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前言:胰岛素抵抗和胰岛素分泌缺陷是2型糖尿病发生公认的病理生理基础,但其具体机制尚未完全明了。目前2型糖尿病与肥胖紧密相关已经成为一种共识。肥胖者由于体内脂肪组织的过度积聚,导致释放过多的游离脂肪酸(Free Fatty AcidFFA)。众多证据表明,脂代谢紊乱在2型糖尿病发病中居于重要地位,FFA升高是2型糖尿病其发病的独立危险因素,日益受到学术界的广泛关注。近些年的研究表明,在2型糖尿病的产生和发展过程中,氧化应激不仅关系到胰岛素抵抗(即影响胰岛素的作用靶点,如肝脏、脂肪和肌肉组织),而且直接影响胰岛B细胞的功能,在糖尿病的发生、发展过程中起了重要作用。抗氧化剂可减少由基产生或直接灭活机体产生的自由基,并增强机体的抗氧化能力,从而阻止或延缓糖尿病的发生、发展。因此,深入研究氧化应激与糖尿病之间的相互关系,以及各种抗氧化剂的作用机制及效果,不但有助于了解糖尿病及其并发症的发病机制,而且将为糖尿病及其并发症的治疗提供了一个新的策略。
近几年,茶叶的提取物茶多酚因其安全无污染及强大的抗氧化作用日益受到大家的青睐。在茶多酚中,各组成份中以黄烷醇类为主,黄烷醇类又以儿茶素(catechins)类物质为主,包括表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、表茶素(EC)、表没食子儿茶素(EGC)和表儿茶素没食子酸酯(ECG)等,其中EGCG的含量最高,约占茶多酚总量的50%-70%。目前国内外一些在细胞、动物模型及人群流行病学方面的研究认为EGCG可以改善胰岛素抵抗及葡萄糖耐量,但其具体机制尚未清楚。而对于EGCG对胰岛β细胞功能影响方面的研究,目前的结论尚存在争议。因此,本研究建立急性的游离脂肪酸升高引起胰岛素抵抗的动物模型,以排除慢性高脂的代偿性反应,应用国内外公认的评价胰岛素抵抗的金标准——高胰岛素正血糖钳夹试验评价静脉应用不同剂量EGCG对胰岛素抵抗的改善情况,并探讨其机制。同时,初步探讨其对高脂条件下Wistar雄性大鼠的胰岛β细胞功能的影响及其可能机制。
方法:
(一)大鼠麻醉状态下行颈动静脉置管术,术后恢复3天后清醒状态下分别输注生理盐水、脂肪乳以及脂肪乳加不同剂量EGCG;
(二)清醒状态下行高胰岛素正血糖钳夹试验评价大鼠胰岛素敏感性;
(三)采用葡萄糖氧化酶法测定血糖,放射免疫法测定胰岛素和c肽;采用比色法测定血浆游离脂肪酸(FFA)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)及谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)活性,ELISA方法测定血浆中8-异前列腺素水平;
(四)用Western-Blot方法检测肌肉,脂肪组织中AMP-activatedproteinkinase(AMPK),phospho-AMPK(Thr172)及胰岛素信号转导过程中相关信号分子IRS-1,phospho-IRS-1(Ser307),Akt,phospho-Akt(Ser473)活性;
(五)免疫组化方法检测肌肉、脂肪组织GLUT-4;
(六)用两步法高糖钳夹试验评价各组大鼠胰岛β细胞功能;
(七)免疫组化方法检测胰腺组织胰岛素的表达;
(八)胰腺组织匀浆MDA、SOD、GPx的检测;
(九)Tunel方法检测胰腺组织胰岛β细胞凋亡情况;
(十)Western-Blot方法检测胰腺组织凋亡相关蛋白Bcl-2,Bax的表达。
结果:
(一)在基础状态,与生理盐水输注组(SAL)比较,脂肪乳输注组(IH)组FFA增加了1倍(P<0.01),血糖升高0.16倍(P<0.05),胰岛素和C-肽分别增加了0.71倍、0.59倍(P<0.05)。EGCG处理组与脂肪乳组相比,FFA水平无明显变化,血糖水平轻度下降(P<0.05),胰岛素和C肽水平也分别明显下降(P<0.05);钳夹组与盐水组相比,FFA水平轻度下降(P<0.01),胰岛素水平大幅度升高(P<0.01),C-肽明显减少(低于所用试剂盒检测下限);
(二)在高胰岛素正血糖钳夹试验中,脂肪乳输注组(IH)葡萄糖输注率(GIR)与生理盐水组(SAL)相比下降了39%(P<0.05),与脂肪乳输注组相比,小剂量EGCG干预组(L-EGCG)GIR增加了56%,大剂量EGCG干预组(H-EGCG)GIR增加了72%,单独EGCG干预组(EGCG)GIR与盐水组(SAL)相比无明显变化;
(三)脂肪乳输注增加了血清中氧化应激指标MDA(P<0.01)和8-异前列腺素浓度(P<0.01),减少了抗氧化酶SOD(P<0.01)和GPx浓度(P<0.01);与脂肪乳组相比,2个剂量的EGCG干预组MDA(P<0.05)和8-异前列腺素浓度(P<0.05)均有所减少,SOD(P<0.05)和GPx浓度(P<0.05)都有所升高;
(四)在肌肉组织中,脂肪乳组Thrl72位点磷酸化的AMPK明显减少(P<0.05),Ser307位点磷酸化的IRS-1活性增加(P<0.05),Ser473位点磷酸化的Akt活性下降(P<0.05),GLUT-4膜转运减少(P<0.05),小剂量EGCG干预组(L-EGCG)和大剂量EGCG干预组(H-EGCG)Thr172位点磷酸化的AMPK表达均明显增多(P<0.05),Ser307位点磷酸化的IRS-1活性下降(P<0.05),Ser473位点磷酸化的Akt活性增加(P<0.05),GLUT-4膜转运增加(P<0.05);
(五)在脂肪组织中,脂肪乳组Thr172位点磷酸化的AMPK明显减少(P<0.05),Ser307位点磷酸化的IRS-1活性增加(P<0.05),Ser473位点磷酸化的Akt活性下降(P<0.05),GLUT-4膜转运减少(P<0.05),大剂量EGCG干预组(H-EGCG)Thr172位点磷酸化的AMPK表达均明显增多(P<0.05),Ser307位点磷酸化的IRS-1活性下降(P<0.05),Ser473位点磷酸化的Akt活性增加(P<0.05),GLUT-4膜转运增加(P<0.05),单独EGCC干预组与盐水组相比,各项指标无明显变化(P<0.05);
(六)在两步高糖钳夹试验中,脂肪乳输注组大鼠在高糖刺激下的胰岛素分泌曲线变钝,胰岛素变化率下降(P<0.05),小剂量EGCG干预组(L-EGCG)和大剂量EGCG干预组(H-EGCG)葡萄糖刺激下的胰岛素分泌率有不同程度的增加(P<0.05);
(七)脂肪乳48小时静脉输注增加了大鼠胰腺组织胰岛细胞的凋亡(P<0.05),而10mg/kg的EGCG干预组可以减少胰岛β细胞的凋亡(P<0.05);
(八)脂肪乳48小时静脉输注减少了胰腺组织抗凋亡蛋白Bcl-2的表达,增加了促凋亡蛋白Bax的表达,减少了Bcl-2/Bax(P<0.05),而10mg/kg的EGCG干预组抗凋亡蛋白Bcl-2的表达增加,促凋亡蛋白Bax的表达减少,Bcl-2/Bax增加(P<0.05)。
结论:
给Wistar雄性大鼠静脉输注脂肪乳48小时使大鼠体内FFA浓度升高了1倍左右,高胰岛素正血糖钳夹试验中脂肪乳组大鼠葡萄糖输注率显著下降,说明脂肪乳输注诱导了大鼠的胰岛素抵抗;
静脉给予5mg/kg和10 mg/kg EGCG干预明显改善了大鼠的胰岛素抵抗状态;脂肪乳输注组大鼠血清中氧化损伤的指标升高,抗氧化酶活性下降。机体出现胰岛素抵抗,给予EGCG干预后,氧化损伤的指标下降,抗氧化酶活性升高,胰岛素抵抗改善,说明氧化应激参与了脂毒性诱导的胰岛素抵抗,而EGCG可以改善脂毒性诱导的胰岛素抵抗;
脂肪乳输注组大鼠脂肪和肌肉组织中Thr172位点磷酸化的AMPK活性下降,给予EGCG干预后Thr172位点磷酸化的AMPK活性恢复,胰岛素抵抗恢复,说明EGCG活化了AMPK途径,并可能参与了胰岛素信号传导过程,改善了胰岛素抵抗;
脂肪乳输注组大鼠脂肪和肌肉组织中经典的胰岛素信号传导通路中Ser307位点磷酸化的IRS-1活性增加,Ser473位点磷酸化的Akt活性下降,GLUT-4膜转运减少,而在EGCG干预组,这些指标都得到了不同程度的恢复,说明EGCG改善了经典的胰岛素信号传导通路中相关指标的活性;
在两步高糖钳央试验中,脂肪乳输注组大鼠在高糖刺激下的胰岛素分泌曲线变钝,胰岛素变化率下降,表明FFA对胰岛β细胞功能造成了损伤;
EGCG干预组葡萄糖刺激下的胰岛素分泌率增加,改善了胰岛β细胞的胰岛素分泌功能;
脂肪乳48小时静脉输注增加了大鼠胰腺组织胰岛细胞的凋亡,而10mg/kg的EGCG干预组可以减少胰岛β细胞的凋亡。