高浓度游离脂肪酸在不同浓度葡萄糖协同作用下诱导胰岛细胞凋亡及胰岛素抵抗的分子机制

摘要

本文通过对不同浓度葡萄糖和高浓度游离脂肪酸协同作用一定时间的β细胞的胰岛素基因表达及分泌功能的检测，β细胞凋亡的形态学检测及凋亡相关基因表达来观察β细胞功能障碍的表现模式。并进一步对功能受损的β细胞进行分子生物学检测，通过观察游离脂肪酸在不同浓度葡萄糖协同作用下对PI-3K、P-PKB、PDX-1活性及表达的影响来揭示这种协同作用导致β细胞功能损伤的分子机制。 研究方法： wistar大鼠胰岛β细胞原代培养及β细胞功能损伤模型的建立采用明尼苏达大学改良方法，原位灌注消化、梯度密度离心分离纯化胰岛。经DTZ特异染色鉴定并过夜孵育后，将细胞分为九组：分别给予A组：5.5mMGlucose：B组：5.5mM Glucose，0.4mM PA；C组：5.5mM Glucose，0.4fnM 0A；D组：11mM Glucose；E组：11mM Glucose，0.4mM PA；F组：11mM Glucose，0.4mM0A：G组：25mM Glucose：H组：25mM Glucose，0.4mM PA：Ⅰ组：25mM Glucose，0.4mM 0A：的系列浓度孵育，在孵育24h、48h后，各取一组细胞(n=6)用放免法测定在16.7mM葡萄糖刺激后1h时培养液上清中的胰岛素含量。用半定量RT-PCR检测上述七组细胞在16.7mM葡萄糖刺激后5min的细胞内胰岛素mRNA水平(n=6)。 利用western技术检测上述九组细胞24h、48h时PI-3K的p85亚单位的蛋白含量以及磷酸化的PKB的蛋白含量(n=4)。半定量RT-PCR检测九组细胞24h、48h时bax、myc以及PDX-1的mRNA表达量(n=6)。 western免疫印迹分析检测PDX-1的蛋白表达量(n=4)。间接免疫荧光染色显示PDX-1在不同状态下细胞内的原位表达。 研究结果： 胰岛细胞收获量、纯度及成活率分别为438±27个胰岛/胰腺；87.68±3.2％；92.3±2.3％。 胰岛细胞的胰岛素分泌功能：培养的胰岛细胞在基础条件下和16.7mM的葡萄糖刺激1h后胰岛素分泌量为39.74±2.73mM，128.94±8.72mM：SI为3.25±0.26，说明胰岛功能良好。 经不同糖和游离脂肪酸糖浓度孵育后实验组胰岛细胞在16．7mM的葡萄糖1h后的胰岛素分泌量：在培养24h后，对照组两个时相分泌量在高浓度组(G组)有增高趋势，组间无明显差别(p>0.05)：在油酸存在时，随着葡萄糖浓度的增高，基础时相分泌量组间比较无明显差别，刺激相分泌量有下降趋势，但无统计学意义：在软脂酸存在时，随着葡萄糖浓度的增高，基础分泌量及刺激后分泌量均明显下降(p<0.01)。在培养48h后不同葡萄糖浓度孵育的两个时相分泌量组间无明显差别(p>0.05)；在油酸存在时，随着葡萄糖浓度的增高，两个时相分泌量组间比较均有下降(p<0.05)：在软脂酸存在时，随着葡萄糖浓度的增高，两个时相的分泌量组间比较下降更明显(p<0.01)。同一浓度葡萄糖水平时，在培养24h后油酸组两时向下降无统计学意义(p>0.05)；软脂酸组两时向均明显下降(p<0.01)。在培养48h后油酸组刺激后时相分泌量减少(p<0.05)：软脂酸组两时向差别显著(p<0.01)各组细胞在16.7mM葡萄糖刺激5min时的胰岛素mRNA表达：在培养24h及48h后，葡萄糖对照组胰岛素mRNA表达组间无明显差别(p>0.05)：油酸组培养24h胰岛素mRNA表达组间无明显差别(p>0.05)，培养48h后mRNA表达(C、I)组间比较存在统计学差异(p<0.05)；软脂酸组培养24h时胰岛素mRNA表达量下降(p<0.05)，培养48h后胰岛素mRNA表达量下降明显(p<0.01)。 各组细胞在不同时间凋亡的原位缺口末端标记技术(TUUNEL)检测：在培养24h及48h后，葡萄糖对照组胰岛细胞凋亡数量无明显差异(p>0.05)，油酸组培养24h凋亡细胞数略有增加，组间比较无统计学差异，48h凋亡细胞数组间比较C组、H组与工组存在差异(p<0.05)，软脂酸组24h细胞即出现明显的凋亡，组间比较均存在差异(p<0.05)。48h后凋亡更加明显，组间比较均存在差异(p<0.01)。各组细胞在不同时间凋亡相关基因bax、myc的mRNA表达：在培养24h及48h后，葡萄糖对照组bax的mRNA几乎不表达，油酸组少量表达，组间无明显差别(p>0.05)，软脂酸组培养24h时bax的mRNA表达量上升(p<0.05)，培养48h后baX mRNA表达量增加明显(p<0.01)。葡萄糖对照组培养24h及48h后及油酸组24h时myc的mRNA表达组间无明显差别(p>0.05)，油酸组48h时myc mRNA表达开始下降(p<0.05)，软脂酸组培养24h时myc的mRNA表达量下降(p<0.05)，培养48h后myc的mRNA表达量下降明显(p<0.01)。 各组细胞在不同时间P13K、磷酸化PKB/Akt、PDX-1蛋白的表达：在培养24h及48h后，葡萄糖对照组组间无明显差别(p>0.05)，油酸组随时间的延长及葡萄糖浓度的增高P13K、磷酸化PKB/Akt及PDX-1蛋白的表达有下降趋势，组间比较48h时C组与Ⅰ组存在差异(p<0.05)，软脂酸组随时间的延长及葡萄糖浓度的增高P13K、磷酸化PKB/Akt及PDX-1蛋白的表达明显下降，组间比较均存在明显差异(p<0.01)。 各组细胞在不同时间PDX-1基因mRNA水平的表达：A、D、G组培养24h及48h的PDX-1基因mRNA水平均无统计学差异(p>0.05)，B、E、H组培养24h的PDX-1基因mRNA表达减少，存在统计学差异(p<0.05)，48h的N/C值组间比较统计学差异显著(p<0.01)。C、F、I组培养24h的PDX-1基因mRNA水平有下降趋势，但无统计学差异(p>0.05)，48h的PDX-1基因mRNA水平组间比较C组与I组存在统计学差异(p<0.01)。 各组细胞在不同时间PDX-1蛋白的核转位表达：细胞免疫荧光结果显示，在培养24h及48h后，对照组在基础状态下均在胞浆内有少量表达，葡萄糖刺激后几乎全部在核内表达。为量化这种核转位程度，每组计数100个细胞并分别记数有荧光信号在核内表达的细胞数N及荧光信号在核周围表达的细胞核数C，比较各组的N/C值。结果为：A、D、G组培养24h及48h的N/C值均无统计学差异(p>0.05)，B、E、H组培养24h的N/C值减少，存在统计学差异(p<0.05)，48h的N/C值组间比较统计学差异显著(p<0.01)。C、F、I组培养24h的N/C值下降趋势，但无统计学差异(p>0.05)，48h的N/C值组间比较存在统计学差异(p<0.01)。 研究结论： 高浓度游离脂肪酸培养可使β细胞的功能受损，表现为基础胰岛素水平分泌降低，葡萄糖刺激后胰岛素的合成及分泌能力下降。导致β细胞的葡萄糖刺激后的胰岛素基因表达减少，这种损伤随葡萄糖浓度升高和时间的延长而加重。 高浓度游离脂肪酸使β细胞出现胰岛素的合成功能损害，同时亦发生胰岛素的分泌功能障碍。在同一浓度水平上，饱和脂肪酸对胰岛细胞功能的损伤大于不饱和脂肪酸，并且这种损伤随着葡萄糖浓度增高和时间延长而加重。 高浓度软脂酸可通过抑制P13K信号转导蛋白的表达，进而降低磷酸化PKB/Akt、PDX-1蛋白的表达引起胰岛细胞自身的胰岛素抵抗，这种损伤作用随葡萄糖浓度增高而加强。在同一浓度水平上饱和脂肪酸(软脂酸)对P13K信号转导蛋白的抑制明显大于不饱和脂肪酸(油酸)，提示对β细胞“脂毒性”而言饱和脂肪酸大于不饱和脂肪酸。 高浓度软脂酸可通过抑制P13K信号转导蛋白的表达，使之抗凋亡作用减弱，进而导致促凋亡基因的表达上调，抗凋亡基因表达下调，从而发生胰岛细胞凋亡，并随葡萄糖浓度升高凋亡数量增加。

目录

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中文论著摘要

英文论著摘要

英文缩略语

论文一高浓度游离脂肪酸在不同浓度葡萄糖协同作用下对Wistar大鼠原代培养胰岛细胞功能损伤模型的建立

前言

实验材料与方法

实验结果

讨论

结论

论文二高浓度游离脂肪酸在不同浓度葡萄糖协同作用下对Wistar大鼠原代培养胰岛细胞凋亡的影响及其分子机制

前言

实验材料与方法

实验结果

讨论

结论

论文三高浓度游离脂肪酸在不同浓度葡萄糖协同作用下对Wistar大鼠原代培养胰岛细胞PDX-1的核酸及蛋白量表达的影响

前言

实验材料与方法

实验结果

讨论

结论

本研究立题创新性的自我评价

参考文献

综述 游离脂肪酸与2型糖尿病发病机制的研究进展

在学期间科研成绩

致谢

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