黄连素激活四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠肝脏Akt信号通路,降低血糖的研究

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研究背景:   糖尿病(diabetes mellitus,DM)是因胰岛素分泌或利用不足而引起的糖、脂肪和蛋白质代谢紊乱综合征。血糖浓度长期持续的升高是糖尿病发生发展的重要原因,也是加重肝脏糖代谢紊乱的因素之一。由于高血糖的长期存在,机体内平衡功能为保持血糖稳态,需胰岛细胞大量分泌胰岛素,β细胞长期超负荷运作使其功能进一步缺失,加重糖尿病病情及其并发症。同时,糖尿病时糖代谢失常使得血糖长期处于正常范围之上,并通过影响一些信号因子如IRS-1反过来削弱外周敏感组织对胰岛素的反应性,加重外周组织糖代谢的紊乱。近年加强了肝脏胰岛素敏感性变化在糖尿病发展中地位的研究,主要表现在受体后信号通路损伤所致肝脏中葡萄糖胞内转运能力下降,糖原合成减少,胰岛素抑制肝糖输出能力减弱,糖异生作用增强,肝糖原大量转化成葡萄糖进入血液循环,使血糖升高。Akt信号通路是一条至关重要的胰岛素受体后信号通路。Akt可被胰岛素等细胞因子诱导激活,受上游PI3K信号级联系统的影响,并介导下游有关糖代谢相关酶的活性调节,是胰岛素诱导的组织糖脂代谢的重要中间信号分子。Akt功能的变化与糖尿病及胰岛素敏感性降低的机制密切相关。糖尿病或胰岛素抵抗病人体内均可发现胰岛素诱导的Akt磷酸化活性的损坏,Akt基因的突变也会造成严重的糖尿病相关疾病。另外,过表达Akt能保护高糖所造成的血管损伤。这一系列病理或保护机制可能与其参与调节下游糖代谢信号分子GSK-3,GK,进而改变外周组织如肝脏糖代谢水平,调节肝糖原与血糖水平有关。   黄连素是从小檗属植物黄连、黄柏根茎中提取出的一利异喹啉类生物碱,已作为抗菌,抗病毒性药物为治疗细菌性痢疾,肠道感染的药物而广泛应用于临床。近年来黄连素降血糖、降血脂、降血压等药理活性受国内外学者高度关注。我们前期研究证实黄连素具有显著降低实验性糖尿病模型动物血糖的作用[54,55],但其具体降糖机制尚不十分清楚。鉴于胰岛素受体后Akt信号通路的抑制在肝糖原合成抑制、血糖升高的糖尿病病变中的重要作用,黄连素降低血糖是否与激活Akt信号通路提高肝糖原含量相关联,值得深入研究。据此,本实验用四氧嘧啶复制糖尿病小鼠模型,观察黄连素对小鼠DM模型血糖、肝糖原、肝Akt及其下游的糖原合成酶激酶GSK-3、葡萄糖激酶GK等信号通路的影响,以初步探讨黄连素激活Akt信号通路、提高肝糖原含量、降低血糖的作用机制。   研究目的:   1、观察黄连素对四氧嘧啶(Alloxan)诱导的糖尿病小鼠血糖值的变化情况以及对肝糖原的影响。   2、观察黄连素对四氧嘧啶(Alloxan)诱导的糖尿病小鼠Akt磷酸化激活,对GSK-3β磷酸化,葡萄糖激酶基因、蛋白和活性的影响。   研究方法:   30只雄性C57BL/6小鼠,体重23±2g,置于SPF系统进行实验。单次腹腔注射200mg/kg四氧嘧啶复制糖尿病小鼠模型。选取血糖值≥11.1mmol/L造模成功糖尿病小鼠16只,随机分为模型组、黄连素组,每组各8只。同批次8只正常小鼠做为正常对照组。给药组按0.2g/kg/day的剂量灌胃给药,其他组别以同体积溶剂羧甲基纤维素钠给予。实验观察周期为12周。实验期间以月为单位进行尾静脉取血检测血糖浓度。实验结束时,空腹采血,取肝脏组织进行糖原含量,葡萄糖激酶活性的生化检测;用real-time PCR法检测葡萄糖激酶、Akt、GSK-3β的基因表达情况;用western-blot的方法观察葡萄糖激酶蛋白表达情况,Akt和GSK-3β磷酸化水平的变化情况。   研究结果:   1、实验12周时,模型组与正常对照组相比,体重明显下降,空腹血糖值明显升高(P<0.05);黄连素可显著改善四氧嘧啶(Alloxan)诱导的模型小鼠的血糖水平(P<0.05)。   2、生化检测结果显示:与正常组相比,模型组小鼠的肝糖原含量,葡萄糖激酶活性均有显著降低(P<0.05),黄连素能明显提高糖原含量以及激酶活性(P<0.05)。   3、Real-time PCR结果显示:模型组小鼠肝脏葡萄糖激酶mRNA水平明显降低(P<0.05),黄连素组水平有显著性提高(P<0.05)。模型组、黄连素组小鼠肝脏Akt、GSK-3β mRNA水平与正常组相比无明显差异(P>0.05)   4、Western-blot结果显示:与正常组相比,模型组小鼠葡萄糖激酶蛋白表达、phosphorylatedAkt/totalAkt水平明显下降(P<0.05),而phosphorylated GSK-3β/total GSK-3水平显著上升(P<0.05);黄连素组与模型组相比,葡萄糖激酶蛋白表达、phosphorylated Akt/total Akt水平显著升高(P<0.05),phosphorylated GSK-3β/total GSK-3水平则明显下降(P<0.05)。   结论:   1、黄连素具有通过提高肝糖原含量、显著降低四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠空腹血糖浓度的作用。   2、黄连素通过提高Akt的磷酸化活性,促进GCK基因、蛋白表达和活性水平,并抑制GSK-3β活性是其升高肝糖原、降低血糖的机制之一。
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