酒精及高脂饮食对大鼠心肌胰岛素敏感性的影响及机制探讨

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背景:生理剂量的胰岛素发挥不了相应的生物学效应即为胰岛素抵抗,遗传因素和环境因素均可诱导胰岛素抵抗。近年来,随着人们生活水平的提高和生活方式的改变,2型糖尿病发病率逐渐增高,环境因素(如高脂饮食、长期大剂量饮酒)对胰岛素敏感性的影响也引起人们更多的关注。乙醇是目前滥用最广的成瘾物质。流行病学调查显示,长期摄入乙醇可对机体产生多方面不利的影响,如酒精性肝炎、脂肪肝、酒精性精神依赖等,且与2型糖尿病发病率呈明显正相关。资料显示,长期小剂量饮酒可以增加胰岛素敏感性,而长期大剂量摄入乙醇则降低胰岛素敏感性,是诱导胰岛素抵抗的独立危险因素。目前,乙醇影响胰岛素敏感性的具体机制尚未完全阐明。大量的流行病学资料提示:长期高脂饮食的人群胰岛素抵抗和2型糖尿病发病率明显高于正常人群;实验室资料也证实:长期高脂环境损害包括骨骼肌、肝脏和脂肪在内的多种胰岛素靶器官的胰岛素敏感性。饮酒和高脂环境诱导的胰岛素抵抗伴有胰岛素信号传递通路多个环节表达或活性的异常:如胰岛素与受体的结合能力降低,和/或胰岛素受体(IR)、胰岛素受体底物(IRS)以及磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)活性下降,最终使葡萄糖转运体4(GLUT4)表达下降等。这些均被认为可能是高脂饮食和/或长期饮酒诱导胰岛素抵抗的机制。然而仅用胰岛素信号通路不能完全解释长期饮酒和高脂环境诱导的胰岛素敏感性降低,如胰岛素信号通路功能正常时,某些状态下仍能检测组织GLUT4表达下降,摄取葡萄糖减少,胰岛素敏感性明显降低,提示存在独立于胰岛素信号通路以外的信号影响GLUT4。AMPK(AMP-activated Protein Kinase),即AMP激活的蛋白激酶,是哺乳动物细胞能量代谢的一种重要的调节因子。近几年随着对AMPK的研究,发现AMPK在调节代谢和维持能量平衡过程中,参与了调节细胞GLUT4的糖转运,而且这一过程不需要胰岛素信号的介导。有资料表明,AMPK调节GLUT4的表达是通过肌细胞增强因子2(Myocyte Enhancer Factor 2,MEF2)起作用的,磷酸化的AMPK能增加MEF2的基因表达,进而增强其蛋白水平的表达,增加GLUT4基因启动子上MEF2结合序列的活性,增加GLUT4的基因表达。乙醇降低β细胞AMPK的活性、高脂减少骨骼肌和肝脏细胞AMPK表达已有报道,但是饮酒及高脂饮食是否影响心肌中AMPK对GLUT4的调节,进而影响心肌细胞的胰岛素敏感性,饮酒及高脂饮食对调节GLUT4的2条信号通路是否都有作用,作用程度是否有强弱之分,目前未见有报道。目的:①观察长期饮酒和/或高脂饮食,对大鼠机体水平胰岛素敏感性的影响。②观察长期饮酒和/或高脂饮食条件下,大鼠心肌胰岛素信号通路途径中上游分子:IR、IRS1、IRS2表达水平的改变。③观察长期饮酒和/或高脂饮食环境下,大鼠心肌AMPKα和MEF2以及GLUT4的表达的变化。方法:①动物分组及喂养:雄性Wistar大鼠72只,按体重随机分为6组,每组12只,即对照组(蒸馏水:5g.kg-1.d-1);大剂量饮酒组(酒精量5g.kg-1.d-1);中剂量饮酒组(酒精量2.5g·kg-1.d-1);小剂量饮酒组:(酒精量0.5g.kg-1.d-1);高脂组;脂加酒组(酒精量5g.kg-1.d-1)。高脂组和脂加酒组大鼠均给予高脂饲料,其中脂肪热卡占59%,以饱和脂肪酸(猪油)为主。酒精由胃管灌入,每天早9点定时灌胃,喂养时间22周。②机体水平胰岛素敏感性评价:喂养期间监测大鼠体重和血糖水平:大鼠处死前,测空腹血糖、空腹血胰岛素和血脂水平,计算胰岛素抵抗指数(HOMA-IR),同时进行口服葡萄糖耐量试验;大鼠处死后,测内脏脂肪含量。③长期饮酒和/或高脂饮食对经典的胰岛素信号传导通路的影响:RT-PCR检测心肌IR、IRS1、IRS2及GLUT4的mRNA水平;Western blot检测GLUT4的蛋白水平。④长期饮酒和/或高脂饮食对心肌AMPK表达的影响:RT-PCR检测大鼠心肌AMPKα1亚基和AMPKα2亚基的mRNA水平;Western Blot检测AMPKα亚基、磷酸化AMPKα亚基(P-AMPKa)的蛋白水平。⑤长期饮酒和/或高脂饮食对MEF2表达的影响:RT-PCR和Western blot分别检测心肌中MEF2的mRNA和蛋白水平。结果:①机体水平胰岛素敏感性评价:大鼠喂养22周后,各组大鼠口服葡萄糖耐量试验0、30、60、120分钟血糖无显著性差异,糖耐量曲线下面积亦无明显差别。空腹血胰岛素水平检测显示高脂组和脂加酒组均显著升高,差异有统计学意义(P<0.01)。②长期饮酒和/或高脂饮食对大鼠心肌经典的胰岛素信号传导通路及AMPK、MEF2mRNA表达水平的影响:与对照组相比,除IR外,各处理组大鼠心肌组织IRS-1、IRS-2、GLUT4、AMPKα1、AMPKα2、MEF2A和MEF2D的mRNA水平均下降。③高脂、饮酒对大鼠心肌GLUT4、AMPK、MEF2蛋白表达水平的影响:Western blot结果表明:与正常对照组相比,各指标在处理组大鼠心肌的表达均降低。结论:①长期摄入乙醇和高脂饮食可损害大鼠心肌胰岛素敏感性,GLUT4表达水平的降低是其可能机制之一。②长期摄入乙醇和高脂饮食,大鼠心肌中GLUT4表达水平降低,其原因可能是胰岛素信号传递途径中的上游分子:IR、IRS1和IRS2的表达明显下降,导致心肌GLUT4表达减少。③长期摄入乙醇和高脂饮食可降低大鼠心肌AMPK表达,AMPK是胰岛素敏感性的正调节因子,这可能是乙醇降低心肌GLUT4表达的机制之一。④长期摄入乙醇和高脂饮食可降低大鼠心肌MEF2的表达,其活性的降低也可能是乙醇降低GLUT4表达的机制之一。
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