硫化氢对2型糖尿病脂代谢的作用及其机制

【摘要】硫化氢(hydrogensulfide,H2S)是一种有强烈臭鸡蛋气味的无色气体,它一直被人们认为是毒性气体。直到1989年,科学家在大鼠和人脑中检测到了内源性的H2S,提示H2S可能具有一定的生理作用。随着对H2S研究的深入,发现内源性H2S对心血管系统、消化系统、神经系统和免疫系统均有重要的生理调节功能,如它可以调节KATP通道从而使血管平滑肌舒张,降低血压,它也具有抗氧化、抗凋亡、保护线粒体的功能从而可以发挥细胞保护作用等。在体内,H2S由内源性关键酶胱硫醚－β－合成酶(cystathionine-β-synthase,CBS)和胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionine-γ-lyase,CSE)催化产生并受其调节,生理浓度时具有明确的功能并可被外源性气体模拟。因此,H2S成为继一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之后的第三个气体信号分子,从此人们对H2S展开了新的认识。糖尿病是世界上发病率较高的一种疾病,且呈上升趋势。糖尿病患者主要死于心血管疾病,脂代谢紊乱是糖尿病并发心血管疾病的首要危险因子之一,然而其病因并不是很清楚,因此研究糖尿病脂代谢紊乱具有极其重要的意义。据报道,2型糖尿病、过度肥胖、非肥胖型糖尿病(non-obesediabetic,NOD)小鼠体内H2S合成减少。而在Zucker糖尿病大鼠体内胰腺中有大量内源性的H2S产生,且给予外源性低浓度H2S通过调节KATP通道的开放抑制胰腺p细胞的胰岛素释放。但是外源性H2S对2型糖尿病脂代谢是否有作用,目前尚未报道。因此,本文通过对H2S在糖尿病脂代谢方面的研究,将更深入地认识这个新的气体信号分子。首先,以db/db糖尿病小鼠为模型,观察外源性H2S对2型糖尿病小鼠脂代谢的作用。实验中使用硫氢化钠(NaHS)作为H2S的供体,从8周龄开始(糖脂代谢已紊乱),每天腹腔注射不同浓度NaHS(10、50、100μmol/kg/d),持续4周,观察H2S对2型糖尿病小鼠糖脂代谢的影响。结果显示,给药1周后高血糖开始得到缓解,2周时血糖进一步回落,对体重无影响；给药4周结束后,NaHS100μmol/kg/d组小鼠胰岛素的敏感性提高；血浆中低密度脂蛋白(low-densitylipoprotein,LDL)、C-反应蛋白(C-reactiveprotein,CRP)、天门冬氨酸氨基转移酶(asparagineaminotransferase,AST)的水平降低。提示,H2S对2型糖尿病脂代谢具有一定的调节作用,且能改善肝功能的异常。其次,我们通过HE和苏丹Ⅲ染色,以及GPO-POD氧化酶法检测db/db糖尿病小鼠肝脏中脂肪堆积情况和甘油三酯(triglyceride,TG)含量,结果显示,NaHS50μmol/kg/d和100μmol/kg/d治疗组小鼠肝细胞的形态结构基本正常,肝细胞中脂滴聚集减少,但TG含量在各组间无统计学差别。利用PAS染色(PeriodicAcid-Schiffstain)和蒽酮法测肝脏中糖原含量,显示NaHS100μmol/kg/d组小鼠肝脏中肝糖原减少。以上结果提示,H2S可以使2型糖尿病肝脏损伤得到部分改善。然后,为了阐明上述现象的机制,我们还在整体水平对H2S改善2型糖尿病肝脏损伤进行了初步探讨。结果显示,NaHS50μmol/kg/d组db/db糖尿病小鼠肝脏中过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisomeproliferators-activatedreceptorgamma,PPAR-γ)、过氧化物酶体增殖物激活受体α(peroxisomeproliferators-activatedreceptoralpha,PPAR-α)mRNA的水平降低,但其蛋白表达无变化。NaHS10、50、100μmol/kg/d组小鼠肝脏中固醇调节元件-1(sterolregulatoryelement-bindingprotein-lc,SREBP-1c)、羟甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutarycoenzymeAreductase,HMGCoA还原酶)、过氧化物增殖激活受体协同激活子(peroxisomeproliferativeactivatedreceptorcoactivator1,PGC-1、PGC-1α、或PPARGC1)mRNA的水平下降。NaHS100μmol/kg/d组小鼠肝脏中腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activatedproteinkinase,AMPK)和乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-CoAcarboxylase,ACC)磷酸化水平升高,NaHS50μmol/kg/d组ACCmRNA水平下降。提示,H2S可能通过调节AMPK/ACC.SREBP-1c、HMGCoA还原酶、PGC-1α以及PPAR-γ、PPAR-α改善脂代谢紊乱对肝脏的损伤。以上的实验结果表明,H2S通过影响肝脏AMPK/ACC.PPAR等信号分子来改善脂代谢紊乱,减少脂代谢紊乱对肝脏的损伤。最后,为了进一步探讨H2S改善糖尿病小鼠脂代谢紊乱的作用机制,我们运用原代分离培养正常C57BL/6小鼠肝细胞,研究H2S在高糖环境下对肝细胞脂代谢是否有影响。结果表明,给予NaHS50μmol/L可促进肝细胞葡萄糖消耗,减少肝细胞中甘油三酯的含量。之后,westernblot和RT-PCR结果显示,H2S可时间和浓度依赖性地促进细胞内信号分子AMPK和ACC的磷酸化,时间依赖性地促进细胞胞浆和细胞核内PPAR-γ、PPAR-α蛋白表达量。提高细胞PPAR-γ、PPAR-α、葡萄糖激酶(glucosekinase,GCK)mRNA水平,降低脂肪酸合成酶(fattyacidsynthase,FAS).ACCmRNA水平,对SREBP-lcmRNA水平无影响。提示,H2S改善脂代谢紊乱的作用可能与AMPK/AC、FAS、GCK、PPAR-γ、PPAR-α有关。H2S是否通过AMPK影响PPAR-γ、PPAR-α的表达,还需要以后的实验来证明。综上所述,本文在整体水平观察到外源性H2S能改善2型糖尿病脂代谢紊乱,从而有助于减轻肝脏损伤的发生；在细胞和分子水平观察到H2S改善脂代谢紊乱的作用可能与AMPK/ACC、FAS、GCK、PPAR-γ、PPAR-α有关。为硫化氢及其衍生物应用于2型糖尿病糖脂代谢紊乱的预防和治疗提供了依据和线索。
【作者】郝丹丹；
【导师】朱依纯；
【作者基本信息】复旦大学，生理学，2011，博士
【关键词】硫化氢；硫氢化钠；2型糖尿病；脂代谢紊乱；肝细胞过氧化物酶体增殖物激活受体γ；过氧化物酶体增殖物激活受体α腺苷酸活化蛋白激酶；乙酰辅酶A羧化酶；

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