脂肪组织源性microRNA-450a-5p通过下调DUSP10导致T2DM发生的作用及机制研究

来源 :石河子大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lincl008
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目的:本研究在收集正常体重个体、肥胖个体及2型糖尿病(Type 2 Diabetes Mellitus,T2DM)患者一般资料及血清样本,以及构建饮食诱导肥胖小鼠模型的基础上,分析microRNA-450a-5p的表达水平与血糖、血脂及一般资料的相关性;在体外培养HepG2细胞、L02细胞及3T3-L1细胞的基础上,观察microRNA-450a-5p是否通过靶向下调双特异性磷酸酶10(Dual Specificity Phosphatase 10,DUSP10)导致细胞糖、脂代谢紊乱,诱发胰岛素抵抗(Insulin Resistance,IR)和T2DM,并探讨可能的分子机制,为临床治疗寻找分子靶标提供新的理论依据。方法:(1)2016年9月-2019年10月,在新疆生产建设兵团第三师51团、玛纳斯县清水河乡及石河子大学医学院第一附属医院收集维吾尔族、哈萨克族和汉族正常体重(n=72)、单纯性肥胖(n=120)以及T2DM(n=58)个体血清样本,检测血清中血糖与血脂水平,及血清中microRNA-450a-5p表达量。(2)选用4周龄雄性C57BL/6小鼠,构建高脂饮食诱导的肥胖模型(n=8),以普通饮食C57BL/6小鼠(n=8)为对照,动态监测小鼠体重与Lee’s指数,检测小鼠血清中FPG、TG、TC、HDL和LDL含量;至第12周,运用qRT-PCR技术检测小鼠血清、肝脏、脂肪及骨骼肌等组织的microRNA-450a-5p表达水平。(3)运用mi RDB、Target Scan、mi R.MICT等数据库,预测可能受microRNA-450a-5p靶向调控,并参与机体糖脂代谢的下游靶基因。(4)体外培养HepG2细胞,构建microRNA-450a-5p过表达模型及DUSP10 3’非翻译区(3’Untranslated Region,3’UTR)荧光素酶报告基因质粒,运用双荧光素酶报告基因实验检测microRNA-450a-5p是否对DUSP10具有靶向调控作用。(5)体外培养HepG2细胞、L02细胞及诱导分化3T3-L1细胞为成熟脂肪细胞,转染mimic或inhibitor分别上调/抑制microRNA-450a-5p,以及在过表达microRNA-450a-5p的同时上调DUSP10,qRT-PCR和Western-Blot技术检测细胞中DUSP10/JNK/IRS/PI3K/AKT/GLUT4的表达水平;葡萄糖消耗实验、胰岛素敏感性实验及脂质合成实验检测microRNA-450a-5p对HepG2、L02及3T3-L1细胞糖、脂代谢能力的影响。(6)选用4周龄雄性C57BL/6小鼠22只,分别进行普通饮食(n=10)与高脂饮食(n=12)喂养16周后,将普通饮食组分为对照组(n=5)及腹腔注射microRNA-450a-5p过表达腺病毒载体组(n=5,1×1011VP/只,每周1次),高脂饮食组分为对照组(n=6)及腹腔注射microRNA-450a-5p抑制剂腺病毒载体组(n=6,1×1011VP/只,每周1次),动态监测小鼠体重与Lee’s指数,持续注射6周后使用Intraperitoneal Glucose Tolerance Trial(IPGTT)及Insulin Tolerance Test(ITT)评价小鼠葡萄糖耐量及胰岛素敏感性,处死小鼠,收集小鼠血清、肝脏、白色脂肪组织及棕色脂肪组织,检测血清中FPG、TG、TC、HDL和LDL含量;运用qRT-PCR技术检测小鼠血清、肝脏及附睾白色脂肪组织的microRNA-450a-5p/DUSP10/GLUT4的mRNA表达水平,Western-Blot技术检测小鼠肝脏、附睾白色脂肪组织的DUSP10/JNK/IRS/PI3K/AKT/GLUT4的蛋白表达及磷酸化水平。(7)选用4周龄雄性C57BL/6小鼠18只,分别进行普通饮食(n=6)与高脂饮食(n=12)喂养16周后,将高脂饮食组分为对照组(n=6)及没食子(Gallnut,GA)灌胃处理组(n=6,200 mg/kg体重,每周3次),动态监测小鼠体重与Lee’s指数,持续灌胃6周后使用IPGTT及ITT评价小鼠葡萄糖耐量及胰岛素敏感性,处死小鼠,收集小鼠血清、肝脏及脂肪组织检测microRNA-450a-5p表达水平,检测血清中FPG、TG、TC、HDL和LDL含量,明确没食子对肥胖机体糖、脂代谢的调控作用。(8)应用SPSS 20.0软件进行统计学数据分析。正态分布数据使用t-检验分析、非正态分布数据使用非参数秩和检验分析、多组间数据相互比较采用单因素方差分析。P<0.05认为差异有统计学意义。结果:1.与正常体重个体相比,血清microRNA-450a-5p在肥胖和T2DM个体中显著高表达,且与受试个体血糖、血脂水平显著正相关。(1)在维吾尔族、哈萨克族及汉族受试个体血清中,microRNA-450a-5p表达水平在正常(n=24;n=24;n=24)、肥胖(n=48;n=48;n=24)及T2DM(n=24;n=10;n=24)个体中均呈现逐渐增高的趋势;不区分民族分析比较发现,肥胖个体血清中microRNA-450a-5p表达水平显著高于正常体重个体(P<0.05),与正常体重个体相比,T2DM患者血清microRNA-450a-5p显著高表达(P<0.01)。(2)血清microRNA-450a-5p含量与受试个体FPG(r=0.175,P<0.01)、TG(r=0.192,P<0.01)、TC(r=0.185,P<0.01)及LDL(r=0.199,P<0.01)显著正相关。2.肥胖状态下,microRNA-450a-5p在小鼠白色脂肪组织及肝脏中高表达。(1)60%高脂饲料喂养雄性C57BL/6小鼠12周后,小鼠体重与Lee’s指数均显著高于普通饮食组(P<0.05);小鼠血清中FPG、TG、TC、HDL及LDL水平显著高于普通饮食组(P<0.001)。(2)高脂喂养12周后,小鼠肝脏、内脏脂肪组织(VAT)、皮下脂肪组织(Sub)、附睾脂肪组织(Epi)、肾周脂肪组织(KAT)以及棕色脂肪组织(BAT)的重量,内脏脂肪系数均显著高于普通饮食组(P<0.05)。(3)高脂喂养12周后,microRNA-450a-5p在小鼠肝脏、Sub、Epi、VAT及KAT中高表达,BAT中低表达。3.microRNA-450a-5p可靶向下调HepG2细胞内DUSP10表达。(1)生物信息学数据库(mi RDB、Target Scan、mi R.MICT)预测结果提示:microRNA-450a-5p下游可能与糖脂代谢相关的靶基因为DUSP10。(2)构建DUSP10的3’UTR野生型(Wild type,WT)及突变型(Mutation type,MUT)荧光素酶报告基因质粒,与对照组相比,在HepG2细胞内过表达microRNA-450a-5p的同时转染WT质粒,细胞内的DUSP10 3’UTR荧光素酶活性值显著降低(P<0.001)。(3)在HepG2细胞内过表达microRNA-450a-5p的同时转染MUT质粒,与过表达microRNA-450a-5p同时转染WT质粒组相比,细胞内的DUSP10 3’UTR荧光素酶活性值显著升高(P<0.05)。4.过表达microRNA-450a-5p,可抑制DUSP10表达,降低HepG2、L02及3T3-L1细胞葡萄糖消耗及胰岛素敏感性,促进脂质合成。(1)在HepG2、L02及3T3-L1细胞中上调microRNA-450a-5p,细胞内DUSP10及糖代谢关键基因GLUT4的mRNA及蛋白表达被显著抑制(P<0.05),IRS-tyr895/p-PI3K/AKT-ser473/AKT-thr308的蛋白磷酸化水平降低,p-JNK及IRS-ser302/307的蛋白表达水平增高。(2)上调microRNA-450a-5p后,HepG2、L02及3T3-L1细胞的葡萄糖消耗(P<0.05)和胰岛素敏感性均显著低于对照组(P<0.05);HepG2、L02及3T3-L1细胞内的脂滴含量、TG含量均显著高于对照组(P<0.05)。5.microRNA-450a-5p抑制剂可促进DUSP10表达,增加HepG2、L02及3T3-L1细胞葡萄糖消耗及胰岛素敏感性,抑制脂质合成。(1)在HepG2、L02及3T3-L1细胞中转染microRNA-450a-5p抑制剂,细胞内DUSP10及糖代谢关键基因GLUT4的mRNA及蛋白表达显著上调(P<0.05),IRS-tyr895/p-PI3K/AKT-ser473/AKT-thr308的蛋白磷酸化水平升高,p-JNK及IRS-ser302/307的蛋白表达水平降低。(2)转染microRNA-450a-5p抑制剂后,HepG2、L02及3T3-L1细胞的葡萄糖消耗(P<0.05)和胰岛素敏感性均显著高于对照组(P<0.05);HepG2、L02及3T3-L1细胞内的脂滴含量、TG含量均显著低于对照组(P<0.05)。6.microRNA-450a-5p通过靶向下调DUSP10,抑制细胞糖代谢信号通路、葡萄糖消耗及胰岛素敏感性,促进脂质合成。(1)在HepG2、L02及3T3-L1细胞中过表达microRNA-450a-5p的同时上调DUSP10,与单纯过表达microRNA-450a-5p组相比,细胞内DUSP10及糖代谢关键基因GLUT4的mRNA及蛋白表达显著上调(P<0.05),IRS-tyr895/p-PI3K/AKT-ser473/AKT-thr308的蛋白磷酸化水平升高,p-JNK及IRS-ser302/307的蛋白表达水平降低。(2)过表达microRNA-450a-5p的同时上调DUSP10,与单纯过表达microRNA-450a-5p组相比,HepG2、L02及3T3-L1细胞的葡萄糖消耗(P<0.05)和胰岛素敏感性均显著增高(P<0.05);细胞内的脂滴含量、TG含量均显著降低(P<0.05)。7.microRNA-450a-5p可抑制肝脏及脂肪组织DUSP10/IRS/PI3K/AKT/GLUT4表达,降低小鼠葡萄糖耐受能力及胰岛素敏感性。(1)给与普通饮食喂养的小鼠腹腔注射microRNA-450a-5p过表达腺病毒载体,持续6周后,与对照组相比,小鼠血清、肝脏及脂肪组织中microRNA-450a-5p的表达显著增加,且肝脏及脂肪组织中DUSP10及GLUT4的表达水平显著降低(P<0.05),IRS-tyr895/p-PI3K/AKT-ser473/AKT-thr308的蛋白磷酸化水平降低,p-JNK及IRS-ser302/307蛋白表达水平增加。(2)给与普通饮食喂养的小鼠腹腔注射microRNA-450a-5p过表达腺病毒载体,持续6周后,与对照组相比,小鼠体重、肝脏重量及血清中FPG、TG水平显著增加(P<0.05),葡萄糖耐量显著降低(P<0.05)。(3)给与饮食诱导肥胖小鼠腹腔注射microRNA-450a-5p抑制剂腺病毒载体,持续6周后,与对照组相比,小鼠肝脏及脂肪组织中DUSP10及GLUT4的表达水平显著增高(P<0.05),IRS-tyr895/p-PI3K/AKT-ser473/AKT-thr308的蛋白磷酸化水平升高,p-JNK及IRS-ser302/307蛋白表达水平降低。(4)给与饮食诱导的肥胖小鼠腹腔注射microRNA-450a-5p抑制剂腺病毒载体,持续6周后,与对照组相比,小鼠肝脏重量、脂肪组织重量及血清中FPG、TG含量显著降低(P<0.05),葡萄糖耐量及胰岛素敏感性显著增强(P<0.001)。8.没食子(GA)对饮食诱导肥胖小鼠microRNA-450a-5p表达及糖代谢能力的影响。(1)给与饮食诱导的肥胖小鼠没食子灌胃处理6周后,与对照组相比,小鼠血清、肝脏及脂肪组织中microRNA-450a-5p含量显著降低(P<0.05)。(2)给与饮食诱导的肥胖小鼠没食子灌胃处理6周后,与对照组相比,小鼠体重、白色脂肪组织重量及FPG水平显著降低(P<0.05),葡萄糖耐量及胰岛素敏感性均显著改善(P<0.05)。结论:1.肥胖后血清microRNA-450a-5p含量增加与T2DM的发生密切相关。2.肥胖后血清microRNA-450a-5p含量增加,可通过靶向抑制肝脏及脂肪组织DUSP10表达,导致p-JNK/p-IRS/p-AKT/GLUT4信号转导途径失活,诱发IR和T2DM。
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