高尿酸增加ROS水平、抑制IRS2/AKT信号通路、诱导胰岛β细胞INS-1胰岛素抵抗

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背景:尿酸是食物中嘌呤碱在体内代谢及人体细胞新陈代谢所产生的终产物。当体内尿酸生成过多或者是体内已产生的尿酸排泄减少,都可以导致高尿酸血症的发生。根据近年来各地高尿酸血症患病率的报道,目前,我国约有高尿酸血症者1.2亿,约占总人口的10%。高尿酸血症是痛风发生的病理基础,近年来的研究发现,高尿酸血症与代谢综合征(metabolic syndrome,MS)的其他组分如肥胖、高脂血症、高血压、糖代谢紊乱等密切相关,原发性高尿酸血症已成为MS的重要组分之一。高尿酸血症常与糖代谢异常尤其是胰岛素抵抗并发,但其相互关系及内在机制尚不明确。已有研究表明,高尿酸血症可以直接参与糖脂代谢紊乱、内皮细胞损伤、肾损伤、炎症等重要病理生理过程,并可引起肝细胞、脂肪细胞、血管平滑肌细胞、血管内皮细胞及肾小球系膜细胞的氧化应激。有研究指出细胞内活性氧的增加可导致细胞对胰岛素的敏感性下降,是胰岛素抵抗的危险因素。  胰岛β细胞功能紊乱在机体的胰岛素抵抗中处于核心地位。β细胞在血糖的调节过程中具备双重身份,其既是产生胰岛素的主体,又是受胰岛素作用的客体。β细胞上的胰岛素受体(IR)、InsR胰岛素受体底物1/2(IRS-1/-2)以及各种信号蛋白(PI3K、PKB、PKC、MAPK)等陆续被发现,证明β细胞存在胰岛素信号转导通路。我们的前期研究发现高尿酸可以诱导胰岛β细胞的氧化应激,抑制胰岛素分泌,然而其机制不甚明了。高尿酸是否诱导胰岛β细胞的胰岛素抵抗,及其对胰岛β细胞功能的影响和相关内在机制等需要进一步研究。  目的:明确高尿酸诱导胰岛β细胞胰岛素抵抗的作用及其分子机制。  方法:  1.INS-1细胞经15mg/dl的尿酸溶液处理12小时后,PBS冲洗三遍,加入1:1000用PBS液稀释DCFH-DA(终浓度为10umol/L),37℃细胞培养箱内孵育30分钟,用PBS液洗涤细胞三次,再应用倒置荧光显微镜蓝光激发,观察细胞;或者最后把细胞消化后十二孔板每孔重悬至500μl PBS,使用流式细胞仪检测细胞内ROS水平。  2.INS-1细胞按5×105密度接种于12孔板,加入15mg/h尿酸培养12h,之后换为添加11.1mmol/L葡萄糖的PBS溶液培养2h,收集培养上清液,通过ELISA方法检测各组上清液中胰岛素浓度。  3.INS-1细胞接种于12孔板,加入15mg/h尿酸培养12h,之后换为添加11.1mmol/L葡萄糖的PBS溶液培养2h,通过电子血糖仪检测上清液中葡萄糖的含量,计算与初始葡萄糖浓度的差值,即为细胞摄取葡萄糖消耗量。  4.INS-1细胞经尿酸(15mg/dl)处理12h,胰岛素100nM/l处理30min,提取蛋白后应用western blot方法检测IRS2(S731)磷酸化水平。为明确HUA是否通过增加氧化应激抑制胰岛素信号通路,将INS-1细胞经10或20mM的NAC溶液(抗氧化剂)溶液预处理2h后,再加入15mg/dl的尿酸溶液继续共培养12h,继续应用蛋白免疫印迹(western blot)方法检测细胞IRS2(S731)和Akt(S473)磷酸化程度。  5.为进一步明确高尿酸作用机制,在INS-1细胞中加入PI3K/AKT信号通路激动剂IGF-1,激活相关信号通路,再次检测INS-1细胞胰岛素分泌量及糖摄取情况变化。  结果:  1.高尿酸引起胰岛β细胞INS-1氧化应激,抗氧化剂NAC抑制高尿酸诱导的ROS水平升高。  2.高尿酸抑制胰岛β细胞INS-1的胰岛素分泌,抗氧化剂NAC改善胰岛β细胞的胰岛素分泌。  3.高尿酸抑制胰岛β细胞INS-1的糖摄取,抗氧化剂NAC改善胰岛β细胞的糖摄取。  4.高尿酸增加INS-1细胞中IRS-2(S731)磷酸化水平,并抑制AKT(S473)磷酸化水平,抗氧化剂NAC恢复由高尿酸诱导增加的IRS-2(S731)磷酸化和AKT(S473)磷酸化水平下降。  5.PI3K/AKT通路激动剂IGF-1可恢复由高尿酸引起的INS-1细胞AKT(S473)磷酸化水平下降,并改善INS-1细胞的胰岛素分泌功能及糖摄取功能。  结论:高尿酸通过增加细胞内ROS水平,抑制IRS2/AKT信号通路,诱导胰岛β细胞INS-1胰岛素抵抗。
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