论文部分内容阅读
糖尿病是严重威胁全球人类健康的重大慢性病之一,近十多年来我国糖尿病患病率快速上升,目前糖尿病患者人数已高达9千多万。糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy,DCM)作为糖尿病的严重慢性并发症之一是导致糖尿病患者心力衰竭和死亡的主要原因。糖尿病心肌病是指在排除高血压心脏病、冠心病及瓣膜病变等心脏病,糖尿病患者发生的心肌结构改变及心室舒缩功能异常的心肌病变。糖尿病心肌病的发病机制至今尚未完全阐明,其可能的致病因素包括糖脂代谢紊乱、胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)、心脏自主神经紊乱、心脏小血管病变、心肌细胞凋亡及坏死等。越来越多的研究证据表明,胰岛素抵抗介导的心肌代谢紊乱导致心肌细胞肥大、心肌间质纤维化、胶原沉积等病理变化在糖尿病心肌病发生发展过程中起着重要作用。因此,积极改善胰岛素抵抗已成为防治糖尿病心肌病的重要措施之一。流行病学调查研究发现,蔬菜、水果的摄入量与心血管疾病、糖尿病、恶性肿瘤等重大慢性疾病的发生风险呈负相关。近年来,越来越多的实验研究证据表明膳食植物化学物可能是蔬菜、水果降低慢性病发生风险的主要活性成分,其中黄酮类化合物(flavonoids)的保护效应备受关注。显齿蛇葡萄(Ampelopsis grossedentata)是我国特有的植物,属于葡萄科蛇葡萄属,又称藤茶、茅岩霉茶,主要产地在湖南、湖北、广西、贵州、福建、江西等省的丘陵山区,2013年被国家卫计委批准为新食品资源。二氢杨梅素(dihydromyricetin,DHM)是显齿蛇葡萄叶中含量极高的特征性黄酮类成分,其分子结构与山奈酚、槲皮素、杨梅素等极为相似,它们同属于黄酮醇类化合物。目前研究已证实二氢杨梅素具有抗氧化、抑菌、保肝、降血脂、降血糖、抗肿瘤等生物学作用和药理功效。本实验室前期通过体外细胞实验和动物实验研究发现,二氢杨梅素可通过增加骨骼肌细胞磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)活性,改善高脂诱导的骨骼肌胰岛素抵抗。然而,二氢杨梅素对胰岛素抵抗引起的心功能损害或心肌病是否具有保护作用尚未见研究报道。过氧化物酶体增殖活化受体γ共激活因子-1α(Peroxisome proliferator activator receptor gamma coactivator-1alpha,PGC-1α)主要表达在骨骼肌、心脏、肝、肾等能量需求高和线粒体丰富的组织中,PGC-1α可被AMPK直接磷酸化而激活,继而促进纤维连结蛋白Ⅲ型域包含蛋白5(fibronectin typeⅢdomain containing protein 5,FNDC5)的表达,FNDC5被蛋白酶水解后可产生一种新的蛋白分子鸢尾素(irisin),鸢尾素对靶细胞的线粒体生物合成和氧化磷酸化具有促进作用,从而对改善胰岛素抵抗和糖脂代谢紊乱具有重要意义。基于以上分析,我们推测二氢杨梅素可能通过激活AMPK介导的PGC-1α/FNDC5/irisin通路改善胰岛素抵抗,进而对胰岛素抵抗诱导的心功能损害发挥保护作用。本研究观察了二氢杨梅素干预对高脂饮食诱导的胰岛素抵抗小鼠和自发性胰岛素抵抗ob/ob小鼠心脏功能的影响,并检测了PGC-1α、FNDC5基因在心肌中的表达变化和血清中irisin的水平,旨在阐明二氢杨梅素对胰岛素抵抗引起的心功能损害的保护效应及其潜在的作用机制,为其应用于糖尿病心肌病的防治提供实验依据。主要研究结果和结论如下:(1)二氢杨梅素干预显著改善两种模型小鼠的胰岛素抵抗。高脂饲料喂养的C57BL/6J小鼠和ob/ob小鼠与正常对照组比较,葡萄糖耐量和胰岛素耐量明显受损,表明两种模型小鼠均存在明显的胰岛素抵抗。二氢杨梅素(50mg/kg、100mg/kg)干预16周后,低剂量组对葡萄糖耐量和胰岛素耐量改善效果不明显,而高剂量组可显著改善胰岛素抵抗小鼠的葡萄糖耐量和胰岛素耐量,表明一定剂量的二氢杨梅素干预可有效改善胰岛素抵抗。(2)胰岛素抵抗小鼠伴有心功能不全发生,二氢杨梅素干预对胰岛素抵抗小鼠的心功能具有保护作用。超声心动图显示高脂饮食诱导的胰岛素抵抗C57BL/6J小鼠心脏左室舒张末期内径(left ventricular end-diastolic dimension,LVIDd)增加,舒张早期二尖瓣血流速度与舒张晚期二尖瓣血流速度比值E/A比值、左心室射血分数(left ventricular ejection fraction,LVEF%)和左室短轴缩短率(fractional shorting,FS%)明显降低,二氢杨梅素干预16周后,明显降低LVIDd,增加E/A、LVEF%和FS%。ob/ob小鼠心功能指标LVEF%和FS%显著下降,二氢杨梅素干预后显著增加LVEF%和FS%。结果提示胰岛素抵抗小鼠存在左心功能不全,二氢杨梅素干预对胰岛素抵抗小鼠心功能损害具有保护作用。(3)二氢杨梅素可能通过激活心肌PGC-1α/FNDC5/irisin信号通路保护胰岛素抵抗小鼠的心功能。蛋白免疫印迹和免疫组织化学染色检测结果显示,高脂饮食诱导的胰岛素抵抗C57BL/6J小鼠和自发性胰岛素抵抗ob/ob小鼠的心肌组织中PGC-1α和FNDC5蛋白表达水平均较正常对照组明显下降,ELISA检测发现两种胰岛素抵抗模型小鼠均出现了明显的血清irisin水平下降;二氢杨梅素干预16周后,心肌组织中PGC-1α和FNDC5表达水平较模型组显著增加,血清irisin水平显著增加。鉴于PGC-1α/FNDC5/irisin通路在调控心肌细胞线粒体生物合成和氧化磷酸化功能中的重要意义,实验结果提示二氢杨梅素可能通过激活心肌细胞PGC-1α/FNDC5/irisin信号通路保护胰岛素抵抗小鼠的心功能。综上所述,高脂膳食诱导的胰岛素抵抗或自发性胰岛素抵抗小鼠均伴有左心功能不全,同时心肌组织中PGC-1α和FNDC5表达水平明显降低,血清irisin水平明显降低,而二氢杨梅素干预能够显著改善两种小鼠的胰岛素抵抗状态,并可能通过PGC-1α/FNDC5/irisin信号通路保护胰岛素抵抗小鼠的心功能。因此,二氢杨梅素在糖尿病心肌病防治当中具有潜在应用价值。