铁调节蛋白2基因敲除对小鼠糖代谢的影响及其作用机制

发布时间：2017-09-05 13:49

  本文关键词：铁调节蛋白2基因敲除对小鼠糖代谢的影响及其作用机制

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【摘要】：目的:糖尿病是一种常见的全球慢性代谢紊乱性疾病。伴随着人们生活质量的不断提升,糖尿病的患病率也在逐年攀升。据2010年中国非传染性疾病监测项目公布的糖尿病流行病学的调查结果显示:我国18岁以上人群(包括18岁)糖尿病的患病率达11.6%,据此估计中国糖尿病患病人数已达1.139亿,我国已然成为世界第一糖尿病大国。遗传因素、环境因素、以及社会老龄化都是糖尿病患病率骤增的原因。近年来越来越多的证据均表明,促成2型糖尿病发病的一个重要的危险因素为机体内过量的微量元素铁。铁是人体必需的重要微量元素,体内存在严格的铁代谢调控机制以确保体内铁平衡。机体内铁含量升高,可以导致包括糖尿病在内的多种疾病。铁调节蛋白2(IRP2)是细胞中存在的一种多肽,是铁硫簇异构酶中的一种,在各种细胞和组织内均有着极丰富的表达。IRP2在铁调节代谢过程中起重要作用,当敲除IRP2基因后可发生组织铁沉积。多项研究均表明,铁过载与糖尿病发生密切相关,但其中具体的机制尚未完全阐明。铁过载导致的糖代谢异常究竟是与胰岛素的分泌功能下降有关,还是与胰岛素抵抗有关,国内外未见详尽报道。为此,我们拟通过IRP2基因敲除(IRP2~(-/-))构建铁过载小鼠模型,探讨铁过载对糖代谢的影响及其具体机制。方法:随机选取15月龄体重30g左右的C57BL/6品系健康雄性野生型(IRP2+/+组)小鼠和IRP2基因敲除型(IRP2~(-/-)组)小鼠各24只作为研究对象。两组小鼠均于清洁环境中采用标准饲料喂养。分别采用葡萄糖耐量实验和胰岛素耐量实验评估小鼠胰岛β细胞的储备功能和胰岛素敏感性;放射免疫法检测两组小鼠胰岛素水平;原子吸收、同步辐射及免疫组化法检测组织中铁的沉积情况;超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)试剂盒检测肝脏和肌肉氧化应激水平;原位末端标记(te rm ina l de xynuc leoti dyl tr ansfe ra se(Td T)-mediateddUTP nick end labeling,TUNEL)试剂盒检测细胞凋亡情况;Real-time PCR和Western blot检测肝脏组织中胰岛素受体底物2(insulinreceptorsubstrate2,irs2)和肌肉组织中葡萄糖转运体4(glucosetransporter,glut4)的表达。应用spss20.0统计软件进行统计分析,所有计量资料均进行正态性检验,正态分布数据以`x±s表示,非正态分布数据以(最小值,最大值)表示,正态分布资料数据,采用独立样本t检验进行比较,不符合正态分布的资料采用独立样本的mann-whitnyu秩和检验。以p0.05为差异有统计学意义。结果:1与野生型小鼠相比,IRP2~(-/-)小鼠血糖显著升高(葡萄糖耐量实验各点血糖值:0min6.62±0.79mmol/l比5.08±0.27mmol/l,p~(0min)=0.022;15min16.32±3.33mmol/l比13.06±0.81mmol/l,p~(15min)=0.093;30min17.64±2.71mmol/l比13.78±0.85mmol/l,p~(30min)=0.07;60min13.96±1.61mmol/l比9.86±0.89mmol/l,p~(60min)=0.001;120min10.90±1.67mmol/l比6.26±0.36mmol/l,p~(120min)=0.036),胰岛素敏感性显著下降(胰岛素耐量实验各点血糖值:0min6.56±0.59mmol/l比5.10±0.33mmol/l,p~(0min)=0.001;15min4.82±0.19mmol/l比4.28±0.38mmol/l,p~(15min)=0.021;30min4.58±0.13mmol/l比2.52±0.15mmol/l,p~(30min)=0.001;60min3.40±0.23mmol/l比2.74±0.15mmol/l,p~(60min)=0.001;120min5.82±0.47mmol/l比4.34±0.48mmol/l,p~(120min)=0.001),但是,空腹及第一时相胰岛素分泌差别无统计学意义(0min33.15±1.41uiu/ml比31.45±1.41uiu/ml,p~(0min)=0.308;30min70.99±1.22uiu/ml比77.70±6.56uiu/ml,p~(30min)=0.156)。2原子吸收及同步辐射结果显示,与野生型小鼠相比,IRP2~(-/-)小鼠铁主要沉积在肝脏(540.91±131.41μg/g比270.99±64.85μg/g,p0.001)、骨骼肌((43.28,73.47)比(28.49,57.80)μg/g,p0.05)以及胰腺(172.69±7.94μg/g比119.03±11.50μg/g,p0.001)。3胰岛素免疫组化与铁沉积普鲁士蓝染色,确定铁沉积主要发生在胰岛腺泡细胞,而非胰岛β细胞。4与野生型小鼠相比,IRP2~(-/-)小鼠肝脏和骨骼肌组织的sod水平显著下降[(0.47,0.52)比(0.49,0.63)u/mgprot,p~(liver)0.001;(0.81±0.11)u/mgprot比(1.00±0.13)u/mgprot,p~(muscle)0.05],mda水平显著升高[(6.03±1.25)nmol/mgprot比(4.13±0.14)nmol/mgprot,p~(liver)0.05;(1.38±0.20)nmol/mgprot比(1.00±0.10)nmol/mgprot,p~(muscle)0.01],表明IRP2~(-/-)小鼠存在氧化应激紊乱。5IRP2~(-/-)组小鼠肝细胞凋亡信号约为IRP2+/+组小鼠的10倍,骨骼肌细胞凋亡信号约为IRP2+/+组小鼠的12倍,胰腺腺泡细胞凋亡信号约为IRP2+/+组小鼠的3倍,其凋亡细胞数与氧化应激紊乱相关。6与野生型小鼠相比,IRP2~(-/-)小鼠肝脏IRS2、骨骼肌Glut4 mRNA[(0.40,0.84)比(0.54,2.05),p~(IRS2)0.001;(0.01,0.82)比(0.79,1.51),p~(GLUT4)0.001]及蛋白表达水平(0.98±0.24比2.48±0.19,p~(IRS2)0.001;1.04±0.27比1.80±0.15,p~(GLUT4)0.001)显著降低。结论:1铁调节蛋白2基因敲除可导致糖代谢异常,但是,血糖升高的原因并非胰岛素分泌功能受损,而是胰岛素抵抗。2铁调节蛋白2基因敲除后可以导致胰岛素作用的靶器官(肝脏和肌肉)发生铁沉积,后者导致肝脏和肌肉氧化应激紊乱、细胞凋亡增加,肌肉Glut4和肝脏IRS2表达降低,发生胰岛素抵抗,并最终导致糖代谢异常。
【关键词】：铁调节蛋白2 铁过载 细胞凋亡 第一时相胰岛素分泌 胰岛素抵抗
【学位授予单位】：河北医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R587.1
【目录】：

• 中文摘要4-7
• 英文摘要7-11
• 英文缩写11-12
• 前言12-13
• 材料与方法13-26
• 结果26-28
• 附图28-39
• 附表39-41
• 讨论41-43
• 结论43-44
• 参考文献44-47
• 综述 铁过载与糖尿病47-58
• 参考文献52-58
• 致谢58-59
• 个人简历59

【参考文献】

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1 Kharroubi Wafa;Dhibi Madiha;Chreif Imed;Gérard Lizard;Hammami Mohamed;Sakly Rachid;;Differential Alterations of Lipid Status and Lipid Metabolism, Induction of Oxidative Stress by Sodium Arsenate in Female Rat's Liver and Kidney[J];Biomedical and Environmental Sciences;2015年11期

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本文编号：798352