微波合成壳寡糖双胍对T2DM大鼠胰岛β细胞的修复作用研究

发布时间：2020-10-09 22:44

　　糖尿病是一种多种病因引起的糖脂代谢紊乱性疾病,其中90%~95%为2型糖尿病(T2DM),其特征在于外周组织中的胰岛素抵抗和葡萄糖内稳态受损,发病的必要条件是胰岛β细胞功能缺陷和胰岛素抵抗,胰岛β细胞的损伤和缺陷是导致糖尿病发生发展的主因,从而修复受损的胰岛β细胞就成为治疗2型糖尿病的关键。本论文参照经典口服降糖药甲福明的分子结构,以壳寡(聚)糖为原料,双氰胺为胍基化试剂,通过微波合成,制备不同分子量、不同取代度的壳寡(聚)糖双胍,并建立人肝癌HepG2细胞的胰岛素抵抗(IR-HepG2)模型,研究其对IRHepG2细胞的细胞活力、葡萄糖消耗量的影响。经过细胞实验筛选出对无细胞毒性、提高葡萄糖消耗量效果好的产物用于后续动物实验。以甲福明为阳性对照,探究其对2型糖尿病大鼠的治疗作用及对胰岛β细胞的修复效果。深入研究其对β细胞中胰岛素信号传导通路的影响和对胰岛素分泌及β细胞凋亡的调节,探讨其修复胰岛β细胞的分子生物学机理。首先,以不同分子量的壳寡糖(COS)、壳聚糖(CS)、双氰胺为反应底物,采用微波液相合成法,合成两种取代度的壳寡糖双胍盐酸盐(COSG)、壳聚糖双胍盐酸盐(CSGH),利用红外、核磁等手段对合成的产物进行了表征。实验结果表明:制备的COSG、CSGH成功引入了双胍基团。其次,建立了HepG2细胞胰岛素抵抗(IR)模型,使用COSG和CSGH干预细胞,观察其对IR细胞活力、葡萄糖消耗量的影响。因总体效果COSG优于CSGH,选择COSG用于后续的动物实验。然后,建立了2型糖尿病大鼠模型,以甲福明为阳性对照组,观察了两种分子量的COS和制备的高、低两种取代度的COSG对2型糖尿病大鼠糖稳态以及胰岛素分泌的调节作用,并深入探究了COS、COSG对胰岛β细胞胰岛素信号传导通路及其下游信号因子的影响,讨论其修复大鼠胰岛β细胞的机制。结果表明:本实验选用的COS和所制备的COSG对2型糖尿病大鼠的胰岛β细胞有较好的修复效果。与甲福明相比,COS和COSG可减轻糖尿病大鼠的血糖、尿糖,改善糖尿病大鼠胰岛素分泌,激活PI3K-Akt信号传导通路,一方面促进其下游的FoxO1核输出,进而激活与胰岛素分泌相关的PDX-1-GLUT2/GCK信号通路,另一方面,抑制Akt下游与细胞凋亡相关的GSK-3β-Caspase-3通路,防止细胞凋亡,修复胰岛β细胞功能缺陷和损伤。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R587.1
【部分图文】：

葡萄糖代谢,信号途径,胰岛素受体

图 1-1 在胰岛素介导的葡萄糖代谢中 PI3K/Akt 信号途径的关键作用[27]1.3.1.1 胰岛素受体胰岛素受体(InsR)是由胰岛素、IGF-I、IGF-II 激活的跨膜受体，属于大量的酪氨酸激酶受体。在肝脏、肌肉、脂肪组织中广泛存在，也存在于胰岛 β 细胞膜上[24]。在代谢上，胰岛素受体在葡萄糖稳态的调节中起关键作用，在细胞功能退化的条件下，可能导致一系列的临床表现，主要为糖尿病。在生物化学上，胰岛素受体由单个基因 INSR 编码，在转录过程中交替剪接产生 IR-A 或 IR-B 同种型25]。胰岛 β 细胞长期接受高糖刺激后，InsR 总体活性下降[26]。另有研究表明，InsR 为首的胰岛素信号通路对 GSIS 第一相分泌的重要作用，并且对促进 β 细胞增殖和抑制细胞凋亡有积极作用，因转基因而过度表达的 InsR，可加强 β 细胞的GSIS 分泌，而信号转导通路受阻会使得 GSIS 分泌下降[28]。1.3.1.2 胰岛素受体底物蛋白家族

序列,胰岛,磷酸化,胰腺

图 1-2 Akt 介导的细胞内信号[47].2 FoxO1 与 PDX-1叉头转录因子(Fork / FoxO)家族是一个转录调节因子，包括 FKHR / F2，FKHRL1 / FOXO3 和 AFX / FOXO4 四个亚型，均为进化保守型，度保守的 AKT 磷酸化序列。受 PI3K/AKT 磷酸化级联调控，在调节细凋亡等生理过程中起重要作用，并可能影响免疫细胞亚群之间的平衡[明，PI3K/AKT 信号途径通过对 FoxO1 活性的调节控制胰岛 β 细胞数量 β 细胞数量的扩充需要 FoxO1 的核外排，FoxO1 与胞质蛋白 14-3-3 螯而失去对靶基因的转录功能，而这些靶基因能促进凋亡，如前凋亡基因，而促进胰岛 β 细胞存活[51]。PDX-1 即胰腺十二指肠同源异型盒因子-1，选择性表达于胰腺前体细胞胰岛细胞。PDX-1 是在胰岛 β 细胞生长和发挥功能中起到关键作用的，促进胰腺的早期发育和较晚期 β 细胞的分化，抑制胰岛 β 细胞凋亡并

细胞质,细胞核,胰岛

图 1-3 FoxO1 介入 PDX-1 在细胞核与细胞质之间的迁移 FoxO1 介入了 PDX-1 在细胞核与质之间的迁移X-1 的负性调节因子[53]。PDX-1 能被另一个 fork)调控，FoxA2 是 PDX-1 的上调因子，FoxO1 与 F同的 DNA 结合位点，因此，FoxO1 可以通过竞争 FDX-1 的转录[54]。同时，FoxO1 和 PDX-1 这两个蛋白X-1 阴性的胰岛 β 细胞中 FoxO1 定位于胞核，而在 FoxO1 定位于胞质[55]。-1-GLUT2/GCK 信号通路在胰岛β细胞中特异性表达的转录因子，其末端 1~子结合可调节胰岛素基因的转录表达和胰岛素颗粒响葡萄糖转运蛋白 2(GLUT2)和葡萄糖激酶(GK)等胰胰岛内分泌功能中起关键作用[56, 57]。

【参考文献】