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目的:糖尿病是一种慢性代谢性疾病,是由于胰岛素绝对或相对缺乏而引起的。在临床上患者被诊断为Ⅰ型糖尿病或Ⅱ型糖尿病时,病人的胰岛β细胞均已达到50%-80%的减少。作为机体中唯一可以分泌降血糖激素即胰岛素的细胞群,胰岛β细胞功能的损伤或数量的减少都会导致糖尿病的发生。有研究表明,糖尿病人的胰岛β细胞的凋亡是由于长期处在高血糖状态,即是由“糖毒性”所诱发的。
Egr-1是被认为和肥胖及糖尿病相关的转录因子。Egr-1同时也是一种早期应激蛋白,可以被很多细胞因子、生长因子快速的激活。有研究报道,Egr-1可能通过调控下游基因多方面地参与到Ⅱ型糖尿病的病理发生过程中。实验室前期也证明了Egr-1与Ⅱ型糖尿病发展过程中的部分胰岛素抵抗的发生有关。然而,Egr-1在糖尿病中的胰岛β细胞凋亡的作用方面还未见研究报道。因此在本项研究中,拟比较在正常浓度葡萄糖以及高浓度葡萄糖的长期诱导条件下,Egr-1基因在胰岛β细胞中表达的水平与β细胞凋亡的程度关系,并探讨该基因表达对高糖诱导的β细胞功能衰竭的影响和相关的机制,为临床Ⅱ型糖尿病的防治提供实验依据。
方法:
本实验中,使用了永生化的非肥胖糖尿病NOD小鼠的胰岛β细胞株,即NIT-1细胞。
1、通过MTT比色法检测高浓度葡萄糖(33.3mM)处理以及竞争性抑制Egr-1活性后,NIT-1细胞的活力变化并计算抑制率。
2、用荧光染料DAPI标记细胞核,并在荧光显微镜下检测不同处理组浓集核和碎裂核的数目,统计各组细胞总凋亡数目。
3、应用DNA片段化和流式细胞仪方法分析高糖处理条件下NIT-1细胞的早期凋亡率,同时竞争性抑制Egr-1活性后检测NIT-1细胞的凋亡变化。
4、Real-time PCR实验检测高糖诱导β细胞中Egr-1 mRNA表达水平的变化以及Western blot法在蛋白水平上检测细胞中Egr-1的表达水平。
结果:
1、MTT检测结果显示高糖诱导48h后,细胞活力出现显著性的下降,而高糖诱导72h后,细胞活力下降更为明显;然而当竞争性抑制Egr-1活性后,高糖诱导48h后细胞活力变化并无显著性差异。
2、DAPI染色标记核碎裂示细胞凋亡的数目的结果显示,与对照组相比高糖处理48h后凋亡数明显增多,而高糖处理72h后,凋亡数目差异更显著。
3、应用DNA片段化方法和流式细胞仪方法结果均进一步证实高糖可以诱导NIT-1细胞的凋亡;然而当竞争性抑制Egr-1活性后,高糖诱导的细胞凋亡得到改善。
4、荧光实时定量PCR(RT-PCR)结果显示,相比较对照组高浓度葡萄糖诱导NIT-1细胞凋亡增加的同时,细胞内Egr-1 mRNA表达水平随着处理时间的延长有明显上调趋势;同时Western blot检测表明Egr-1在后期表达水平的增加极有可能是参与到了胰岛β细胞的凋亡过程中。
结论:本课题研究中,利用永生化的NIT-1胰岛β细胞株为实验模型,在细胞水平上证实了高糖条件可以诱导胰岛β细胞的凋亡并且早期反应基因Egr-1参与到了高糖诱导β细胞凋亡的过程中并探讨了其可能的初步相关机制。主要结论如下:
1、高糖是引起胰岛β细胞损伤和凋亡的重要诱导因素,提示高浓度的葡萄糖对β细胞有毒性作用。
2、Egr-1参与到了高糖诱导的β细胞凋亡,抑制Egr-1的表达可以改善高糖刺激下β细胞的活力下降。提示Egr-1基因有可能成为防治Ⅱ型糖尿病药物的作用潜在靶点,但是具体机制仍不明了,可能还涉及到Egr-1转录调控的其他相关因子,仍需要进一步研究。