Ghrelin对高脂环境下大鼠成肌细胞甘油三酯沉积及葡萄糖摄取的影响及其分子机制

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近年来,逐渐增多的肥胖和糖尿病带来了很多并发症,糖尿病和肥胖及其相关的胰岛素抵抗、β细胞功能和免疫炎症研究无疑成为现在研究的热点。研究表明,血清游离脂肪酸(FFA)升高和甘油三脂在非脂肪组织(例如肝脏,肌肉和胰腺)的异位沉积与胰岛素抵抗和胰岛β细胞功能衰竭相关。  肌肉是葡萄糖代谢的主要组织,大约75%胰岛素刺激的葡萄糖吸收在肌肉进行。很多研究都显示IR和肌肉细胞内的脂肪沉积密切相关。Perseghin等发现,肌细胞内异常的脂质代谢和甘油三酯沉积与葡萄糖高风险个体的全身胰岛素抵抗相关,其在2型糖尿病的发病机制中可能起主要作用。  最近发现了一种新的多肽——生长激素释放肽(Ghrelin),能刺激生长激素(GH)的分泌,人们相继研究发现它可以调节能量代谢、胃肠功能、抑制肿瘤细胞增殖和调节心血管系统功能,并影响其他激素的释放,已经受到了很多学者的关注,成为代谢领域的研究热点之一。最近的研究发现,Ghrelin与胰岛素抵抗及胰岛素分泌调节有关,这提示我们Ghrelin与糖尿病的发病环节有一定相关性。研究发现在许多外周组织细胞,Ghrelin通过与不同亚型的GHS-R结合并激活一系列信号传导环节如AMPK途径和Akt信号途径而调节细胞增殖分化、脂质代谢、抗炎症反应等作用。骨骼肌是周围胰岛素抵抗的主要靶位。但是,Ghrelin与骨骼肌胰岛素抵抗的机制仍有待探讨。Barazzoni等在给大鼠静脉注入Ghrelin后,发现Ghrelin可使比目鱼肌Akt通路活化、GLUT4 mRNA转录增加,提示Ghrelin促进骨骼肌的葡萄糖转运,从而提高胰岛素敏感性。Heijboer等研究发现给小鼠静脉注入Ghrelin可促进骨骼肌葡萄糖利用。以上研究均是动物体内试验,因此无法判断是否通过其中枢作用所介导。最近有研究证实骨骼肌细胞膜表面存在Ghrelin的特异性结合位点,提示Ghrelin可能对骨骼肌细胞葡萄糖代谢发挥直接作用,但是目前国内外还未见报道。  目的:  1、探讨高脂环境对大鼠成肌细胞甘油三酯的含量及葡萄糖摄取的影响;  2、探讨Ghrelin对脂毒性作用下大鼠成肌细胞甘油三酯沉积及葡萄糖摄取的影响;  3、Ghrelin影响大鼠成肌细胞糖脂代谢的环节及发生机制。  方法:  三日龄wistar大鼠,提取大鼠成肌细胞,进行原代培养,并行免疫组化鉴定。  应用不同浓度棕榈酸(PA)诱导大鼠成肌细胞脂肪变性,MTT法检测细胞活力,油红O染色方法显示细胞内甘油三酯沉积,GPO-POD酶法测定细胞内甘油三酯含量,同位素示踪法检测细胞3氚标记-2-脱氧-左旋-葡萄糖(2-dexoy-D-[3H]glucose)的摄取情况。以确定PA诱导大鼠成肌细胞脂肪变性的最佳浓度及时间。  应用棕榈酸(PA)诱导大鼠成肌细胞脂肪变性,应用油红O染色方法及GPO-POD酶法确定Ghrelin对高脂状态下的大鼠成肌细胞甘油三酯沉积的影响,应用同位素示踪法检测Ghrelin对高脂状态下的大鼠成肌细胞3氚标记-2-脱氧-左旋-葡萄糖(2-dexoy-D-[3H]glucose)摄取的影响。  应用RT-PCR及Western Blot方法,研究Ghrelin对高脂状态下的大鼠成肌细胞GLUT4、AMPK、ACC、UCP3 mRNA表达和蛋白水平的影响,从而研究Ghrelin对高脂状态下的大鼠成肌细胞糖脂代谢影响的分子机制。  数据统计:将所有数据输入SPSS11.5。全部计量资料以mean±SD表示,多组间计量资料比较采用F检验(One-Way ANOVA),两两比较应用q检验(S-N-K法)。P<0.05判定为具有显著性差异。  结果:  1、成肌细胞克隆样梭形生长,成肌细胞内部可见多个核仁。免疫组化鉴定成肌细胞胞浆出现棕黄色为阳性染色。  2、MTT比色法显示随着棕榈酸(PA)处理浓度(0.1~0.5 mM)的增加,及暴露时间(6~24h)的增加,成肌细胞活力不断降低,并呈现剂量和时间依赖性的效应关系。与对照组比较,PA浓度为0.1mM组细胞活力均不受影响,PA浓度为0.3 mM,反应时间6h及12h时细胞活力不受影响,PA浓度为0.3mM、反应时间24小时及PA浓度为0.5mM组细胞活力均显著下降(P<0.01)。因此,PA诱导大鼠成肌细胞脂肪变性模型的反应条件应在细胞活力不受影响的组中选择。  3、油红O染色方法显示正常培养的细胞(未加PA)中未见甘油三酯沉积。加入PA培养6h细胞内可见少量脂肪变性细胞,脂滴数量较少,12h、24h脂变细胞数量明显增多,细胞质内聚集了较多脂滴,部分脂滴融合。0.1mM棕榈酸PA组脂滴数量较少,随PA浓度升高、脂滴沉积增加,但12和24小时无显著差异。  4、GPO-POD酶法测定大鼠成肌细胞甘油三脂含量,与对照相比,0.1mM PA组及0.3mM PA6h组甘油三脂含量无明显增加,甘油三酯含量随PA浓度增加、作用时间延长而增加,12和24小时无显著差异,即0.3mM PA12h、24h组和0.5mM PA组有明显甘油三脂沉积(P<0.01)。  5、同位素示踪法检测大鼠成肌细胞糖摄取,随PA浓度升高、作用时间延长,大鼠成肌细胞糖摄取减低,但12和24小时无显著差异。0.1mM PA24h及0.3mMPA12h、24h及0.5mMPA12h、24h各组的大鼠成肌细胞糖摄取显著减低(P<0.01)。  6、加入0.3mmol/L PA培养12h(B组)可见脂变细胞,细胞质内聚集了较多脂滴,部分脂滴融合。加Ghrelin干预组(C-E)脂滴数减少,随Ghrelin浓度升高、脂滴沉积减少。  7、与正常对照(A组)相比,高脂组及Ghrelin干预组各组成肌细胞中甘油三脂含量明显增加(p<0.01);与高脂组(B组)比较,10-9M、10-7M Ghrelin干预组(D、E组)成肌细胞中甘油三酯含量明显减少(p<0.05,p<0.01);与10-11MGhrelin组(C组)比较,10-7MGhrelin干预组(E组)成肌细胞中甘油三酯含量明显减少(p<0.01)。  8、与正常对照(A组)相比,高脂组及10-11M Ghrelin干预组(B、C组)成肌细胞糖摄取减低(p<0.01,p<0.05);与高脂组(B组)比较,Ghrelin干预各组(C-E组)成肌细胞糖摄取明显增加(p<0.05,p<0.01);与10-11M Ghrelin组(C组)比较,10-7M Ghrelin干预组(E组)成肌细胞中糖摄取明显增加(p<0.05)。  9、与对照组相比,高脂组及干预组GLUT4、AMPK mRNA相对表达率、GLUT4蛋白相对水平均无明显改变,  10、与对照组相比,0.3mM PA组和10-9M、10-11M Ghrelin干预组的UCP3mRNA相对表达率明显降低(p<0.01),10-7M Ghrelin干预组无显著差异;与0.3mM PA组相比,Ghrelin干预各组UCP3mRNA相对表达率均显著升高(p<0.05);Ghrelin干预各组之间无显著差异。  11、与对照组相比,0.3mM PA组和10-11M Ghrelin干预组的p-AMPKα/AMPKα相对蛋白水平明显降低(p<0.01),10-7M、10-9M Ghrelin干预组无显著差异;与0.3mM PA组相比,Ghrelin干预各组p-AMPKα/AMPKα相对蛋白水平均显著升高(p<0.05,p<0.01);10-7M Ghrelin干预组显著高于10-11M Ghrelin干预组(p<0.05)。  12、与对照组相比,0.3mM PA组和Ghrelin干预各组UCP3相对蛋白水平均明显降低(p<0.05,p<0.01);与0.3mM PA组相比,10-11M Ghrelin干预组无明显变化,10-9M、10-7M Ghrelin干预组显著升高(p<0.05,p<0.01);与10-11MGhrelin干预组相比,10-9M、10-7M Ghrelin干预组显著升高(p<0.01)。  结论:  1、棕榈酸(PA)可以作用于大鼠成肌细胞,使其脂肪沉积,甘油三酯含量增加,糖摄取减少,并呈剂量依赖关系。  2、PA诱导大鼠成肌细胞脂肪变性的最佳浓度0.3mmol/L,最佳反应时间12h(H组),此时细胞活力不受影响,并且细胞中有明显的甘油三酯沉积,细胞的糖摄取显著减低。  3、Ghrelin可减少大鼠成肌细胞的甘油三酯沉积,可增加高脂环境下大鼠成肌细胞的糖摄取,并且存在剂量依赖关系。  4、本研究证实在非胰岛素存在时Ghrelin通过刺激AMPK通路直接促进葡萄糖转运,并且通过刺激AMPK磷酸化,促进UCP3活化及ACC磷酸化,从而促进大鼠成肌细胞内脂质氧化,减少甘油三酯沉积,从而减轻脂毒性,进一步促进葡萄糖摄取。
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