Apocynin及促红细胞生成素对小鼠胰岛素抵抗的治疗及其机制研究

【摘要】随着社会经济的发展,糖尿病(diabetes)正成为全球范围流行的疾病。2型糖尿病(type2diabetes)是糖尿病中最主要的类型,多由于机体产生胰岛素相对不足或由于机体细胞对胰岛素反应性下降,且2型糖尿病常见于肥胖(obesity)个体。近年来,肥胖的发生率越来越高,而肥胖的一个重要特征是胰岛素抵抗(insulinresistance),后者恰是2型糖尿病的主要发生机理。胰岛素抵抗是指机体需要较之正常状态更多的胰岛素才能产生与正常状态同等生物学效应的一种病理状态。越来越多来自动物以及临床研究的证据表明,炎症(inflammation)反应与胰岛素抵抗有着密切联系。在啮齿类动物的肥胖模型中已经证明,肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactor,TNF)-α这一前炎症因子在肥胖导致的胰岛素抵抗中起着极其重要的作用。现在的观点认为,脂肪是产生炎症相关细胞因子及其他生物活性物质的场所。除TNF-a之外,这些细胞因子还包括白介素(interleukin,IL)-6,瘦素(leptin),血清淀粉样蛋白A(serumamyloidA,SAA),抵抗素(resistin),单核细胞趋化蛋白(monocytechemoattractantprotein,MCP)-1,血浆纤溶酶原激活物抑制剂(plasminogenactivatorinhibitor)-1,血管紧张肽原(angiotensinogen),内脂素(visfatin),视黄醇结合蛋白(retinol-bindingprotein)-4等等。此外,随着细胞内炎症信号通路方面的研究,对于胰岛素抵抗产生机制的认识也越来越清楚。现有的研究表明,c-JNK的N末端激酶(c-JUNN-terminalkinase,JNK)以及核因子-κB(nuclearfactor-κB,NF-κB)信号通路在胰岛素抵抗发生中起着极其重要的作用。除了炎症,活性氧自由基(reactiveoxygenspecies,ROS)水平的上升是胰岛素抵抗发生诸多因素中的重要因素之一,主要的实验证据有：1)在体外培养的3T3-L1脂肪细胞中,高剂量的过氧化氢或者其他可导致ROS产生的物质处理后可引起胰岛素抵抗；2)在肥胖个体或实验动物研究中发现氧化应激(oxidativestress)的指标均明显升高。研究还发现,在高脂饮食(high-fatdiet,HFD)喂养的小鼠中,ROS产生相关的基因在胰岛素抵抗或者肥胖出现之前就已经开始上调。此外,多项临床研究还发现胰岛素抵抗或糖尿病患者经抗氧化剂治疗后,机体的胰岛素敏感性增加。Apocynin(4-hydroxy-3-methoxy-acetophenone)是药用植物HimalayanherbPicrorhizakurrooaRoyle提取物的组成成分,具有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamideadeninedinucleotidephosphate,NADPH)氧化酶的特异性抑制作用,因而作为一种抗氧化剂被广泛用于多项研究之中。除了抗氧化作用之外,apocynin还被发现具有抗炎的作用,它可抑制自发性高血压大鼠中NF-κB的激活,下调TNF-α在冠状动脉中的表达,在静脉内皮细胞中降低TNF-α所致的血管细胞间粘附分子(vascularcelladhesionmolecule,VCAM)-1的表达,抑制多形核粒细胞(polymorphonucleargranulocyte)的趋化,减少小鼠气管内过氧亚硝基阴离子,减轻人关节软骨中的炎症介导的软骨破坏,并且降低人单核细胞中环加氧酶(cyclooxygenase,COX)-2的表达。但是,apocynin在胰岛素抵抗中的治疗作用及其机制还没有被系统的研究。本研究主要目的之一是观察apocynin对高脂诱导胰岛素抵抗小鼠的治疗效果,并探讨其与炎症抑制和氧化损伤拮抗相关的治疗机制。促红细胞生成素(Erythropoietin,EPO)是肾脏产生的一种造血生长因子,上世纪被用于临床疾病的治疗。后续的临床应用研究发现,EPO除了具有促进机体造血功能之外,还呈现抗炎、抗氧化、抗凋亡等作用。临床上发现,在伴有或不伴有糖尿病终末期肾衰(end-stagerenaldisease,ESRD)的透析治疗患者,采用EPO治疗后胰岛素抵抗有所减轻,但相关机制尚未阐明。本研究在观察分析Apocynin、EPO胰岛素抵抗治疗作用的同时,将深入探讨这两种药物针对胰岛素抵抗的治疗机制。第一部分Apocynin的抗氧化作用对高脂小鼠胰岛素抵抗的影响这部分主要研究apocynin对高脂饮食导致的胰岛素抵抗小鼠的氧化应激和抗氧化酶的影响。C57BL/6J小鼠经12周高脂饮食喂养后,呈现明显的胰岛素抵抗特征。再此基础上给予apocynin(2.4g/L,饮水中)治疗5周。结果显示apocynin治疗可明显改善高脂小鼠的高血糖、高胰岛素血症以及高脂血症。同时腹腔注射糖耐量实验(intraperitonealglucosetolerancetest,IPGTT)以及胰岛素抵抗的动态模型评估(homeostasismodelassessmentofinsulinresistance,HOMA-IR)均显示高脂小鼠经apocynin治疗后其胰岛素敏感性增高。与未治疗组相比,apocynin治疗组的血清丙二醛(malondialdehyde,MDA)明显降低而血清过氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD)明显增高,提示apocynin可抑制系统的氧化应激。同样,在肝脏中MDA的水平也在apocynin治疗后明显降低,而与抗氧化系统(antioxidativedefensesystem)相关的SOD、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione-peroxidase,GSHpx)均升高。与此对应,肝脏内谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量则减少。此外,我们还意外的发现肝脏过氧化氢酶(catalase,CAT)在apocynin治疗后明显降低,这可能是apocynin治疗后肝脏内过氧化氢以及氧化应激减少的佐证。这些结果揭示了apocynin可以在高脂小鼠中通过减轻机体细胞的氧化应激来缓解胰岛素抵抗。第二部分Apocynin在高脂小鼠中通过抑制炎症而改善胰岛素抵抗这一部分主要研究apocynin对高脂小鼠导致的胰岛素抵抗模型中炎症方面的影响。经12周高脂饮食喂养后,有明显胰岛素抵抗表征的C57BL/6J小鼠进行apocynin治疗实验(2.4g/L,加入饮用水中,持续治疗5周)。结果显示空腹血糖、胰岛素耐量以及糖耐量实验均显示了高脂小鼠胰岛素敏感性的改善。血清内炎症因子TNF-α、IL-6以及Leptin的水平在apocynin治疗组均明显降低。肝脏TNF-α、IL-6、MCP-1以及脂肪组织内TNF-α、IL-6、MCP-1和瘦素的基因表达在apocynin治疗后也明显降低。更重要的是,肝脏内转录因子NF-κB的活性在apocymn治疗后被明显抑制。上述结果表明,apocynin在高脂小鼠导致的胰岛素抵抗模型中可减少循环血液、肝脏以及脂肪组织内的炎症因子,可能与apocynin减轻高脂小鼠胰岛素抵抗的机制有关。第三部分EPO的抗炎和抗氧化作用对高脂小鼠胰岛素抵抗的影响越来越多的研究发现EPO除了具有促进红细胞生成的作用之外,还有其他多种生物学功能。最近研究发现EPO可以减轻胰岛素抵抗,但是其确切机制尚未阐明。在本部分研究中,高脂导致的胰岛素抵抗小鼠根据不同的EPO治疗剂量以及时程分为4个大组。结果发现,EPO减轻胰岛素抵抗的作用可在2周、5周、以及7周治疗组中体现。在对其治疗机制的研究中,我们分析了EPO对胰岛素抵抗小鼠的胰岛素通路、脂质代谢、氧化应激以及炎症等方面的影响。结果发现：1)EPO可明显升高肝脏AKT的活性,而AKT是胰岛素通路中的关键因子；2)EPO可降低肝脏固醇调节元件结合蛋白-1c(sterolregulatoryelementbindingproteinisoform,SREBP1-c)、脂肪酸合酶(fattyacidsynthase,FAS)的表达,降低脂肪组织内SREBP1-c的表达,增加脂肪组织脂蛋白酶(lipoproteinlipase,LPL)的表达；3)EPO可明显增高肝脏SOD.Cu-ZnSOD.GSH.GPx的水平,降低MDA;4)EPO可降低肝脏以及脂肪组织内炎症相关基因的表达,同时降低血清TNF-α、IL-6以及leptin的水平。EPO还抑制了肝脏内JNK1/2以及NF-κB的活性。我们的工作还发现,低剂量、长程的EPO治疗并不引起血红细胞的升高。总之,本研究在动物模型中证明了EPO可以通过改善胰岛素通路、脂质代谢、氧化应激,降低炎症水平等生物学效应,从而改善胰岛素抵抗。因此,EPO是胰岛素抵抗乃至糖尿病治疗有潜在应用前景的药物之一。
【作者】孟然；
【导师】王亚平；朱大龙；
【作者基本信息】南京大学，内科学（专业学位），2011，博士
【关键词】胰岛素抵抗；高脂饮食小鼠；2型糖尿病；apocynin；促红细胞生成素；炎症；氧化应激；

【参考文献】
[1]李俊杰.一种高效四模LED驱动的设计与分析[D].复旦大学,集成电路工程,2012,硕士.
[2]周凌云,周晶,穆东.基于DEA的区域物流系统协同发展评价[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2014,01:64-68+73.
[3]张树鹏,宋海欧.基于β-环糊精修饰的石墨烯功能化[A].中国化学会.中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C].中国化学会:,2012:1.
[4]吴杰.输电线路施工项目管理优化研究[D].苏州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[5]单福生.基于小波分析和ARIMA模型的中国出口集装箱运价指数预测[D].大连海事大学,交通运输工程,2013,硕士.
[6]王仁军.辽化多元化经营发展对策研究[D].大连理工大学,工商管理,2003,硕士.
[7]徐超群.基于物质点法对TC4合金超高速碰撞的数值模拟研究[D].辽宁大学,理论物理,2012,硕士.
[8]张红英.社区建设与群体性事件防空研究[D].中国海洋大学,公共管理,2011,硕士.
[9]魏效志.高性能静止无功补偿系统的研制及应用[D].山东大学,控制工程（专业学位）,2013,硕士.
[10]方征.数字图像水印算法研究[D].南京航空航天大学,测试计量技术及仪器,2004,硕士.
[11]周慧.基于FPGA的硅微机械陀螺仪滑模控制研究[D].重庆大学,仪器科学与技术,2014,硕士.
[12]殷溪莎.乳酸菌素对犊牛生长发育、消化代谢和血液指研究[D].黑龙江八一农垦大学,动物营养与饲料科学,2014,硕士.
[13]张维,孙守增,赵跃峰,郭庆健.《长安大学学报(自然科学版)》2002~2012年主要文献计量指标分析[J].长安大学学报(社会科学版),2014,03:81-87.
[14]谢锋.宫颈癌TSLP来源及其在营造癌灶微环境中的作用[D].复旦大学,妇产科学,2013,博士.
[15]叶剑飞.罗汉柏木烯的异构化[D].浙江大学,化学工程,2003,硕士.
[16]答花花.生物质碳材料改性及其在电催化中的应用研究[D].西北师范大学,高分子化学与物理,2013,硕士.
[17]张忠山.1949-1978年中共党史研究评析[D].扬州大学,中共党史,2011,硕士.
[18]曹小丹.苯乙烯基三苯胺类电荷传输材料的合成及性能研究[D].天津大学,应用化学,2004,硕士.
[19]吴佩烔.基于HSK作文语料库的外国学生汉语比喻运用研究[D].华东师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[20]刘炳文.电务段如何加强施工全过程的监督配合[J].铁道通信信号.2007(08)
[21]李勇霞.高性能氮化硅的制备及其性能研究[D].哈尔滨工业大学,材料学,2013,硕士.
[22]李懋鸣.结冷胶流变行为研究[D].浙江工商大学,食品科学与工程,2013,硕士.
[23]徐俊丹.会计信息化对企业内部控制的影响[J].电子制作.
[24]刘浩怀,刘力飞,卢嘉明,刘晓兰.石墨烯及其衍生物的抗菌性研究进展[J].中国测试,2015,03:8-13.
[25]韩吉鹏.拆迁安置房项目进度风险管理研究[D].中国矿业大学,工程管理,2014,硕士.
[26]李哲.ITP与SLE患者外周血细胞microRNA差异表达的研究[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[27]于海会.某药厂营销人员代理招聘体系研究[D].天津大学,2004.
[28]孙冬梅.民间文学艺术知识产权保护研究[D].黑龙江大学,民商法学,2013,硕士.
[29]张文婷.宜兴地区维管植物区系及主要森林群落的研究[D].南京农业大学,植物学,2012,硕士.
[30]金灿灿.正式控制对员工绩效和激励的影响[D].新疆财经大学,会计学,2013,硕士.
[31]熊应国.高精度GPS实时变形监测软硬件系统开发与研究[D].长安大学,测绘工程（专业学位）,2013,硕士.
[32]孙宁.陈云东北根据地建设思想研究[D].大连理工大学,中国近现代史,2013,硕士.
[33]吴玉鼎.玉米植株碳累积和耗水量的相关性研究[D].甘肃农业大学,作物栽培学与耕作学,2013,硕士.
[34]杨海潮.智能多播路由算法[D].西安电子科技大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[35]王艳萍.移动Web客户端持久化缓存技术研究[D].华中科技大学,计算机技术,2013,硕士.
[36]李颖.用语言学预设理论解析法庭询问[D].辽宁大学,外国语言学及应用语言学,2012,硕士.
[37]杨微.社会网络中社团发现与协同推荐技术的研究[D].杭州电子科技大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[38]李舒怀.关于丢番图方程sx~2-kxy+y~2+lx=0[D].浙江大学,基础数学,2013,硕士.
[39]王洋.煤矿井下安全风险识别与评价研究[D].辽宁工程技术大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[40]王翠柏.杭州市运河片区水安全评价研究[D].浙江大学,水文学及水资源,2013,硕士.
[41]宋辉,刘加.基于微分麦克风阵列的自适应语音增强算法研究及DSP实现[J].自动化学报,2009,09:1240-1244.
[42]范冬梅.阿卡波糖提高2型糖尿病患者血清硫化氢水平[D].河北医科大学,内科学,2014,硕士.
[43]贾世庆.供应链金融创新模式研究[D].天津商业大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[44]刘越.合同法中的信赖利益赔偿研究[D].湘潭大学,法律,2003,硕士.
[45]江晓玲.网上企业银行系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[46]余龙.基于低功耗技术的GPS/北斗Ⅱ双模基带芯片的设计与验证[D].江苏科技大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[47]陈严严.丙烯酸酯类聚合物形态和结构的控制及其对PVC冲击性能的影响[D].华东理工大学,材料科学与工程,2014,硕士.
[48]石斌.The Trail of the Hawk一文的翻译及翻译策略探讨[D].复旦大学,英语笔译,2012,硕士.
[49]张英.影响英语专业大学生文学阅读主要因素的调查研究[D].曲阜师范大学,外国语言学及应用语言学,2004,硕士.
[50]杨江河.犬颅脑枪弹伤后局部脑组织BDNF蛋白表达及意义的实验研究[D].第四军医大学,外科学,2004,硕士.