氨基酸调控胰岛素分泌的作用与途径研究

发布时间：2020-04-26 00:23

【摘要】：研究表明,内分泌变化可能是氨基酸(AA)供给影响奶牛乳蛋白合成的途径之一。胰岛素,作为体内唯一降低血糖浓度的激素,对乳蛋白合成有重要的调控作用。然而在泌乳动物上影响胰岛素分泌的AA种类和其作用途径还缺乏系统的认识,因此本研究以泌乳大鼠、泌乳小鼠、泌乳山羊和β细胞系为模型,比较不同必需氨基酸(essential amino acid,EAA)对胰岛素分泌的影响及其作用途径,以期为泌乳动物氨基酸需要评定策略提供一定理论参考。1.日粮蛋白水平对泌乳大鼠胰岛素浓度的影响。泌乳大鼠分娩后随机饲喂9%、21%和35%三种蛋白水平的日粮15天,以观察其对血浆和胰腺内胰岛素和胰高血糖素浓度的影响。结果表明,与9%和21%蛋白日粮相比,35%蛋白日粮分别提高了血浆胰岛素(25%和37%)和胰高血糖素(17%和31%)的浓度;但这两种激素在胰腺内的含量却以21%蛋白日粮组最高。35%蛋白日粮饲喂下,泌乳大鼠肝脏糖异生的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase,G6Pase)的活性显著高于另外两个处理组。将三个处理组的数据合并后分析发现,血浆一氧化氮(nitric oxide,NO)浓度与循环血液中胰岛素的水平显著负相关,但与胰腺内胰岛素、胰高血糖素和二者的比值(insulin-to-glucagon ratio,IGR)显著正相关。多元回归分析发现,血浆胰岛素水平主要与血浆中苏氨酸(Thr)和苯丙氨酸(Phe)浓度相关,而胰高血糖素水平则主要与缬氨酸(Val)、丝氨酸(Ser)、天冬酰胺(Asn)和瓜氨酸(Cit)相关。2.梯度EAA供给对大鼠β细胞胰岛素分泌和线粒体代谢的影响。培养基中0%、20%、40%、60%和100%含量(对照组)的EAA处理INS-1细胞24 h以观察其对长期胰岛素分泌和线粒体代谢的影响。培养基中EAA含量的增加以二次方的形式降低了INS-1细胞胰岛素的分泌和细胞内胰岛素的含量以及AA转运载体的基因表达,但对胰岛素基因(Ins2)表达没有影响。另一方面,梯度EAA增加虽然对INS-1细胞葡萄糖摄入和葡萄糖转运载体基因表达没有影响,但以二次方的形式改变了细胞内腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphoric acid,ATP)的浓度并线性降低了线粒体转录因子A(transcription factor A,Tfam)、解偶联蛋白2(uncoupling protein2,Ucp2)和线粒体关键酶的基因表达。3.单一EAA刺激对大鼠β细胞胰岛素分泌和线粒体代谢的影响。含有11.1 mM葡萄糖和10 mM浓度单一EAA的Krebs-Ringer bicarbonate HEPES buffer(KRBH)溶液处理INS-1细胞1 h来观察单一EAA短期处理对胰岛素分泌和线粒体代谢的影响。结果表明:与不添加EAA的对照组(None)相比,高浓度的精氨酸(Arg)短期处理促进了INS-1细胞胰岛素的分泌,而色氨酸(Trp)则抑制胰岛素的分泌;并且该两种EAA处理均显著降低了INS-1细胞内ATP的含量。荧光定量分析发现,与None处理相比,高浓度组氨酸(His)、亮氨酸(Leu)和Thr处理降低了Tfam基因的表达,10 mM的His、异亮氨酸(Ile)、Thr和缬氨酸(Val)处理提高了Pdx1基因的表达。对照组基础上添加高浓度的Ile和Phe提高了线粒体NADPH脱氢酶4L亚基(NADH dehydrogenase subunit 4L,Nd4l)基因的丰度,但添加高浓度的Arg和His降低了酮戊二酸脱氢酶(oxoglutarate dehydrogenase,Ogdh)基因的表达。另外,Arg处理相比对照组增加了INS-1细胞的Ca~(2+)浓度。4.日粮添加和缺失Arg对泌乳小鼠胰岛素浓度的影响。泌乳小鼠分娩后分别饲喂不同试验日粮15天来观察补充或缺失Arg对胰岛素分泌、肝脏糖异生和Arg代谢的影响。试验处理为:9%蛋白水平日粮(LP)、9%蛋白+Arg日粮(LP+Arg)、21%蛋白水平日粮(HP)和21%蛋白-Arg日粮(HP-Arg),缺失或增加的Arg量等于12%蛋白日粮中含有的Arg数量。结果表明,与9%蛋白日粮相比,21%蛋白日粮显著增加了母鼠体增重和仔鼠窝增重以及血浆中葡萄糖、NO和Arg浓度。21%蛋白日粮缺失Arg促进了乳腺β-酪蛋白(casein beta,Csn2)的表达,但降低了血浆Arg的浓度。9%蛋白日粮添加Arg显著增加了血浆中胰岛素的浓度和IGR,但降低了胰腺中胰高血糖素的含量。与21%蛋白日粮相比,缺失Arg同样增加了循环血液中胰岛素浓度和IGR,但降低了胰腺内胰岛素和胰高血糖素的含量。添加和缺失Arg均显著降低了肝脏PEPCK、G6Pase和精氨酸酶(Arginase)的活性。同时,低蛋白日粮添加Arg降低了蛋白质精氨酸甲基转移酶(protein arginine methyltransferase,RPMT)的活性而高蛋白日粮缺失Arg则增加了肝脏一氧化氮合成酶(nitric oxide synthetase,NOS)的活性。5.不同Arg供给对小鼠β细胞胰岛素分泌和线粒体代谢的影响。含0、0.04、0.4、4(对照组)和8 mM浓度Arg的培养基处理MIN6细胞24 h以观察不同Arg供给对胰岛素分泌与线粒体代谢的影响。结果表明,标准培养基中减少或增加Arg均降低了MIN6细胞的活力但增加了细胞内NOS的基因表达和蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)的活性。与0.4 mM处理相比,0.04处理增加了MIN6细胞胰岛素的分泌而4和8处理组降低了胰岛素的分泌。此外,与对照组相比,0和0.04 mM浓度Arg增加了细胞内胰岛素的含量和葡萄糖激酶(glucokinase,GCK)的活性,但降低了MIN6细胞对葡萄糖的摄取。6.颈静脉灌注不同AA对泌乳山羊胰岛素浓度的影响。5头泌乳奶山羊禁饲24小时后颈静脉灌注AA混合物8小时以观察Ile、Leu、蛋氨酸(Met)及Thr(ILMT)和其他AA(RAA)对胰岛素分泌和生产性能的影响。试验处理为灌注液中:(1)不含所有AA(NTAA);(2)含3倍代谢蛋白(metabolic protein requirement,MP)需要量的ILMT,但不含RAA(3F0R);(3)3F0R基础上添加1倍、2倍和3倍MP需要量的RAA(3F1R,3F2R和3F3R)。结果表明,相比NTAA组,添加ILMT的其他处理组趋于增加乳蛋白产量和血浆葡萄糖浓度,并显著增加产奶量和乳糖产量,但对乳脂产量和含量没有影响。梯度补充RAA趋于以二次方的形式影响产奶量和乳糖产量。随着灌注液中RAA的增加,动脉血糖和胰高血糖素浓度以线性方式、胰岛素浓度以二次方的形式降低。添加ILMT显著降低了乳腺P70 S6激酶(P70 S6 kinase,P70S6K)蛋白的磷酸化水平,但后者随RAA梯度补充而线性增加。以上结果表明:(1)血浆AA和NO浓度以及肝脏糖异生可能参与日粮蛋白水平对泌乳大鼠血浆和胰腺胰岛素和胰高血糖素浓度的影响。(2)培养基中梯度缺失EAA增加了胰岛素的分泌和细胞内胰岛素的含量,并且这种变化伴随线粒体内代谢酶和胰岛素分泌调控因子基因表达的提高(3)高浓度的Arg处理1 h引起INS-1细胞内Ca~(2+)浓度的增加并促进了胰岛素的短期分泌,Trp对胰岛素分泌则呈现抑制作用,而其他AA则对胰岛素分泌没有影响。(4)日粮和培养基中缺失和添加Arg引起的AA不平衡改变了胰岛素的分泌和β细胞对葡萄糖的摄入。(5)ILMT和其他AA对泌乳山羊胰岛素的分泌影响不同,并且其作用效果可能与血浆浓度存在一定关系。
【图文】：

过程图,胰岛素分泌,胰岛β细胞,两相

3图 1.1 胰岛β细胞胰岛素分泌的两相过程（Newsholme et al. , 2014）。e 1.1 The pancreatic β cell biphasic insulin secretion response（Newsholme et al. ,

途径,磷脂酶,腺苷酸环化酶,胰岛素分泌

程（Bratanova-Tochkova et al. , 2002），例如磷脂酶 C（p酶 C（protein kinase C, PKC）或腺苷酸环化酶（adenylateprotein kinase A, PKA）途径，如图 1.2 所示。下面对这两
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S816

【参考文献】