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糖尿病及其并发症,严重威胁人类健康和社会经济发展。糖尿病患病人数、糖尿病并发症的死亡率逐年递增。改善糖尿病糖脂紊乱,缓解糖尿病症状,延长糖尿病生存时间,阻止糖尿病的病情进展成为亟待解决的问题。众所周知,糖尿病尤其是2型糖尿病病理机制是胰岛素抵抗和胰岛细胞的损伤。胰岛细胞损伤的机制包括有氧化应激,内质网应激,炎症反应,线粒体功能失调,晚期糖基化终末产物,O-GlcNAc修饰,低氧状态,胰岛β细胞分化表型的丧失。高脂高糖是诱发胰岛细胞损伤的关键因素。
借助GEO数据库,下载6个2型糖尿病患者提供的胰腺转录组基因检测数据集。利用R语言和edge等软件包进行转录组数据整合和归一化处理以及差异性统计分析,筛选出74个差异基因。利用DAVID,对差异基因进行功能和通路富集分析,以解释糖尿病胰岛损伤的机制。经过GO和KEGG富集分析。发现内质网应激和自噬现象是胰岛细胞结构和功能调节的重要机制。
前人实验探索了,这两种表型的发生发展过程,信号转导途径以及上下游关键分子。
降糖三黄片在临床上积累了丰厚的经验。原方加味桃核承气汤来源于中医经典《伤寒论》,有雄厚的理论基础。在降糖方面有自己的独到之处,其泻热通腑,活血散结,益气养阴的作用使其降糖效果显著。
目的:
为研究高脂高糖诱导的胰岛细胞损伤中,内质网应激和自噬各自的变化以及二者的关系。探索降糖三黄片对胰岛细胞的保护作用,深入挖掘作用机制。
方法:
本研究立足于胰岛细胞生理病理机制,建立糖脂毒性模型,模拟2型糖尿病高脂高糖状态,分别进行体内体外实验。借助转录组数据库以及现代检测工具,探究糖脂毒性对胰岛细胞的损伤机制。评估降糖三黄片整体降糖效果并探究其降糖机制。
体内实验:以db/db小鼠为2型糖尿病模型,在其血糖达标成模之后。分为四组:模型组,降糖三黄片高剂量组,降糖三黄片低剂量组,二甲双胍阳性对照组,以c57小鼠为正常组。干预8周。实验过程中,4周一次测量其体重,饮水,空腹尾尖血糖。8周结束后,测量其OGTT,检测血清糖脂代谢相关生化指标:FINS,TG,CHOL,FFA。光镜下观察胰腺组织及胰岛细胞形态的HE染色切片,观察内质网应激关键蛋白GRP78的染色。电镜观察胰腺组织超微结构,观察自噬小体。
体外实验:首先通过SD大鼠灌胃降糖三黄片,获取中药含药血清。接着以MIN6细胞为研究对象,利用cck8试剂盒筛选合适的糖脂环境。建立MIN6糖脂毒模型。分组为正常组(Ctrl),高脂高糖组(HH),降糖三黄片含药血清组(HH+JT),抑制剂组(HH+JT+SP600125)。利用流式细胞术检测凋亡水平,利用RtqPCR和Westernblot,检测自噬相关分子Beclin,Lc3Ⅱ/Ⅰ和内质网应激相关分子JNK,GRP78,CHOP的基因和蛋白。
结果:
利用生物信息技术发现内质网应激是胰岛细胞损伤的关键机制。
体内实验
实验过程中,正常组C57小鼠与db/db小鼠相比,精神状态良好,活泼好动,动作敏捷,反应灵敏,毛色鲜亮有光泽。Db/db小鼠精神状态一般,疲懒萎顿,毛色油腻,个别甚至出现腹部皮肤溃烂,溃烂年后伤口难以愈合。均出现“三多”的症状,即多饮多食多尿。
体重方面:干预4周时,模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组较正常组体重明显升高。中药高剂量组体重明显低于模型组。干预8周时,模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组较正常组体重明显升高。中药高剂量组明显体重低于模型组。
空腹血糖:干预4周时,模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组FBG明显高于正常组。阳性对照药组FBG明显低于模型组。干预8周时,模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组FBG高于正常组。中药高低剂量组以及西药组FBG明显低于模型组。
饮水:干预4周或8周时,模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组较正常组饮水量明显增加。
OGTT曲线下面积:模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组AUC面积明显高于正常组。中药低剂量组和阳性对照组AUC明显高于模型组。
空腹胰岛素:模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组FINS明显高于正常组。中药高低剂量组与阳性对照组较模型组FINS明显降低。中药低剂量组FINS明显高于模型组。中药高剂量组FINS明显低于中药低剂量组。
空腹血脂:模型组、中药低剂量组以及阳性对照组较正常组TG明显升高。中药高剂量组较模型组TG明显降低。模型组、中药高低剂量组以及阳性对照组较正常组CHOL明显升高。模型组、中药低剂量组较正常组FFA明显升高。中药高剂量组和阳性对照组较模型组FFA明显降低。
光镜下,正常组小鼠胰腺组织,胰岛细胞团数量较多,形态规则,呈圆形或卵圆形。边缘清晰,排列规则,胞浆淡染呈白色或浅粉红色,胞质丰富,胞核清晰呈卵圆形、深染。腺管结构清晰。模型组小鼠,胰岛数量减少,分布稀疏且不均匀。胰岛细胞中度到重度肿胀、空泡变性,局部细胞溶解坏死,细胞排序不齐,形状不规则,胞质边界不清,核淡染。腺管结构不清晰。西药组小鼠,胰岛数量减少较轻,胰岛萎缩,边缘较清晰,排列较规则,胞浆淡染呈白色或浅粉红色,胞质较丰富,胞核较清晰呈卵圆形、较深染。腺管结构较清晰。中药两组相差不多,胰岛数量稍减少,部分胰岛细胞稍萎缩,部分细胞肿胀、空泡变性。细胞较排序不齐,形状稍不规则,胞质边界稍不清,核淡染。腺管结构稍不清晰。
透射电镜观察,与c57小鼠相比,模型组胰岛细胞数量少,分泌颗粒少,线粒体肿胀多,线粒体峭断裂或消融,内质网扩张,髓鞘样小体形成。细胞内双层膜结构的自噬小体较多。内含各种多余或衰老的细胞器等。与模型组小鼠比较,西药组小鼠胰岛细胞数量在正常组与模型组之间,超微结构损伤较少。分泌颗粒较多,线粒体稍肿胀,线粒体内发现自噬小体。细胞质内可见溶酶体以及未降解的自噬泡。中药高低计量组小鼠胰岛细胞数量尚可,两组电镜下超微结构相差不大,胰岛细胞部分损伤。分泌颗粒一般,线粒体部分肿胀,线粒体内发现很多自噬小体。细胞质内可见溶未降解的自噬泡以及自噬空泡。
免疫组化IOD值没有统计学差异。
体外实验
凋亡率:正常组凋亡率明显低于其他三组。模型组明显高于其他两组。中药组明显低于抑制剂组。
PCR结果:模型组GRP78mRNA含量明显高于正常组。抑制剂组明显低于模型组。CHOPmRNA相对表达量:模型组、中药组、抑制剂组较正常组CHOPmRNA相对表达量明显升高;中药组和抑制剂组较模型组明显降低。抑制剂组较中药组明显降低。Beclin1mRNA相对表达量,模型组和中药组较正常组Beclin1mRNA相对表达量明显升高。JNKmRNA相对表达量:抑制剂组较正常组JNKmRNA相对表达量明显降低。LC3mRNA相对表达量:抑制剂组较正常组表达量明显降低。中药组较正常组,表达量明显下降。
Westernblot:GRP78相对表达量:模型组、中药组、抑制剂组较正常组明显升高。中药组和抑制剂组较模型组明显降低。抑制剂组较中药组明显下降。CHOP相对表达量:模型组、中药组、抑制剂表达明显高于正常组。制剂组明显低于中药组。Lc3Ⅱ/Ⅰ相对表达量;模型组和抑制剂组较正常组明显升高。中药组和抑制剂组较模型组明显降低,抑制剂组较中药组明显升高。Beclin1相对表达量:模型组和中药组较正常组明显升高。中药组较模型组明显升高,抑制剂组较模型组明显降低。中药组与抑制剂组相比,抑制剂组较中药组明显降低。pJNK相对表达量:中药组和模型明显升高,抑制剂组明显降低。抑制剂组较模型组明显降低。抑制剂组较中药组明显降低。JNK相对表达量:模型组和中药组明显升高,抑制剂组明显降低。中药组较模型组明显升高,抑制剂组较模型组明显降低。抑制剂组较中药组明显降低。pJNK/JNK相对表达量:模型组和中药组明显升高,抑制剂组明显降低。中药组较模型组明显升高,抑制剂组较模型组明显降低。抑制剂组较中药组明显降低。
结论:
降糖三黄片在调节糖脂紊乱、在保护胰岛方面有一定疗效但是效果不如二甲双胍。
体外实验
糖脂毒性诱发胰岛细胞MIN6凋亡及损伤,损伤机制在于引起自噬、内质网应激的未折叠蛋白过度。
通过JNK抑制剂,抑制内质网应激,我们发现自噬启动相关基因升高,由此得出内质网应激与自噬的关系。内质网应激可以一定程度上启动自噬。
降糖三黄片对糖脂毒性损伤的胰岛细胞有一定保护作用。其作用机制在于改善细胞内质网应激和自噬的调节功能。
JNK抑制剂与降糖三黄片合用改善胰岛细胞的作用最强,为未来降糖药物的研究提供了良好的思路。
借助GEO数据库,下载6个2型糖尿病患者提供的胰腺转录组基因检测数据集。利用R语言和edge等软件包进行转录组数据整合和归一化处理以及差异性统计分析,筛选出74个差异基因。利用DAVID,对差异基因进行功能和通路富集分析,以解释糖尿病胰岛损伤的机制。经过GO和KEGG富集分析。发现内质网应激和自噬现象是胰岛细胞结构和功能调节的重要机制。
前人实验探索了,这两种表型的发生发展过程,信号转导途径以及上下游关键分子。
降糖三黄片在临床上积累了丰厚的经验。原方加味桃核承气汤来源于中医经典《伤寒论》,有雄厚的理论基础。在降糖方面有自己的独到之处,其泻热通腑,活血散结,益气养阴的作用使其降糖效果显著。
目的:
为研究高脂高糖诱导的胰岛细胞损伤中,内质网应激和自噬各自的变化以及二者的关系。探索降糖三黄片对胰岛细胞的保护作用,深入挖掘作用机制。
方法:
本研究立足于胰岛细胞生理病理机制,建立糖脂毒性模型,模拟2型糖尿病高脂高糖状态,分别进行体内体外实验。借助转录组数据库以及现代检测工具,探究糖脂毒性对胰岛细胞的损伤机制。评估降糖三黄片整体降糖效果并探究其降糖机制。
体内实验:以db/db小鼠为2型糖尿病模型,在其血糖达标成模之后。分为四组:模型组,降糖三黄片高剂量组,降糖三黄片低剂量组,二甲双胍阳性对照组,以c57小鼠为正常组。干预8周。实验过程中,4周一次测量其体重,饮水,空腹尾尖血糖。8周结束后,测量其OGTT,检测血清糖脂代谢相关生化指标:FINS,TG,CHOL,FFA。光镜下观察胰腺组织及胰岛细胞形态的HE染色切片,观察内质网应激关键蛋白GRP78的染色。电镜观察胰腺组织超微结构,观察自噬小体。
体外实验:首先通过SD大鼠灌胃降糖三黄片,获取中药含药血清。接着以MIN6细胞为研究对象,利用cck8试剂盒筛选合适的糖脂环境。建立MIN6糖脂毒模型。分组为正常组(Ctrl),高脂高糖组(HH),降糖三黄片含药血清组(HH+JT),抑制剂组(HH+JT+SP600125)。利用流式细胞术检测凋亡水平,利用RtqPCR和Westernblot,检测自噬相关分子Beclin,Lc3Ⅱ/Ⅰ和内质网应激相关分子JNK,GRP78,CHOP的基因和蛋白。
结果:
利用生物信息技术发现内质网应激是胰岛细胞损伤的关键机制。
体内实验
实验过程中,正常组C57小鼠与db/db小鼠相比,精神状态良好,活泼好动,动作敏捷,反应灵敏,毛色鲜亮有光泽。Db/db小鼠精神状态一般,疲懒萎顿,毛色油腻,个别甚至出现腹部皮肤溃烂,溃烂年后伤口难以愈合。均出现“三多”的症状,即多饮多食多尿。
体重方面:干预4周时,模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组较正常组体重明显升高。中药高剂量组体重明显低于模型组。干预8周时,模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组较正常组体重明显升高。中药高剂量组明显体重低于模型组。
空腹血糖:干预4周时,模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组FBG明显高于正常组。阳性对照药组FBG明显低于模型组。干预8周时,模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组FBG高于正常组。中药高低剂量组以及西药组FBG明显低于模型组。
饮水:干预4周或8周时,模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组较正常组饮水量明显增加。
OGTT曲线下面积:模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组AUC面积明显高于正常组。中药低剂量组和阳性对照组AUC明显高于模型组。
空腹胰岛素:模型组,中药高低剂量组以及阳性对照组FINS明显高于正常组。中药高低剂量组与阳性对照组较模型组FINS明显降低。中药低剂量组FINS明显高于模型组。中药高剂量组FINS明显低于中药低剂量组。
空腹血脂:模型组、中药低剂量组以及阳性对照组较正常组TG明显升高。中药高剂量组较模型组TG明显降低。模型组、中药高低剂量组以及阳性对照组较正常组CHOL明显升高。模型组、中药低剂量组较正常组FFA明显升高。中药高剂量组和阳性对照组较模型组FFA明显降低。
光镜下,正常组小鼠胰腺组织,胰岛细胞团数量较多,形态规则,呈圆形或卵圆形。边缘清晰,排列规则,胞浆淡染呈白色或浅粉红色,胞质丰富,胞核清晰呈卵圆形、深染。腺管结构清晰。模型组小鼠,胰岛数量减少,分布稀疏且不均匀。胰岛细胞中度到重度肿胀、空泡变性,局部细胞溶解坏死,细胞排序不齐,形状不规则,胞质边界不清,核淡染。腺管结构不清晰。西药组小鼠,胰岛数量减少较轻,胰岛萎缩,边缘较清晰,排列较规则,胞浆淡染呈白色或浅粉红色,胞质较丰富,胞核较清晰呈卵圆形、较深染。腺管结构较清晰。中药两组相差不多,胰岛数量稍减少,部分胰岛细胞稍萎缩,部分细胞肿胀、空泡变性。细胞较排序不齐,形状稍不规则,胞质边界稍不清,核淡染。腺管结构稍不清晰。
透射电镜观察,与c57小鼠相比,模型组胰岛细胞数量少,分泌颗粒少,线粒体肿胀多,线粒体峭断裂或消融,内质网扩张,髓鞘样小体形成。细胞内双层膜结构的自噬小体较多。内含各种多余或衰老的细胞器等。与模型组小鼠比较,西药组小鼠胰岛细胞数量在正常组与模型组之间,超微结构损伤较少。分泌颗粒较多,线粒体稍肿胀,线粒体内发现自噬小体。细胞质内可见溶酶体以及未降解的自噬泡。中药高低计量组小鼠胰岛细胞数量尚可,两组电镜下超微结构相差不大,胰岛细胞部分损伤。分泌颗粒一般,线粒体部分肿胀,线粒体内发现很多自噬小体。细胞质内可见溶未降解的自噬泡以及自噬空泡。
免疫组化IOD值没有统计学差异。
体外实验
凋亡率:正常组凋亡率明显低于其他三组。模型组明显高于其他两组。中药组明显低于抑制剂组。
PCR结果:模型组GRP78mRNA含量明显高于正常组。抑制剂组明显低于模型组。CHOPmRNA相对表达量:模型组、中药组、抑制剂组较正常组CHOPmRNA相对表达量明显升高;中药组和抑制剂组较模型组明显降低。抑制剂组较中药组明显降低。Beclin1mRNA相对表达量,模型组和中药组较正常组Beclin1mRNA相对表达量明显升高。JNKmRNA相对表达量:抑制剂组较正常组JNKmRNA相对表达量明显降低。LC3mRNA相对表达量:抑制剂组较正常组表达量明显降低。中药组较正常组,表达量明显下降。
Westernblot:GRP78相对表达量:模型组、中药组、抑制剂组较正常组明显升高。中药组和抑制剂组较模型组明显降低。抑制剂组较中药组明显下降。CHOP相对表达量:模型组、中药组、抑制剂表达明显高于正常组。制剂组明显低于中药组。Lc3Ⅱ/Ⅰ相对表达量;模型组和抑制剂组较正常组明显升高。中药组和抑制剂组较模型组明显降低,抑制剂组较中药组明显升高。Beclin1相对表达量:模型组和中药组较正常组明显升高。中药组较模型组明显升高,抑制剂组较模型组明显降低。中药组与抑制剂组相比,抑制剂组较中药组明显降低。pJNK相对表达量:中药组和模型明显升高,抑制剂组明显降低。抑制剂组较模型组明显降低。抑制剂组较中药组明显降低。JNK相对表达量:模型组和中药组明显升高,抑制剂组明显降低。中药组较模型组明显升高,抑制剂组较模型组明显降低。抑制剂组较中药组明显降低。pJNK/JNK相对表达量:模型组和中药组明显升高,抑制剂组明显降低。中药组较模型组明显升高,抑制剂组较模型组明显降低。抑制剂组较中药组明显降低。
结论:
降糖三黄片在调节糖脂紊乱、在保护胰岛方面有一定疗效但是效果不如二甲双胍。
体外实验
糖脂毒性诱发胰岛细胞MIN6凋亡及损伤,损伤机制在于引起自噬、内质网应激的未折叠蛋白过度。
通过JNK抑制剂,抑制内质网应激,我们发现自噬启动相关基因升高,由此得出内质网应激与自噬的关系。内质网应激可以一定程度上启动自噬。
降糖三黄片对糖脂毒性损伤的胰岛细胞有一定保护作用。其作用机制在于改善细胞内质网应激和自噬的调节功能。
JNK抑制剂与降糖三黄片合用改善胰岛细胞的作用最强,为未来降糖药物的研究提供了良好的思路。