尼泊金甲酯对胰岛β细胞的干扰作用及其分子机制研究

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pengk33
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尼泊金甲酯(Methylparaben,MeP)是国际上广泛使用的广谱高效防腐剂,现被全球主要国家应用于食品、化妆品和医药品中。MeP的大量使用造成其在环境中和人以及动物体内的高浓度存在。流行病学调查报道MeP的暴露与人和伴侣动物患糖尿病的风险有关,但对于MeP是否能够干扰胰岛β细胞功能的研究鲜有报道。因此,本研究分别开展了短期暴露MeP对CD-1小鼠β细胞的影响和MeP对CD-1小鼠胰腺和βTC-6细胞转录表达谱的影响以及MeP通过ERRγ介导PI3K-Akt-NF-κb2信号通路调控CCL5,CXC L12和CCL19分泌的影响,探讨MeP对小鼠胰岛β细胞功能的干扰作用及其分子毒理学机制,从而为MeP类物质的管理和标准制定提供数据和理论支持,为人类和伴侣动物高发的糖尿病的原因提供环境毒理学领域的新数据和新知识。具体研究内容如下:(1)MeP对小鼠胰岛β细胞功能的影响建立了尼泊金酯(Parabens)在小鼠日粮中定量检测的液相串联质谱(Chromatography tandem mass spectrometry,LC-MS/MS)方法。采用建立的LC-MS/MS方法证明,本试验过程中所使用的小鼠日粮中无Parabens。研究了3mg/kg,10mg/kg和30mg/kg的MeP暴露CD-1小鼠7d后对小鼠β细胞功能的影响。结果显示,10mg/kg的MeP能够造成小鼠血糖耐受性下降,血浆胰岛素含量降低和葡萄糖刺激下胰岛分泌能力降低。利用病理组织学方法观察MeP对小鼠胰岛内胰岛素原分布的影响发现,30mg/kg剂量的MeP暴露小鼠7d后小鼠胰岛内胰岛素原染色阳性面积增大。(2)MeP对CD-1小鼠胰腺组织和βTC-6细胞转录表达谱的影响通过RNA-Seq技术发现10mg/kg的MeP暴露小鼠7d后能够显著改变小鼠胰腺组织内1396个基因的m RNA表达量,对差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs)进行基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)信号通路分析发现,DEGs集中富集于“代谢通路(Metabolic pathways)”、“癌症通路(Pathways in cancer)”和“PI3K-Akt信号通路(PI3K-Akt signaling pathway)”通路。0.1μM、1μM和10μM的MeP暴露βTC-6细胞后可以分别造成细胞内3818个、3167个和2058个基因的m RNA表达量发生显著性改变,采用基因表达趋势分析(Series Test of Cluster,STC)发现倒U型的量效曲线趋势P值最小(P<0.01)、富集到的基因数目最多(1796个)。将与MeP量效关系密切相关的基因进行KEGG富集性分析发现在“癌症通路”,“PI3K-Akt信号通路”和“细胞因子受体互作通路”中主要富集,蛋白互作网络分析发现雌激素受体1(Estrogen receptor 1,Esr1),转录因子核受体亚家族4组A成员3(Nuclear Receptor Subfamily 4 Group A Me mber3,Nr4a3)和雌激素受体相关受体γ(Estrogen related receptor gamma,Esrrg)三个枢纽基因(Hub genes)。对小鼠胰腺组织和βTC-6细胞的转录表达谱进行联合交集分析后,共找到的150个共同调控的关键基因,进行KEGG功能性富集分析发现主要集中“癌症通路”、“PI3K-Akt信号通路”和“细胞粘附分子(Cell adhesion molecules)”信号通路。对这150个关键基因进行GO功能性富集(Gene Ontology,GO)分析发现,基因集中富集于“免疫系统过程(Immune system process)”,“细胞膜(Membrane)”和“蛋白结合(Protein binding)”。对小鼠胰腺组织和βTC-6细胞的转录组数据中的DEGs进行验证比较发现,荧光定量PCR(Quantitative real time polymerase chain reaction,q PCR)结果和RNA-Seq测序结果表达趋势一致,表明RNA-Seq测序结果可靠。以上结果表明,MeP对胰岛β细胞功能的干扰作用可能与胰岛β细胞内相关基因表达量的改变有关,并且PI3K-Akt信号通路在小鼠胰腺组织、胰岛β细胞及胰腺组织和胰岛β细胞的联合分析中均被富集。枢纽基因Esrrg也与MeP和胰岛β细胞功能密切相关。(3)MeP对ERRγ介导的PI3K-Akt-Nf-κB2信号通路的影响分子对接结果显示,MeP能够与ERRγ蛋白LBD区的活性口袋内的GLU275和ARG316形成氢键,结合自由能=-6.2kcal/mol。采用脂质体转染法构建了高表达ERRγ受体的βTC-6细胞,即βTC-6-ERRγ细胞。采用Western blot技术检测了MeP暴露后对βTC-6和βTC-6-ERRγ细胞中ERRγ,PI3K的p85和p110亚基,Akt的Thr308和Ser473亚基,NF-κB2的p100和p52亚基以及CCL5、CCL19和CXCL12的蛋白表达水平变化。结果显示,无外源性配体存在下ERRγ表达量的升高会显著性(P<0.05)提高PI3K的p85亚基和p110亚基的蛋白表达量以及Akt的Thr308和Ser473位点的磷酸化水平。10μM的MeP能够显著性(P<0.05)提高βTC-6-ERRγ细胞中PI3K p85亚基,p110亚基和Nf-κB2 p52亚基,NF-κB2 p100亚基的蛋白表达量以及Akt Thr308位点的磷酸化水平,此外,10μM的MeP能够显著性(P<0.05)提高βTC-6-ERRγ细胞中CCL5和CCL19的蛋白含量。综上所述,本次研究发现10mg/kg的MeP暴露小鼠7d后,能够造成小鼠血浆胰岛素含量下降和葡萄糖耐受性下降以及葡萄糖刺激下胰岛素分泌能力降低从而引起胰岛β细胞功能受损。MeP暴露后小鼠胰腺组织和胰岛β细胞内基因的转录表达谱变化结果提示:MeP对小鼠胰岛β细胞的干扰作用与胰岛β细胞内ERRγ的参与和PI3K/AKT-NF-κB2信号通路的异常活化以及趋化因子的分泌有关。通过体外试验证明,MeP对小鼠胰岛β细胞的干扰作用与其激活ERRγ介导的PI3K/AKT-NF-κB2信号转导通路上调趋化因子CCL5和CCL19的分泌有关。
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