持续性餐后状态对CLOCK/BMAL1通路的调节在2型糖尿病发生中的作用及其机制

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目的:2型糖尿病(T2DM)属于一种慢性且伴随终生的代谢性疾病,目前主要是通过各种途径控制血糖水平、延缓其并发症的发生发展。饮食行为习惯被普遍认为与其发生有密切的关系,饮食方式不当会导致生物节律紊乱,这一过程又受到多种基因的共同调节。本课题采用动物实验和细胞实验相结合探讨“持续性餐后状态”在T2DM发生的作用及其机制,以期为T2DM的预防提供一种更为合理的饮食方式。方法:1“持续性餐后状态”对外周组织生物钟节律的影响:KKAy小鼠饲养在严格的人工模拟昼夜循环的环境中,光周期循环为14小时黑暗环境和10小时明亮环境(早上8时熄灯晚上22时开灯)。适应性喂养三天后,将小鼠随机分为三餐组和多餐组。每6天称量体重和测空腹血糖一次,以及60天后各组小鼠T2DM的发生率。采用免疫组化法检测Nampt蛋白在肝脏中的表达水平。运用Real-time PCR方法检测外周组织中节律基因,以及肝脏中糖脂代谢相关基因m RNA的表达水平。Western blot技术检测不同时间点的小鼠肝脏中节律蛋白DBT和TIM的含量。2糖代谢基因的改变对节律基因表达的影响:用不同浓度的GSK-3β抑制剂Li CL处理大鼠肝细胞BRL,运用CCK8法检测肝细胞活力,采用Western blot的方法研究大鼠肝细胞中GSK-3β的表达水平,选择Li CL的最适浓度进行后续实验。将细胞分为对照组和实验组,实验组细胞用最适浓度的Li CL干预20小时后,用RT-PCR技术检测两组细胞中节律相关基因的表达水平。选择最适浓度的Li CL干预细胞,采用Western blot技术检测在干预后三个不同时间点细胞中节律蛋白BMAL1的表达情况。结果:1“持续性餐后状态”对KKAy小鼠体重和空腹血糖的影响:与实验刚开始时相比,在30天和60天时两组小鼠的体重都有明显的增加(P<0.05),而且在这两个时间点多餐组小鼠的体重要显著高于三餐组(P<0.05)。在30天时两组小鼠的空腹血糖并没有明显差异,但在实验结束时多餐组小鼠的空腹血糖显著高于三餐组(P<0.05)。而且在这个期间(30-60天)多餐组小鼠体重和空腹血糖的增长速度也明显快于三餐组。在实验结束时,多餐组T2DM的发生率明显高于三餐组,相对危险度为2.1。2“持续性餐后状态”对肝脏中节律和糖脂代谢基因表达的影响:(1)两组小鼠肝脏中生物钟基因的表达均具有良好的节律性,而且对于同一个基因,两组动物的表达模式基本相似。(2)Bmal1基因在8h达到表达水平的峰值,且三餐组的表达量要高于多餐组。Per1-3和Cry1则是在4h出现峰值,三餐组Per1、Per2、Cry1的节律性减弱,相位右移。(3)Rev-erbα和Errα基因多餐组峰值高于三餐组,而Dec1基因的两个组在早晨8h达到峰值水平。多餐组Rev-erbα和Errα相位提前1.5小时,Dec1的相位则延迟1.5小时。(4)Gck和GLUT2基因表达水平的峰值多餐组小于三餐组,相位向右偏移4个小时。然而对于G6pt,多餐组峰值明显高于三餐组(P<0.05),相位右移。(5)基因Leptin的表达水平是白天低于晚上,且多餐组的表达峰值要低于三餐组。FAS和FXR在一天内均呈现先增加后减少的趋势,都在早晨进食后达到峰值。与三餐组相比,多餐组Leptin、FAS和FXR的峰值相位左移,而HMGGCo AR和Cyp7α1的峰值相位右移至不同时刻。3“持续性餐后状态”对骨骼肌中节律基因表达的影响:(1)两个组小鼠Bmal1基因的表达峰值都在早晨进食后出现,且多餐组的表达量高于三餐组。(2)基因Per2和Per3在整个周期内的表达模式是相似的。Per1在一天内表现出先减少后增加的趋势,且三餐组的表达峰值高于多餐组。(3)与三餐组相比,多餐组Per1-3和Cry1的峰值相位都向右偏移。4“持续性餐后状态”对肝周脂肪和胰腺中节律基因表达的影响:(1)在肝周脂肪中多餐组Per1和Per2的节律性增强,而且多餐组Pers家族3个基因的表达峰值均在凌晨出现,与Cry1在一个周期内的表达模式相似。(2)两个组小鼠肝周脂肪中Bmal1基因的表达峰值均在早晨8h出现。(3)在胰腺中多餐组基因的峰值要高于三餐组,Per1和Cry1在早晨8h达到表达水平的峰值,与三餐组相比,多餐组Per1和Bmal1的相位右移,而Cry1的则向左偏移。5“持续性餐后状态”对肝脏中蛋白表达的影响:(1)Nampt蛋白主要位于细胞质中,阳性细胞着色强度为浅黄色,视野区域内阳性细胞占比在75%以上,最终得到的是弱阳性表达。(2)在多餐组,T2DM小鼠肝脏中DBT和TIM蛋白的表达量均高于正常小鼠。DBT的表达是白天多晚上少,在4、8和20点三个时刻的表达差异有统计学意义(P<0.05)。TIM蛋白对光比较敏感,深夜时刻表达量最大然后逐渐减少。两组蛋白含量之间的差异在12、16和20点三个时刻有统计学意义(P<0.05)。6代谢基因改变对生物钟基因表达的影响:(1)随着Li Cl浓度的增加细胞活性逐渐降低,当浓度为20mmol/L时细胞活性下降明显。当浓度为15mmol/L和20mmol/L时,细胞中GSK3-β蛋白的表达量明显降低(P<0.05)。所以最终Li Cl的最适宜干预浓度为15mmol/L。(2)与对照组相比,实验组Bmal1、Cry2、Rev-erbα、Per1和Per2的表达量明显增加(P<0.05),说明GSK-3β作用的直接靶点可能是Bmal1、Per2和Cry2等,对其表达有一定的抑制作用。(3)随着Li Cl干预时间的增长,BMAL1蛋白的稳定性和表达水平都增加。结论:在保证每天进食量一致的情况下,摄食频次的增加,摄食时间窗口的延长都会使代谢性疾病发生的风险增加。摄食频次的变化影响了转录-翻译负反馈调节环中生物钟基因的峰值、振幅和相位,导致生物钟基因的节律性发生改变,进而影响机体的代谢功能。而代谢过程中的关键酶活性被破坏也能够改变生物钟基因的稳定性和表达水平。因此,昼夜节律性和糖脂代谢可以进行交叉调节,昼夜节律时钟和糖脂代谢相互作用的失调增加了疾病的风险。
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