2型糖尿病或仅有糖耐量受损的患者普遍存在机体铁过负荷，而铁过负荷已被大量研究证实可以通过氧化应激损伤肝细胞和胰岛β细胞，最终引起胰岛素抵抗以及胰岛素分泌和萃取水平下降，是2型糖尿病发生和发展的独立危险因素。多项前瞻性临床研究表明，机体铁水平与2型糖尿病发病风险呈显著正相关。放血治疗和限铁膳食能够显著帮助控制血糖、改善胰岛素敏感性以及预防2型糖尿病。尽管如此，2型糖尿病患者铁沉积的原因至今却仍尚不清楚。越来越多的证据显示2型糖尿病患者铁过负荷可能与胰岛素信号障碍有关。在同样的摄铁条件下，铁过负荷严重程度会随着糖尿病的进展而不断加重。此外，血糖控制良好的糖尿病患者，其反应机体铁水平的血清铁蛋白和血清游离Fe3+均显著低于血糖控制不佳的糖尿病患者。然而，胰岛素对机体铁代谢，尤其是肝铁负荷的影响及其分子机制目前尚未得到阐明。在本次研究中，我们分别复制了1型、2型糖尿病大鼠模型以及高脂膳食诱导胰岛素抵抗大鼠模型，观察这些大鼠肝铁含量、血铁指标，并进一步在细胞实验中探讨了胰岛素影响调控HepG2细胞hepcidin表达的分子机制。我们的研究基本阐明了胰岛素对机体铁代谢的调控作用，更好的揭示了2型糖尿病患者出现铁过负荷的原因，为进一步预防和治疗2型糖尿病铁过负荷提供了理论依据。第一部分胰岛素对大鼠机体铁稳态的影响我们通过给大鼠腹腔一次性大剂量腹腔注射STZ或在持续的高脂膳食4周后小剂量腹腔注射STZ来分别诱导1型和2型糖尿病。高脂膳食喂养4周后，在小剂量STZ诱导前，我们还对大鼠进行了腹腔注射葡萄糖耐量实验（IPGTT），以验证胰岛素抵抗的存在。此外，我们还通过酮体检测进一步明确并区分了不同类型糖尿病模型的建立。在成功复制1型、2型糖尿病以及胰岛素抵抗大鼠模型后，我们观察了这些大鼠的肝铁水平和相关血铁指标。我们发现STZ诱导的1型和2型糖尿病大鼠均存在轻到中度的肝铁过负荷，同时伴有血清铁、铁蛋白升高以及可溶性转铁蛋白下降，而胰岛素治疗还可以使糖尿病大鼠升高的血清铁水平恢复至正常水平，同时有效降低糖尿病大鼠的肝铁、血清铁蛋白水平，使血清可溶性转铁蛋白受体表现出升高趋势。这些结果不但提示胰岛素信号可能与机体铁过负荷有着非常紧密的联系，胰岛素信号障碍本身即可导致肝铁过负荷，更进一步暗示，胰岛素是通过影响血清铁水平来参与机体铁稳态的调控。除此之外，我们还发现高脂膳食在引起大鼠发生胰岛素抵抗伴高胰岛素血症时，在不升高其空腹血糖的情况下，并没有对机体铁稳态产生明显的影响，提示胰岛素影响铁代谢取决于其通路信号活性是否正常，而并非是绝对值的升高或降低。第二部分胰岛素对大鼠肝脏铁调素（Hepcidin）表达的影响铁调素（Hepcidin）是由肝脏合成分泌，具有抗菌特性的一个由25个氨基酸分子组成在进化上高度保守的多肽。研究发现，hepcidin是机体铁稳态的关键负性调节因子，可以诱导脱铁铁蛋白Fpn发生胞吞继而被蛋白酶水解，从而降低其膜上表达水平，最终抑制肠黏膜细胞和巨噬细胞内铁的释放，从而下调机体循环铁水平，减轻肝脏等主要储铁脏器的铁负荷程度。最近有研究报道显示，伴有铁过负荷的2型糖尿病患者其血清hepcidin前体水平明显低于正常人群，提示这一核心调控因子可能参与了2型糖尿病铁过负荷的产生。因此，我们检测了上述各模型大鼠肝脏hepcidin以及小肠Fpn蛋白的表达水平，同时进一步观察了模型大鼠肠铁表观吸收率的变化，以便更好的明确hepcidin/Fpn轴在糖尿病大鼠铁过负荷中的作用。我们发现STZ处理可以使大鼠肝脏hepcidin含量明显下降，肠道Fpn表达以及肠铁表观吸收率增加，而单纯的高脂膳食喂养却对上述指标没有明显影响，胰岛素治疗可以有效缓解甚至逆转疾病大鼠的这些异常变化。这些证据提示hepcidin很有可能受胰岛素的正性调控，是胰岛素调控机体铁稳态的重要介导因子，其合成不足是糖尿病大鼠发生循环铁水平升高，最终出现肝铁过负荷的重要原因。第三部分胰岛素调控肝细胞hepcidin合成的分子机制研究为了进一步探讨胰岛素调控hepcidin合成的分子机制，我们在HepG2中进行了离体细胞实验。C/EBPα、STAT3和SMADs家族蛋白均是已知的重要的hepcidin转录调控因子，且均为正性调控。已经有研究证实胰岛素可以抑制C/EBPα的mRNA和蛋白表达，说明C/EBPα不可能主要介导胰岛素对hepcidin的上调作用。因此，我们将注意力转向STAT3和SMAD4，通过染色质免疫共沉淀、报告基因等手段研究胰岛素调控hepcidin的分子机制，最后通过胰岛素通路抑制剂进行了完善。我们发现胰岛素处理可以显著提高HepG2细胞hepcidin的mRNA和蛋白表达水平，并表现出时间-效应和剂量-效应关系，提示胰岛素对hepcidin具有直接、明显的促表达作用。胰岛素可能是特异性的通过STAT3来完成这一作用的。通过siRNA干扰细胞STAT3表达能够完全阻断胰岛素对hepcidin的促表达作用，而敲除STAT3结合位点的hepcidin启动子报告基因的荧光活性也不再能够被胰岛素上调。胰岛素只激活STAT3总蛋白的表达，但并不影响STAT3的磷酸化比例，胰岛素对STAT3/hepcidin轴的活化部分依赖于ERK通路，因为ERK抑制剂U0126能够部分抑制胰岛素对hepcidin和STAT3的上调作用，但另一条胰岛素下游重要通路，PI-3K通路的抑制剂LY294002却对其没有任何影响。综上所述，我们的研究表明，hepcidin可以直接受胰岛素调控并因此在糖尿病铁过负荷中发挥重要作用。糖耐量受损或者糖尿病一经诊断明确，就应立即考虑限铁膳食或措施。除了积极有效的胰岛素治疗外，hepcidin或者STAT3激动剂有可能是治疗糖尿病铁过负荷的潜在药物靶点。