慢性炎症致C57BL/6J小鼠糖代谢紊乱及其相关分子机制的研究

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第一部分小鼠慢性系统性炎症模型的建立目的:慢性低丰度炎症与氧化应激在炎症性疾病的发生、发展中起关键作用。促炎症因子(CRP、IL-6、TNF-α)与糖耐量减低、肥胖及动脉粥样硬化等密切相关。本研究通过对C57BL/6J野生型小鼠连续皮下注射10%酪蛋白14周建立慢性炎症模型,以模拟人体内慢性炎症状态,并检测小鼠血清炎症因子水平及肝脏组织中炎症相关基因及蛋白的表达水平。方法:将8周龄雄性C57BL/6J小鼠随机分为四组:普通饮食组(NCD,n=12),普通饮食+炎症组(NCD+Casein,n=12),高脂饮食组(HFD,n=12),高脂饮食+炎症组(HFD+Casein,n=12)。其中高脂饮食84%的能量来自脂肪。NCD+Casein组及HFD+Casein组隔日皮下注射0.5ml10%酪蛋白,NCD组及HFD组隔日皮下注射0.5ml生理盐水作为对照。饲养14周后处死,收集小鼠血浆及肝脏组织。ELISA法检测血清及肝脏组织TNF-α、SAA水平。实时定量PCR和Western blot方法分别检测肝脏组织中TNF-α、MCP-1基因及蛋白表达水平。结果:(1)分别给予普通饮食及高脂饮食饲养14周后,皮下注射酪蛋白组小鼠血清中SAA、TNF-α含量均明显高于各自对照组(P<0.05)。(2)实时定量PCR结果显示:NCD+Casein组及HFD组小鼠肝脏组织TNF-α、MCP-1基因表达与NCD组明显增加(P<0.05);与HFD组相比,HFD+Casein组肝脏组织MCP-1基因表达明显增加(P<0.05)。(3)Western blot结果显示:与各自对照组相比,NCD+Casein及HFD+Casein组小鼠肝脏组织TNF-α、MCP-1蛋白表达明显增加(P<0.05)。结论:通过连续皮下注射10%酪蛋白14周后,小鼠血清及肝脏组织中炎症因子水平均明显增加,说明成功建立了小鼠慢性炎症模型,能够更好的模拟人体内慢性低丰度炎症状态。第二部分慢性炎症对C57BL/6J小鼠糖代谢的影响目的:慢性炎症与代谢性疾病密切相关,能够增加患代谢性疾病的风险。代谢性疾病是指包括糖尿病、肥胖、脂代谢异常及动脉粥样硬化性心脏病等在内的一系列代谢紊乱症侯群。本实验旨在通过建立C57BL/6J小鼠慢性炎症模型,观察慢性炎症对小鼠糖代谢的影响。方法:全自动生化分析方法检测血糖水平;ELISA方法检测血清胰岛素含量;葡萄糖耐量试验和胰岛素耐量试验评价小鼠胰岛素抵抗程度。结果:与对照组相比,炎症处理组小鼠空腹血糖明显增加;糖负荷后,炎症组小鼠与各自对照组相比,各个时间点的血糖水平均明显升高,说明慢性炎症使C57BL/6J小鼠葡萄糖耐量受损。胰岛素耐量试验结果显示,注射胰岛素后,对照组小鼠血糖急剧下降,30min时下降至基础血糖水平(0h血糖水平)的40%。NCD+Casein组及HFD组血糖下降缓慢,并很快升高。联合处理组(HFD+Casein)0-30min血糖下降缓慢,至120min仍持续下降,未向基础水平回复。说明慢性炎症使C57BL/6J小鼠胰岛素的敏感性降低。结论:慢性炎症使C57BL/6J小鼠空腹血糖水平增加,葡萄糖耐量受损及对胰岛素的敏感性降低。第三部分慢性炎症对肝脏组织糖异生及胰岛素相关信号通路的影响目的:肝细胞通过糖异生和糖酵解途径调节葡萄糖生成与利用的平衡,对维持血浆葡萄糖稳态发挥着重要作用。肝葡萄糖生成失调,特别是糖异生作用的增加所致的高血糖在一定程度上与糖尿病的发生有关。肝脏糖异生受一系列转录因子的调控,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase,G-6-Pase)是肝脏糖异生信号通路中的关键酶。近年来发现慢性系统性炎症是导致胰岛素抵抗的重要因素之一。在胰岛素抵抗状态下,胰岛素失去了其抑制糖异生的作用,使肝脏葡萄糖输出增加,产生高血糖和葡萄糖耐量减低。mTOR是新发现的机体细胞内营养成分的重要感受器,与胰岛素抵抗(IR)的发生密切相关。慢性炎症是否可以通过活化mTOR信号通路进一步加重胰岛素抵抗目前尚不清楚。本实验旨在探讨慢性炎症对肝脏组织糖异生的影响及慢性炎症能否通过激活mTOR/S6K信号通路而诱导胰岛素受体底物-1(IRS-1)发生异常磷酸化(丝氨酸/苏氨酸(ser/thr)磷酸化增加,酪氨酸(tyr)磷酸化减少),从而使胰岛素受体后信号传导通路受损,胰岛素抑制糖异生作用减弱,诱导胰岛素抵抗。方法:实时定量PCR方法检测肝脏组织糖异生相关的PEPCK、G-6-Pase的基因表达水平;Western blot分别检测肝脏组织PEPCK、G-6-Pase的蛋白表达水平;过碘酸-希夫(periodic acid-Schiff,PAS)染色观察肝细胞糖原颗粒;Western blot检测胰岛素信号通路及mTOR信号通路中相关蛋白的表达及其磷酸化水平。结果:实时定量PCR结果显示:在小鼠肝脏组织中,与NCD组相比,NCD+Casein组、HFD组PEPCK、G-6-Pase的mRNA表达明显上调(P<0.05);与HFD组相比,HFD+Casein组PEPCK、G-6-Pase的mRNA表达亦明显上调(P<0.05)。Western blot结果显示肝脏组织PEPCK、G-6-Pase蛋白表达与基因表达相一致。PAS染色结果显示:与NCD组相比,NCD+Casein组、HFD组肝脏组织糖原含量增多;与HFD组相比,HFD+Casein组肝脏糖原含量明显增多。同时我们观察到炎症组小鼠肝脏组织在中mTOR、S6K总蛋白及磷酸化蛋白表达增强,IRS1、PI3K、Akt、pAkt蛋白表达减弱,同时IRS1丝氨酸/苏氨酸磷酸化表达增强而IRS1酪氨酸磷酸化减弱。结论:慢性炎症使C57BL/6J小鼠肝脏组织糖异生相关的转录因子PEPCK、G-6-Pase表达增加,糖异生作用增加。同时,慢性炎症可激活mTOR/S6K信号通路,促使IRS1的丝氨酸/苏氨酸磷酸化从而阻碍IRS1正常的酪氨酸磷酸化,使胰岛素沿正常的信号通路下传受阻,影响胰岛素受体后信号通路,使胰岛素对肝脏糖异生的抑制作用减弱,使肝脏葡萄糖输出增加,血糖增高、葡萄糖耐量受损,产生胰岛素抵抗。
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