAR7的影响二、二甲双胍对地脂肪组织糖代谢紊乱是胰岛素抵抗的最显著特点之一。由于人体及动物实验的局限性,目前很多关于脂肪组织糖代谢的研究都是在体外脂肪细胞上进行,但在具体研究对象的选择上不尽相同:有来源于鼠的前脂肪细胞株如13T3.L1【251、3T3一F442A[261、obl7127】等,非糖尿病患者的脂肪细胞离体培养【2钔,正常大鼠、小鼠的原代脂肪细胞【29】等。本实验采用3T3.L1前脂肪细胞,3T3.L1前脂肪细胞生存分化能力强,诱导成脂肪细胞的方法成熟,在分化过程中,细胞先达到接触生长抑制,处于生长周期的G0期,其后在诱导剂的作用下分化成为脂肪细胞。分化成熟的细胞具有脂肪细胞的形态和生理特征,表达胰岛素的受体等多种蛋白,其对胰岛素敏感性表现为胰岛素刺激状态下的葡萄糖转运能力的增加,广泛应用于糖脂代谢和脂肪细胞分化、分泌功能方面的研究。本实验参考BrentCl30]的方法,采用目前广泛应用的“鸡尾酒法”对3T3.L1前脂肪细胞株进行诱导分化,所应用的诱导剂为1一甲基.3.异丁基.黄嘌呤、地塞米松和胰岛素。体外制造脂肪细胞胰岛素抵抗的方法很多,除地塞米松孵育外,还有很多其他方法,如高糖培养、高胰岛素培养等。地塞米松诱导胰岛素抵抗所需的时间比较短,一般2-4天即可完成。本实验观察到,地塞米松作用于3T3。L1脂肪细胞,可明显抑制细胞对培养基中葡萄糖的摄取,同时降低葡萄糖转运子GLUT4的mRNA水平。此外,地塞米松还可使脂肪细胞胰岛素受体(INSR)酪氨酸激酶活性降低,同时减低胰岛素受体底物与胰岛素受体结合能力,胰岛素受体底物.1(InsulinReceptorSubstrate.1,IRS.1)合成减少,阻碍胰岛素受体及受体机制介导的信号转导,进而产生胰岛素抵抗。由上述可见,地塞米松诱导的3T3.L1脂肪细胞体外胰岛素抵抗模型较好的模拟了体内胰岛素抵抗的状态,并且较好的排除了脂毒性等代谢因素的影响,减低了众多脂肪因子的干扰,为本研究提供理想模型。本研究参考TumbowMA【25】等人的方法成功的将3T3.L1诱导成为成熟脂肪细胞,并使用地塞米松建立体外细胞抵抗模型,结果脂肪细胞GLUT4mRNA水平降低,培养基中残余葡萄糖量增多,与国内外其他实验结果一致,并使用GOP.DOP方法通过检测葡萄糖摄取量的变化而鉴定模型由此说明,我们的体外抵抗模型的建立是成功的。在3T3.L1脂肪细胞完全分化成熟后对细胞进行实验分组,在加入干预药物前对细胞进行同步化处理,并在实验中设置对照组,从而避免了诱导剂中的地塞米松对实验结果的干扰。用地塞米松处理3T3.L1/]旨肪细胞,形成胰岛素抵抗,并采用临床糖检测试剂盒GOD.POD法来诊断抵抗,此法更接近临床糖天津医科大学博士学位论文二、二甲双胍对地塞米松诱导的3T3.L1细胞AMPK、PPA脚的影响尿病糖检测手段,优越性明显。在48---144h内检测脂肪细胞胰岛素抵抗的动态变化。随着地塞米松作用时间的延长,与空白组比较,模型组的细胞培养基上清葡萄糖含量逐渐增高,在地塞米松作用96h(第4d),模型组与空白组的葡萄糖差值最高,表明此时为胰岛素抵抗的最佳状态。给予二甲双胍干预48小时后,随二甲双胍浓度的增加,培养基中的葡萄糖含量逐渐减低,葡萄糖摄取率逐渐增加,其中以0.05M及1M-甲双胍作用最强,表明二甲双胍呈剂量依赖性促进脂肪细胞摄取葡萄糖。腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是一种重要的代谢应激蛋白激酶,AMPK被活化后可以增强葡萄糖摄取,脂肪酸氧化,减少葡萄糖,甘油三酯,胆固醇,调节机体能量平衡,素有细胞“能量感受器”之称。大量研究显示二甲双胍类降糖药可以激活骨骼肌,肝脏的AMPK,提示AMPK信号及其传导通路可在调节脂质代谢紊乱中发挥了巨大作用。AMPK的活化在机体的能量代谢平衡中发挥重要作用。在肝脏,AMPK的活化可抑制葡萄糖和脂质的合成,促进脂质氧化;在骨骼肌,AMPK的活化可增加葡萄糖摄取和脂肪酸氧化,促进线粒体生物合成;在脂肪组织,AMPK的活化可减少脂质生成,抑制脂解作用,抑制前体脂肪细胞向成熟脂肪细胞分化。这些作用降低了循环中葡萄糖和脂肪酸的水平,减少了脂质异位堆积,从而使胰岛素敏感性增加。葡萄糖进入脂肪细胞内是一种易化扩敞过程,需要细胞膜上匍萄糖转运子(glucosetransporter,Glut)的直接参与。目前在哺乳动物组织中已经有15个分别由不同的基因编码的葡萄糖转运体蛋白被确定,葡萄糖转运体蛋白家族的肽骨架都含有12个跨膜区域,6个胞外环和5个胞内环【311。每一种糖转运蛋白在组织、细胞中的分布及动力学性质都不同。脂肪细胞主要表达GLUTl和GLUT4,人与大鼠的GLUTl和GLUT4具有高度序列保守性,分别有97.6%和95.3%的序列相同。显示在生物进化过程中,GLUTl和GLUT4保持着重要的葡萄糖转运功能【321。与Chul33】在3T3.L1脂肪细胞中的研究结果相同。GLUT4仅表达于胰岛素敏感的脂肪细胞(如白色及褐色脂肪)和肌肉细胞(如骨胳肌和心肌)中,其中褐色脂肪中含量最高。基础状态下90%以上的GLUT4储存在胞浆内一类特异的小管一囊泡结构中,这类结构被称为GLUT4储存囊泡(GSV),只有少数位于细胞外膜上。GLUT4易位涉及多个信号转导途径,如胰岛素信号转导途径和蛋白激酶(AMPK)途径。AMPK途径不经过胰岛素信号转导途径,是运动、缺氧等因素使天津医科大学博士学位论文塞米松诱导的3T3.L1细胞AMPK、PPAR-丫的影响二、二甲双胍对地GLUT4易位到细胞膜上的主要机制K341。一旦GLUT4转移至细胞外,而葡萄糖便顺着GLUT4的亲水性中央通道进入细胞,完成葡萄糖的摄取与转运【35】。GLUT4表达和功能的障碍是导致脂肪细胞糖代谢异常、引发胰岛素抵抗的重要因素。GLUT4基因敲除杂合子GLUT4“.老鼠出现血糖升高、胰岛素抵抗综合征,而重新引入GLUT4基因可以恢复整体胰岛素的活性1361。Garvey[37】研究发现,肥胖患者葡萄糖转运率下降20%"--30%,其脂肪细胞中GLUT4含量比消瘦者减少了40%。肥胖患者胰岛素抵抗可能源于细胞GLUT4数量减少。2型糖尿病患者在受最大刺激后的葡萄糖转运率下降56%,脂肪细胞中GLUT4减少更为严重,存在GLUT4分布及转位异常。Abel[38J等通过选择性降低小鼠脂肪组织GLUT4表达,发现尽管小鼠肌肉GLUT4表达正常,但胰岛素刺激的葡萄糖摄取能力降低约40%,同时肌肉和肝脏的胰岛素刺激性一羟基磷酸肌醇激酶活性也比正常低50%---'60%。提示脂肪细胞GLUT4表达水平的下降可诱导其它组织的胰岛素抵抗,脂肪组织GLUT4在介导体内葡萄糖处理,维持胰岛素敏感性中具有独特作用。PPAR丫对糖代谢的调节主要是通过增加外周组织对胰岛素的敏感,从而改善胰岛素抵抗。在肌肉中葡萄糖和脂肪酸作为能量供给时相互竞争,结果,脂肪酸水平升高干扰了葡萄糖的利用;在肝中,游离脂肪酸(FFA)的增加与升高的葡萄糖和糖异生紧密相关。PPARl,激活剂可以促进脂肪组织中脂肪酸的吸收和储存。降低循环中甘油三脂和游离脂肪酸的水平,PPAR7的合成激动剂TZDs类药物就是通过增加胰岛素作用而刺激肌肉葡萄糖的利用,抑制肝脏肝糖原的输出。脂肪组织中PPA脚增加胰岛素敏感性的可能机制是:①PPAR丫激活可以促进胰岛素依赖的磷脂酰基醇3激酶(P13K)信号通路中P13K基因的表达t391P13K是是一种介导葡萄糖进入靶细胞的脂质激酶,从而增强胰岛素敏感性。②还可以通过促进脂肪组织和骨骼肌组织中GLUT4基因的表达,促进对葡萄糖的摄取,来改善胰岛素敏感性。⑨PPAlⅥ也可以通过调节脂质代谢紊乱,促进脂质及脂肪酸的代谢,及增加甘油三酯在脂肪组织的合成,减少脂肪组织,肌肉组织,肝脏等组织的脂毒性,从而改善胰岛素抵抗。④PPAR丫可以通过抑制转录因子PAX6的活性,实现在转录水平,及受体前水平抑制胰高血糖素的生成,来抑制肝糖原的输出,达到增加胰岛素敏感性的作用140]。⑤PPA聊通过对某些脂肪细胞因子分泌的调节来改善胰岛素敏感性,如通过抑制TNF.伐和抵抗素的表达,天津医科大学博士学位论文塞米松诱导的3T3.LI细胞AMPK、PPAR?的影响二、二甲双胍对地促进脂联素的表达是增加胰岛素敏感性的机制之一。PPARy是脂肪生成的关键转录因子,其激动剂促进脂肪细胞分化,增加胰岛素敏感性。对于AMPK与PPARl'关系中,国外研究报道使用转基因小鼠的骨骼肌,在AMPK转基因动物模型中,AMPK过表达,此时PPAR7基因表达水平相比正常小鼠升高;在AMPK基因敲出动物模型中,PPAR7基因表达水平恢复【4l】。国内有学者观察到体外培养的大鼠胰岛B细胞系INS.1细胞株,AMPK在AICAR(AMPK激活剂)作用下激活时,PPAR?基因水平表达升高,AMPK失活时,PPAR3'表达恢复,认为AMPK活性改变可以调控PPAR?的表达,证实PPAR7是AMPK的下游分子【421。在地塞米松诱导的3T3一L1脂肪细胞中,我们观察到,给予二甲双胍后,AMPK及PPA脚mRNA表达上调,与此结论一致。本实验结果显示,地塞米松作用于3T3。L1脂肪细胞,明显地抑制了细胞对培养基中葡萄糖的摄取,同时AMPK、葡萄糖转运子GLUT4及PPARr的RNA水平也下调.,提示葡萄糖摄取减少可能是因为AMPK、葡萄糖转运子GLUT4及PPA脚的转录水平降低,影响了AMPK、GLUT4及PPAR丫的生成,导致AMPK、葡萄糖转运子GLUT4及PPAR・/的数目减少,从培养基中转运葡萄糖入细胞的量降低,残存在培养基中的葡萄糖比对照组明显增多,胰岛素抵抗形成。二甲双胍是胰岛素增敏剂,用于治疗胰岛素抵抗和2犁糖尿病,增强组织对胰岛素的敏感性,降低血糖。实验显示,当二甲舣胍作用于地塞米松诱导的胰岛素抵抗细胞后,细胞对培养基中的葡萄糖摄取明显增多,同时AMPK、葡萄糖转运子GLUT4mRNA及PPARrmRNA较胰岛素抵抗时(模型组)提高,与培养基中糖检测结果吻合,提示二甲双胍可能与AMPK、PPAR7结合以后,启动了其下游基因GLUT4的转录,GLUT4mRNA水平提高,翻译的葡萄糖转运子增多,细胞转运葡萄糖的能力增强,进而改善了葡萄糖摄取。二甲双胍改善胰岛素抵抗时,AMPK、GLUT4及PPARY的转录增强,AMPK、GLUT4mRNA及PPAR7mRNA水平升高,二甲双胍可改善高糖诱导的胰岛素抵抗的AMPK、GLUT4及PPA脚的降低,其中0.05M,1M--甲双胍对高糖诱导的胰岛素抵抗的改善作用更为明显,与糖的检测结果一致,揭示二甲双胍的改善作用与AMPK、PPARl'、GLUT4蛋白水平直接相关,此结果是否暗示地塞米松削弱AMPK、PPAR3,、GLUT4mRNA的翻译能力,导致葡萄糖转运子GLUT4数目降低而减少了葡萄糖的摄取,尚需进一步证明。天津医科大学博士学位论文塞米松诱导的3T3.L1细胞AMPK、r'r'AR,t的影响二、--甲gy,胍对地二甲双胍是目前应用广泛的口服降糖药,其降糖机制在于增强胰岛素的敏感性,促进外周组织对葡萄糖的摄取利用以及抑制肝糖输出。近年来,大量的研究发现二甲双胍增强胰岛素敏感性的作用是通过激活AMPK实现的【43删,即二甲双胍实际上是一种AMPK的激活剂。本课题给予模型组不同浓度的二甲双胍,观察其改善脂肪细胞胰岛素抵抗状态是否与AMPK、PPARl,、GLUT4的表达有关。结果显示:二甲双胍可显著增高胰岛素抵抗状态脂肪细胞AMPK、PPAR7GLUT4的表达,从而提示了二甲双胍在脂肪细胞具有AMPK激活效应。二甲双胍作为AMPK的激活剂在临床具有举足轻重的地位,而具有多种生物学疗效的PPA脚与二甲双胍之间又存在怎样的关系,也是许多实验研究的重点。继续更深入的了解AMPK和PPAR7作用的分子机制,以更好的指导临床,制备出更有效且副作用少的新一代药物是研究的最终目的。2.4小结1、地塞米松诱导的3T3.L1脂肪细胞胰岛素抵抗模型中AMPK、PPAR'/、GLUT4mRNA下降。2、二甲双胍呈剂量依赖性上调AMPK、PPAR7、GLUT4mRNA。3、二甲双胍处理后胰岛素抵抗状态下的3T3.L1细胞葡萄糖摄取率上升。4、在脂肪细胞中二甲双胍可能是通过上调AMPK、PPA脚及GLUT4mRNA水平改善胰岛素抵抗。天津医科大学博士学位论文全文结论全文结论1、胰岛素抵抗状态下AMPK及PPAR一、/mRNA水平下降。本文通过糖尿病大鼠的动物试验观察到,在高脂饮食辅以小剂量链脲佐菌素制备的2型糖尿病大鼠模型制备成功后,血糖、血脂升高、胰岛素敏感指数降低,存在胰岛素抵抗,用PT-PCR法检测大鼠脂肪组织中AMPK及PPAR3,mRNA,其表达下降。通过对地塞米松诱导的3T3.L1脂肪细胞观察到,在96小时细胞培养基中葡萄糖含量空白组与模型组差值达最高,胰岛素达抵抗最佳,用RT.PCR检测地塞米松诱导的3T3.L1脂肪细胞中AMPK及PPAR,、/mRNA水平下降。2、二甲双胍上调AMPK及PPAR一、/mRNA的水平。本文在糖尿病大鼠的动物实验中观察到,采用高脂饮食联合腹腔注射小剂量STZ的方法制备2型糖尿病模型,二甲双胍治疗4周后,检测脂肪组织中AMPK及PPAR'ymRNA的表达,较糖尿病大鼠未治疗组含量显著升高。地塞米松诱导的3T3.L1脂肪细胞观察到,检N---甲双胍作用48小时胰岛素抵抗脂肪细胞AMPK、PPARl,及GLUT4mRNA的水平,二甲双胍处理后AMPK、PPA脚及GLUT4mRNA上调,且呈剂量依赖性。3、二甲双胍改善血糖、血脂、胰岛素敏感性。动物实验采用高脂饮食联合腹腔注射小剂量STZ的方法制备2型糖尿病模型,高脂饮食4周大鼠体重明显高于普通饲料喂养组,说明大鼠肥胖,胰岛素抵抗明显。2型糖尿病模型大鼠血糖、血清TC、TG、LDL水平明显升高,HDL、胰岛素敏感指数水平明显下降,出现了糖、脂代谢紊乱及胰岛素抵抗,二甲双胍治疗4周,糖尿病大鼠血清HDL.C水平、胰岛素敏感指数显著增高;血糖、血清TC、TG、LDL水平显著降低,糖尿病大鼠的糖、脂代谢紊乱、胰岛素抵抗明显改善。本实验显示经二甲双胍治疗组2型糖尿病大鼠体重及肾周睾周脂肪重量均较2型糖尿病大鼠有所增加,表明二甲双胍在促进非脂肪组织脂质氧化,降低非脂肪组织TG的堆积的同时,有抑制血糖过高引起的脂肪细胞的脂解的作用。在地塞米松诱导的3T3.L1脂肪细胞观察到,地塞米松诱导的3T3.L1脂肪细胞胰岛素抵抗模型中糖摄取率下降,随着地塞米松作用时间的延长,与空白组比较,模型组的葡萄糖含量逐渐升高,在地塞米松作用96h(第4d),模型组与空白组的葡萄糖含量差值最高,表明此时为胰岛素抵抗的最佳状态。给予二甲双胍干预后,随二甲双胍浓度增加,培养基中的葡萄糖摄取率逐渐增加,且呈剂量依赖性。当二甲双胍作用于胰岛素抵抗脂39天津医科大学博士学位论文全文结论肪细胞后,细胞对培养基中的葡萄糖摄取明显增多。4、二甲双胍可能是通过AMPK、PPARl,改善血糖、血脂、胰岛素敏感性。在高脂饮食联合腹腔注射d,N量STZ的方法制备2型糖尿病模型中观察到,给予二甲双胍干预后血糖、血脂、胰岛素敏感性发生变化,同时AMPK、PPARl,mRNA随着其发生变化。在地塞米松诱导的3T3.L1脂肪细胞中观察N-甲双胍呈剂量依赖性降低细胞培养基葡萄糖,同时呈剂量依赖性上调AMPK、PPAR,),、GLUT4的表达,二甲双胍可能是通过上调AMPK、PPAR"?在脂肪组织及脂肪细胞中改善血糖、血脂、胰岛素敏感性。5、不足与展望。本研究从体内、外实验探讨胰岛素抵抗状态下AMPK、PPA脚的变化,二甲双胍对AMPK、PPA脚的影响,探讨其改善血糖、血脂、胰岛素抵抗的关系。推测二甲双胍改善血糖、血脂及胰岛素抵抗,可能是通过上调AMPK、PPARl,的表达,从而影n向了脂肪细胞、组织葡萄糖代谢、血脂以及胰岛素信号转导系统。在本研究中,其影响具体的机制未完全阐明,尚需选择最佳二甲双胍浓度,从蛋白水平,细胞分子生物学水平探讨详细机制。需通过联合检测肝脏以及骨骼肌等方面对胰岛素抵抗深入探讨。同时为二甲双胍更好、更合理的应用临床,最大程度降低副总用,制备新一代药物,仍需从人群整体水平探讨及观测。40天津医科大学博士学位论文论文创新点论文创新点1、在2型糖尿病大鼠脂肪组织中同时检测了AMPK、PPAR7mRNA水平,及二甲双胍的干预,国内尚未见相关报道。2、通过建立胰岛素抵抗3T3.L1细胞,检测脂肪细胞AMPK、PPAR7、GLUT4的mRNA水平及不同浓度二甲双胍对其的影响,探讨二甲双胍对胰岛素抵抗的分子机制,国内未见相关报道。天津医科大学博士学位论文参考文献参考文献【11HansenPA,HartDH,NolteLA,etal.DHEAprotectsagainstvisceralobesityandmuscleinsulinresistanceinratsfedahigh—fatdiet[J].AmJPhysiol,1997,273(5Pt2):R1704—1708.【2】MarkovicTP,JenkinsAB,CampbellLV,etal.ThedeterminantsofglycemicresponsestodietrestrictionandweightlossinobesityandNIDDM[J].DiabetesCare,1998,21(5):687-694.【31SchererPE.Adiposetissue:fromlipidstoragecompartmenttoendocrineorgan【J】.Diabetes,2006,55(6):1537—1545.[41KirpichnikovD,McFarlaneSI,SowersJR.Metformin:anupdate[J].AnnInternMed,2002,137(1):25-33.【5】MinokoshiY,KimYB,PeroniOD,etal.Leptinstimulatesfatty—acidoxidationbyactivatingAMP—activatedproteinkinase[J].Nature,2002,415(6869):339—343.【61ChoK,KimSJ,ParkSH,etal.ProtectiveeffectofCodonopsislanceolatarootextractagainstalcoholicfattyliverintherat[J].JMedFood,2009,12(6):1293—1301.[71FolmesCD,LopaschukGD.Roleofmalonyl—CoAinheartdiseaseandthehypothalamiccontrolofobesity[J].CardiovascRes,2007,73(2):278-287.【81MusiN,HirShmanMF,NygrenJ,etal.MetforminincreasesAMP.activatedProteinkinaseactivityinskeletalmuscleofsubjectswithtype2diabetes【J】.Diabetes,2002,51(7):2074—2081.191YoonMJ,LeeGY,ChungJJ,etal.AdiponectinincreasesfattyacidoxidationinskeletalmusclecellsbysequentialactivationofAMP—activatedproteinkinase,p38proteinkinase,andperoxisomeprofifemtor—activatedreceptoralpha[J].Diabetes,2006,55(9):2562--2570.【101LinCY,GurloT,HaatajaL,etal.Activationofperoxisomeproliferatoractivatedbyrosiglitazoneprotectshumanisletcellsagainsthumanisletpolypeptidetoxicitybyaphosphatidylinositol3-kinase—dependentEndocrinolMetab,2005,90(12):6678—6686.【11]LeeWJ,KimM,ParkHS,KimHS,JeonMJ,OhMS,KohEH,WonMS,OhGT,42mitogen—activatedreceptor-gammaamyloidpathway[J].Clin天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脂代谢及胰岛素敏感性一、AMPK与糖、脂代谢及胰岛素敏感性胰岛素抵抗(InsulinResistance,IR)是指胰岛素作用的靶器官对胰岛素作用的敏感性下降(表现为肝脏、肌肉、脂肪等外周组织对葡萄糖的代谢障碍),即正常剂量的胰岛素产生低于正常生物学效应的一种状态。IR不仅是2型糖尿病的发病基础,更是贯穿多种代谢相关疾病的主线,是连结它们的纽带,为这些疾病的共同病理生理基础。腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是~种重要的代谢应激蛋白激酶,AMPK被活化后可以增强葡萄糖摄取,脂肪酸氧化,减少葡萄糖,甘油三酯,胆固醇,调节机体能量平衡,素有细胞“能量感受器”之称。大量研究显示二甲双胍类降糖药可以激活骨骼肌,肝脏和其他组织的AMPK,提示AMPK信号及其传导通路可在调节脂质代谢紊乱中发挥了巨大作用。1AMPK的结构、分布AMPK作为一种重要的蛋白激酶,它是由催化亚单位0【,和调节亚单位13、Y3个亚基构成的异三聚体Ⅲ,3个亚单位对于AMPK的活化都是必需的,每种亚基都有2至3钟亚型(al、oc2、p1、132、T1、T2、T3),各个亚型分布的组织细胞也不相同。AMPK广泛存在于骨骼肌,肝脏,胰腺和脂肪组织中。Musi等研究发现二甲双胍激活AMPK的分子机制与AMPKa2的172位点苏氨酸磷酸化增加有关1210也有文献记载脂肪组织的合成和代谢主要是通过AMPKa2起作用的13lo2AMPK的激活@AMP/ATP比值升高,如运动,缺氧,应激(能量供给不足时),AMPK被AMP别构激活;值得注意的是AMPK可被磷酸肌酸和三磷酸腺苷(ATP)别构抑制。值得指出的是这个作用较弱。@AMP可直接激活位于上游的AMPKK(AMPK激酶,如LKBl,CaMKKl3),后者再磷酸化AMPK的a亚单位的172位点得以激活。此作用较强③抑制蛋白磷酸酶对AMPK的O【亚单位的172位点的去磷酸化。以上3个途径共同协调AMPk的激活过程。3AMPK的激活剂目前发现的主要的激活剂有①二甲双胍和TZD类抗糖尿病药物,二甲双胍天津医科大学博士学位论文综述是通过抑制ATP合成,AMP/ATP比值升高激活AMPK的。也有研究发现二甲双胍对AMPK的活化是通过线粒体起源的活性氮自由基(RNS)实现的1410TZD激活AMPK的机制尚不清楚。但是有研究表明TZD类药物可以通过激活某些脂肪细胞因子如脂联素,瘦素,抵抗素等间接激活AMPK。②某些脂肪细胞因子如:脂联素(adiponectin),瘦素(1eptin),抵抗素(Resistin)也可以使之激活。③人工合成的腺苷酸类似物5一氨基一4.甲酰胺咪唑核糖核苷酸(AICAR),可以模拟.AMP而激活AMPK。④最新的研究显示A769662。thienopyridone家族的成员可通过抑制蛋白磷酸酶对AMPK的0【亚单位的172位点的去磷酸化直接激活AMPK。3AMPK与脂代谢肝细胞中激活的AMPK可以磷酸化乙酰辅酶A羧化酶(ACC)和羟甲基戊二酸单酰辅酶还原酶(HMGR),从而抑制脂肪和胆固醇的合成,增加脂肪酸的氧化以及酮体的生成‘51。丙二酸单酰辅酶A脱羧酶(MCD)被AMPK激活后,肝细胞内丙二酸单酰辅酶A水平下降,抑制脂肪酸的合成。肌肉组织中AMPKa2表达居多,运动时消耗ATP,AMP/ATP比值升高,激活AMPKa2,也可以使ACC磷酸化,使之活性降低,并降低丙二酸单酰辅酶A水平来促进脂肪酸氧化,为肌肉运动供能。脂肪细胞中,上述的AMPK激活剂均可使之激活,此外解耦连蛋白1(UCPl)也可以激活AMPK。与肝脏类似,激活的AMPK可以磷酸化ACC第79位苏氨酸和HMGR抑制其活性,同时MCD被磷酸化和活化,降低丙二酸单酰辅酶A水平来促进脂肪酸氧化。活化的AMPK一方面通过抑制甘油.3.磷酸乙酰转移酶而抑制甘油三酯的合成,另一方面使诱导甘油三酯水解的激素敏感脂肪酶(HSL)磷酸化,从而抑制了异丙肾上腺素诱导的脂肪分解哺1,避免了血清中游离脂肪酸浓度过高。但AMPK抑制脂解的具体机制尚不完全清楚。目前已有研究提示AMPK对脂肪形成的作用,尤其是AMPKa2对糖尿病大鼠脂肪积聚有影响,但此方面的研究还不成熟。在脂肪细胞分化过程中AMPK激动剂AICAR可通过下调脂肪生成过程中C/EBPa、SREBPl和PPA脚的表达,抑制前体脂肪细胞向成熟脂肪细胞分化Ⅲ。5AMPK与糖代谢葡萄糖利用的外周组织…骨骼肌组织,脂肪组织等,促进外周组织葡萄糖摄取的机制主要与细胞膜上的可以诱导葡萄糖转运的葡萄糖转运体4(GLUT4)天津医科大学博士学位论文综述有关。有研究证实,在骨骼肌细胞中,AMPK通过磷酸化组蛋白脱乙酰基酶5调节GLUT4转录碍1。在静息状态,大部分GLUT4蛋白位于细胞内的管状囊泡中,当信号转导事件促进葡萄糖转运的时候,GLUT4从囊泡易位到细胞膜上,发挥其生理作用。GLUT4易位涉及多个信号转导途径,如胰岛素信号转导途径和蛋白激酶(AMPK)途径。给胰岛素抵抗大鼠模型注射一定剂量的AMPK激动剂5.氨基.4.甲酰氨咪唑核糖核苷酸(灿CAR)后,可激活AMPK并通过胰岛素信号通路提高胰岛素抵抗大鼠的胰岛素敏感度四1。研究发现2型糖尿病患者当血糖升高时,骨骼肌组织的GLUT4mRNA表达下降,葡萄糖转运率降低,与AMPKa2密切相关1101。AMPK的激动剂或者ATP减少,AMP/ATP比值增大,或者肌肉收缩时可以通过AMPK途径增加GLUT4向胞膜的转位,从而增加葡萄糖向细胞内的转运,增加葡萄糖的利用。在脂肪组织中此途径有所不同,可能是通过P38AMPK依赖的机制激活脂肪细胞GLUT4向胞膜的转位,,以此来增加葡萄糖的摄取Ⅲ1。此外,AMPK还可以通过调节糖酵解的限速酶如6.磷酸果糖2.激酶含量直接调节糖酵解途径,也可以通过抑制糖异生酶如磷酸烯醇式丙酮酸激酶(PRPCK)抑制糖异生过程。在肝脏,有研究发现LKBl介导的AMPK激活对于二甲双胍的降糖作用是必需的[121。6AMPK与胰岛素敏感性所谓“糖脂病”即指脂代谢障碍加重或引起糖代谢异常的概念。不难理解在骨骼肌,肝脏胰岛素作用的两个重要的靶组织中,AMPK可以减少甘油三酯的异位堆积,增强脂肪酸的氧化,调节脂代谢紊乱,减少脂毒性。AMPK可以通过促进GLUT4的转运来增加葡萄糖的摄取,来调节糖代谢。糖脂代谢调节平衡可以减轻胰岛素抵抗。AMPK可以减轻胰岛D细胞脂毒性,有抗D细胞凋亡的作用,可以改善胰岛素分泌的调节。有研究显示,AICAR诱导的AMPK活化减少了葡萄糖刺激的胰岛素分泌‘131。7AMPK与脂肪细胞因子许多脂肪细胞因子如脂联素,瘦素,抵抗素等可通过激活AMPK来参与调节胰岛素抵抗¨4’15’16’171。这些因子可激活AMPK,来刺激脂肪酸氧化和葡萄糖的氧化,或降低糖异生,减少肝糖原输出等,来改善胰岛素敏感性。脂肪组织分泌的大量生物活性物质统称为脂肪细胞因子(包括脂联素、瘦素、抵抗素、apelin等)。脂肪细胞因子对血糖水平及外周组织胰岛素敏感性行使天津医科大学博士学位论文综述正负两方面的调控作用,与胰岛素抵抗、代谢综合征密切相关。血清脂联素水平与机体的胰岛素敏感性呈正相关。对居住在非洲和欧洲的美国人进行的调查显示,代谢性疾病和胰岛素抵抗的发生与低分子量的脂联素和脂联素三聚物呈负相关,而高分子量的脂联素在其中作用较小11810脂联素具有促进糖脂代谢、减轻胰岛素抵抗、抗炎以及抗动脉粥样硬化等作用,研究表明上述作用均依赖于AMPK的激活[1910在脂肪组织,脂联素通过促进AMPKl72位苏氨酸磷酸化和促进AMPK下游的限速酶-ACC79位丝氨酸的磷酸化,从而促进脂肪细胞摄取葡萄t2010在骨骼肌,脂联素主要通过促进AMPK的磷酸化,从而激活其下游靶点MAPK,增强PPAR0t的转录活性及其靶基因的表达,进而促进脂肪酸氧化,降低脂质在骨骼肌细胞中的沉积1211。在肝脏,脂联素通过激活AMPK,下调葡萄糖.6.磷酸酶的表达,从而减少肝糖原输出。瘦素与胰岛素敏感指数呈明显负相关[2210一方面,瘦素作用于下丘脑,降低食欲和食物摄入从而影响能量代谢平衡。另一方面,瘦素可活化骨骼肌和肝脏内的AMPK,加速脂肪酸分解,通过此途径并可能协同中枢神经系统作用,降低骨骼肌和肝脏中的脂质沉积t2310抵抗素可作用于脂肪组织、肝脏及骨骼肌等胰岛素靶器官,促进肝糖原输出,导致胰岛素抵抗,上述作用可通过抑制AMPK活性介导。研究表明,将大鼠骨骼肌细胞与抵抗素共孵育24h,能降低脂肪酸氧化,并伴随AMPK和ACC磷酸化水平降低,提示AMPK介导了抵抗素抑制脂肪酸摄取和利用的过程124]o在肝脏高表达抵抗素的小鼠模型中,存在肝脏胰岛素抵抗,表现为空腹血糖明显升高,糖耐量减低和高胰岛素血症;敲除抵抗素基因后,小鼠表现出正常的血糖水平和胰岛素敏感性,这可能是通过磷酸化AMPK,抑制糖异生基因表达实现的t251。Apelin主要是由脂肪细胞分泌的一种生物活性肽。有报道指出apelin可受到胰岛素的作用而表达增加,而在糖皮质激素的作用下可出现下调12610研究发现,apelin可以通过AMPK磷酸化等途径促进外周组织摄取葡萄糖,进而改善糖耐量受损1271。这说明apelin有可能作为一种胰岛素相关信号分子参与机体胰岛素抵抗的调控,从而起到有益的保护作用。二、PPAR了与糖、脂代谢及胰岛素敏感性过氧化物酶体增殖物激活受体丫是一种配体活化的核转录因子,具有多种生物学效应。除能调节脂肪细胞分化、脂代谢,细胞增殖、细胞周期外,还能调控细胞因子生成,增强机体对胰岛素的敏感性等作用。天津医科大学博士学位论文综述1PPARs的分型及配体过氧化物酶体增殖物活化受体(P眦s)是一类由配体激活的转录因子,它有三种亚型,分别是PPARa、PPARl3/8和PPAR?眨8、291。它们由不同的基因编码,结构、功能各不相同,与不同的配体结合不同的部位,产生的分子构型也不同,诱发生物学效应的组织与基因也不同。PPAR?是目前研究最为广泛的一种,它是一种活性配体转录蛋白,主要表达于脂肪细胞,巨噬细胞,影响脂肪细胞的分化和成熟脂肪细胞中脂肪酸的吸收和存储。PPAR?由5个结构域组成,即N2末端配体非依赖转录活化域、DNA结合域、铰链区、配体结合域和F域‘30’川。这种结构使得PPAR?具有既可与DNA结合,又可与配体结合的特性。DNA结合域由两个锌指结构组成,可特异结合靶基因PPAR反应元件(PPARresponsiveelement,PPRE)。PPARs转录后的调控作用依赖于与配体的结合。XrecepPPARs不能自身形成同源二聚体,而是与RXRa(retinoidtorO形成异源二聚体。当有PPAR和、或与RXR{1激动剂结合时,PPAR/RXRa二聚体构象发生改变,并结合到靶基因启动子区的PPRE上,从而发挥转录调控作用,调节靶基因表达口刀。它可以与视黄酸受体RXR结合成二聚体,再与过氧化体增值反应元件(即PPI也)结合,调节目的基因转录。PPAR7的配体分为天然配体和合成配体,前者主要是多种食物源性脂肪酸及其衍生物,包括前列腺素J2,15.脱氧前列腺素J2等,后者主要是I塞唑烷二酮(TZD)类降糖药,如吡格列酮,罗格列酮。双胍类与PPA脚的激活之间的具体机制尚不明确,有文献记载AMPK可以激活多种转录因子,尤其需要指出的是可以激活过氧化物酶体增殖物激活受体PPARa,而且是通过PPAR7共激活子la(PGCla)介导完成的,提示二甲双胍对PPAR7的活化是通过先激活AMPK间接激活的B3’341。2PPARy与脂肪细胞分化脂肪细胞由起源于中胚层的多能干细胞,经间质前体细胞,前脂肪细胞,最后到成熟脂肪细胞逐步分化发育而形成的。PPARs的三种亚型中,PPA脚最具脂肪组织特异性,脂肪组织的分化过程受到PPAR7/R.XR异二聚体、CCAATT增强子结合蛋白(C/EBP)及脂肪细胞分化决定因子1/固醇调控元件结合蛋白l(ADDl/SREBPl)共同调控B5’361。已有许多实验研究发现,PPAIⅥ和、或C/EBP过少的表达都会造成脂肪细胞分化障碍,二者对脂肪分化起着协同促进的作用,值得注意的是P呐过度表达也会产生严重的脂代谢紊乱。由此可见PP触Ⅵ对天津医科大学博士学位论文综述脂肪形成过程既是必要的也是充分的,起着核心的作用。而且PPARl,的表达随着白色小脂肪细胞的分化不断增加,至成熟脂肪细胞达最高。P呐是脂肪形成的主要的调节因子,是诱导小脂肪细胞形成的特异性转录因子,它的活化转录作用可以影响参与脂肪细胞分化过程中细胞因子的信号传导途径t371。如胰岛素样生长因子.1(IGF.1),增加脂肪组织特异性基因的表达;表皮生长因子,转化生长因子,肿瘤坏死因子(TNF.0【),抑制脂肪细胞分化过程,胰岛素,糖皮质激素,胞内cAMP均可诱导并促进脂肪细胞分化过程。3PPARl,与脂类代谢PPA脚主要表达于脂肪细胞,在对脂肪细胞分化起关键的启动作用的同时,:对脂类代谢过程和脂肪酸氧化有重要作用。脂肪细胞也是活跃的内分泌细胞,它可以分泌在脂肪细胞自身以及其它组织细胞之间传递信息的信号蛋白,如瘦素,肿瘤坏死因子,脂联素等。PPA脚调节脂类代谢的作用重要的一点就是调节这些细胞因子的表达。PPAIq调控参与脂类代谢相关的靶因子的表达途径,正向调节脂肪的储存与释放,维持机体能量平衡。①活化的PPARl,与PPRE相互作用,能够增加促进脂肪酸储存的基因的表达:脂肪酸转运蛋白(FATP),脂蛋白脂酶(LPL),脂肪酸结合蛋白,CD36/脂肪酸异位酶(CD36爪盯),乙酰辅酶A合成酶(ACS)等,从而促进脂解和脂肪酸释放1381。还有些与脂肪酸储存相关的基凶:过氧化物酶体脂肪酸氧化酶系,。肾上腺素能受体,瘦素,肿瘤坏死因子(TNF一0【)当PPA脚降低这些基因的表达时,可减缓脂解和脂肪酸释放,降低游离脂肪酸的量。说明PPAR3,可以调节脂肪酸代谢的各个环节。②当PPAR丫被TZDs激活后,可诱导肝细胞表达载脂蛋白,脂蛋白脂酶等,促进脂质氧化,使高密度脂蛋白(HDL)升高,低密度脂蛋白(LDL),甘油三酯(TG)降低,纠正脂代谢紊乱。同时,PPAIⅥ调节胆固醇反转运物(ABCAI),肉毒碱乙酰肉毒碱转运酶(CACI)的表达,促进高密度脂蛋白对胆固醇的转运,从而达到降低胆固醇的作用t391。4PPARy与糖代谢和胰岛素敏感性PPARl,对糖代谢的调节主要是通过增加外周组织对胰岛素的敏感,从而改善胰岛素抵抗。在肌肉中葡萄糖和脂肪酸作为能量供给时相互竞争,结果,脂肪酸水平升高干扰了葡萄糖的利用;在肝中,游离脂肪酸(FFA)的增加与升高的葡萄糖和糖异生紧密相关。PPARl,激活剂可以促进脂肪组织中脂肪酸的吸收和储存。降低循环中甘油三脂和游离脂肪酸的水平,PPAR3,的合成激动剂TZDs类药物就52天津医科大学博士学位论文综述是通过增加胰岛素作用而刺激肌肉葡萄糖的利用,抑制肝脏肝糖原的输出。脂肪组织中PPARy增加胰岛素敏感性的可能机制是:@PPAKy激活可以促进胰岛素依赖的磷脂酰基醇3激酶(P13K)信号通路中P13K基因的表达[40ljP13K是是一种介导葡萄糖进入靶细胞的脂质激酶,从而增强胰岛素敏感性。②还可以通过促进脂肪组织和骨骼肌组织中GLUT4基因的表达,促进对葡萄糖的摄取,来改善胰岛素敏感性。(重)PPARy也可以通过调节脂质代谢紊乱,促进脂质及脂肪酸的代谢,及增加甘油三酯在脂肪组织的合成,减少脂肪组织,肌肉组织,肝脏等组织的脂毒性,从而改善胰岛素抵抗。@PPARy可以通过抑制转录因子PAX6的活性,实现在转录水平,及受体前水平抑制胰高血糖素的生成,来抑制肝糖原的输出,达到增加胰岛素敏感性的作用[4110⑤PPAIⅥ通过对某些脂肪细胞因子分泌的调节来改善胰岛素敏感性,如通过抑制TNF.0【和抵抗素的表达,促进脂联素的表达是增加胰岛素敏感性的机制之一。关于AMPK和PPA脚信号通路及其介导的许多代谢途径,尤其是在肌肉,肝脏,脂肪组织靶组织的作用机制有了较为深入的研究。二甲双胍作为AMPK的激活剂在临床具有举足轻重的地位,而具有多种生物学疗效的PPAR7与二甲双胍之间又存在怎样的关系,也是许多实验研究的重点。继续更深入的了解AMPK和PPAIq作用的分子机制,以更好的指导临床,制备出更有效且副作用少的新一代药物是研究的最终目的。综述参考文献【1】ScottJW,RosskinasebyaFA,LiuJK,etal.RegulationofonAMP--activatedproteinJ,2007,pseudosubstratesequencethegammasubunit[J】.EMBO26(3):806—815.【2】MusiN,HirshmanMF,NygrenJ,etal.MetforminincreasesAMP-activatedproteinkinaseactivityinskeletalmuscleofsubjectswithtype2diabetes.【J】.Diabetes,2002,51(7):2074—2081.【3】买淑鹏,李晓山,徐增光,等.高脂饮食对大鼠脂肪组织AMP激活的蛋白激酶表达的影响.营养学报,2008,30(3):253—256.【4】ZouMH,KirkpatrickSS,DavisBJ,etal.ActivationoflheAMP-activatedproteinkinasebytheanti—diabeticdrugmetformininvivo.Roleofmitochondrialreactivenitrogenspecies.[J].JBiolChem,2004,279(42):43940—43951.天津医科大学博士学位论文综述【5】HeninN,VincentMF,GruberHE,etal.InhibitionoffattysynthesisbystimulationacidandcholesterolJ,1995,9(7):ofAMP—activatedproteinkinase[J].FASEB54l一546.161SullivanJE,BrocklehurstKJ,MarleyAE,etal.InhibitionoflipolysisandlipogenesisinisolatedratadipocyteswithAICAR,acell-permeableactivatorofAMP—activatedproteinkinase[J】.FEBSLett,1994,353(1):33—36.CS,LeeHG,etal.Inhibitoryeffect[71MoonHS,Chunggallateonof(一)一epigallocatechin.3一lipidaccumulationof3T3一L1cells.[J】.Obesity(silverspring),2007,15(11):2571—2582.【81McGeeSL,etal.AMP-ActivatedbyPhosphorylatingProteinKinaseRegulatesDeacetylaseGLUT45.TranscriptionHistone[J】.Diabetes,2008,57(4):860-867.[91WrightglucosesoleusDC,GeigerPC,HolloszyJO,etal.Contraction-andhypoxia-stimulatedismediatedbyatransportCa2+一dependentmechanisminslow-twitchratmuscle.[J】.AmJPhysiolEndocrinolMetab,2005,288(6):1062—1066.【101SakodaH,OgiharaT,AnaiM,etal.ActivationofAMPKisessentialforAICAR—inducedglucoseuptakebyskeletalmusclebutnotPhysiolEndocrinoladipocytes[J].AmJMetab,2002,282(6):1239—1244.S,KatahiraH,OzawaS,etal.ActivatorsofAMP.activatedan【11】YamaguchiproteinkinaseenhanceGLUT4translocation3T3-L1itsglucosetransportactivityinadipocytes[J].AmJPhysiolEndocrinolMetab,2005,289(4):E643--649.【121ShawRJ,LamiaKA,VasquezD,etal.ThekinaseLKB1mediatesglucosehomeostasisinliverandtherapeuticeffectsof310(5754):1642—1646.metformin.【J】J.Science,2005,【13】daSilvaXavierGLeclercI,VaradiA,etal.RoleforAMP—activatedProteinkinaseinglucose—stimulatedinsulinsecretionandpreproinsulingeneexpression.[J]J.BiochemJ,2003,371(3):761-774.【14】YamauchiT,KamonJ,MinokoshiUtilizationY,etal.Adiponectinstimulatesglucoseandfatty-acidoxidationbyactivatingAMP-activatedproteinkinase[J].NatMed,2002,8(11):1288—1295.【15】WuX,MotoshimaH,MahadevK,etal.InvolvementofAMP.Activatedprotein天津医科大学博士学位论文综述KinaseinGlucoseUptakeStimulatedbytheGlobularDomainofAdiponectininPrimaryRatAdipocytes[J].Diabetes,2003,52(6):1355—1363.【161McGarryJD.BantingLecture2001:DysregulationofFattyAcidMetabolismIntheEtiologyofType2Diabetes[J].Diabetes,2002,51(1):7—18【17】SatohH,NguyenMT,MilesPD,etal.Adenovirus—mediatedchronic”hyperresistinemia”leadstoinvivoinsulinresistanceinnormalrats[J].ClinInvest,2004,114(2):224—231.【181Lara-CastroC,DoudEC,TapiaPC,etal.Adiponectinmultimersandmetabolicsyndrometraits:relativeadiponectinresistanceinAfricanAmericans.Obesity(SilverSpring),2008,16(12):2616-2623.【191AhimaRS.Adiposetissueasanendocrineorgan[J].Obesity,2006,14(5):242—249.【20】WuX,MotoshimaH,MahadevK,etal.InvolvementofAMP—activatedproteinkinaseinglucoseuptakestimulatedbytheglobulardomainofadiponectininprimaryratadipocytes.【J】.Diabetes,2003,52(6):1355—1363.[21】YoonMJ,LeeGY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作者:

学位授予单位:

吴乃君

天津医科大学

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