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葡萄糖是维持细胞代谢和生命活动的重要原料。葡萄糖转运蛋白4(Glucosetransporter4,GLUT4)是葡萄糖摄取的重要载体,对于维持机体的稳态起着关键作用。机体通过调节GLUT4从胞内到膜表面的转运调节脂肪以及骨骼肌等细胞的葡糖糖摄取。GLUT4转运障碍是糖尿病的重要生理原因。因而对于GLUT4这个重要靶点的深入研究显得越来越重要。自噬是细胞代谢方式之一。细胞在饥饿状态下能通过蛋白降解使细胞质中物质和细胞器得以循环利用。大量研究发现,自噬及GLUT4都与胰岛素抵抗和肥胖有着密切联系。两者在胰岛素信号通路中都起着一定作用。然而,自噬与GLUT4转运究竟有何影响,对细胞糖摄取究竟有何作用,尚未有人涉及。
本研究以3T3-L1脂肪细胞中GLUT4囊泡为动力学研究对象,通过全内反射荧光显微镜(total internal reflection fluorescence microscope,TIRFM)实时观测3T3-L1成熟脂肪细胞中GLUT4囊泡的运动。采用高斯拟合和相应的搜索算法,从TIRFM时间序列中提取运动轨迹,速度等信息进行统计分析,研究自噬对3T3-L1脂肪细胞近膜区域GLUT4囊泡长距离运动和运动速度及胰岛素响应敏感性的影响。同时采用葡萄糖荧光标记衍生物和流式细胞仪相结合的方法对3T3-L1脂肪细胞的糖摄取进行定量分析。
通过实验研究得出以下结果:1抑制自噬后细胞内易出现块状堆积的GLUT4囊泡,这些囊泡几乎都只在原地静止或成限制性摆动;2抑制自噬后GLUT4囊泡的长距离运动增加,平均运动速度增加,胰岛素刺激后变化也更为剧烈;3抑制自噬后细胞的运动剧烈程度增加,在运动性上对胰岛素响应增强;4抑制自噬能促进脂肪细胞的糖摄取,但并不能增加胰岛素刺激状态下脂肪细胞的糖摄取量。本研究以3T3-L1脂肪细胞GLUT4近膜区域活细胞实时监测平台对GLUT4囊泡的运动情况进行了探讨,并对脂肪细胞糖摄取进行了定量分析,旨在为寻找新的糖尿病药物靶点提供相关实验以及理论依据。