SIRT3在二甲双胍改善髙脂培养肌细胞自噬和氧化应激中的作用

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二甲双胍是目前治疗2型糖尿病的一线药物。其降糖的可能机制为通过抑制肝葡萄糖输出,改善外周组织对胰岛素的敏感性、增加对葡萄糖的摄取和利用而降低血糖。研究发现二甲双胍一方面能够改善氧化应激,另一方面能够增强自噬作用。但是其具体机制尚不明确。本研究拟通过观察二甲双胍在体外细胞水平对高脂诱导的L6成肌细胞自噬及氧化应激的影响,探讨其改善氧化应激、增强自噬的机制,为临床用药提供理论依据。  目的:研究SIRT3在二甲双胍改善髙脂培养肌细胞自噬及氧化应激中的作用及其机制。  方法:采用髙脂(含0.4mmol/L棕榈酸培养基)干预法建立骨骼肌细胞胰岛素抵抗模型。复苏L6成肌细胞,培养并诱导分化为L6肌细胞,随机分为正常对照(Con)组和棕榈酸(PA)组,24小时后分别测定培养基中葡萄糖浓度,判断造模是否成功。造模成功后,实验分组如下,正常培养基对照组(Con)、高脂对照组(PA)、二甲双胍培养基组(PA+Met)、棕榈酸 siRNA阴性对照组(PA+siRNA)、棕榈酸 SIRT3敲低组(PA+siSIRT3)、二甲双胍siRNA阴性对照组(PA+Met+siRNA)、二甲双胍SIRT3敲低组(PA+Met+siSIRT3)。通过RT-PCR及Western Blot方法检测SIRT3 mRNA及蛋白表达水平,确定转染是否成功。采用RT-PCR检测细胞内自噬标志蛋白微管相关蛋白1轻链3-Ⅱ(LC3Ⅱ)、p62、Beclin1的mRNA表达水平;Western Blot检测细胞中LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、p62、Beclin1、SIRT3的蛋白表达水平。相应试剂盒测定各组肌细胞氧化应激相关指标,即超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)的活性,还原型谷胱甘肽(GSH)、脂质过氧化物酶(LPO)的含量;DHE荧光探针检测各组肌细胞活性氧簇(ROS)的含量。多样本间比较采用完全随机设计单因素方差分析,两样本间比较采用t检验。  结果:  1.L6成肌细胞分化成功鉴定  与未分化组细胞相比,分化组细胞Desmin、Myogenin的mRNA表达含量明显升高,差异有统计学意义(P<0.05),提示L6成肌细胞分化成功;  2.L6成肌细胞IR体外模型的建立  采用0.4mmol/L棕榈酸的培养基孵育细胞24小时后,PA组细胞内葡萄糖浓度为20.46±1.52mmol/L,较Con组细胞内葡萄糖浓度(14.36±1.38mmol/L)升高,差异具有统计学差异(P<0.05),提示胰岛素敏感性下降,IR模型建立成功;  3.CCK8法检测药物干预对肌细胞增殖的影响  与Con组相比,不同浓度PA组分别作用24h后,均能够升高肌细胞抑制率,降低增殖率,最终选取0.4mmol/L为合适的PA浓度;与PA组相比,0.5、1.0、2.0mmol/L浓度的Met均使肌细胞增殖率增加,然而并没有恢复至Con组水平,超过2mmol/L的Met浓度反而造成肌细胞增殖率下降,最终选取的合适的Met浓度为2mmol/L;  4.肌细胞转染鉴定  各组SIRT3的表达:与Con组相比,PA组SIRT3 mRNA和蛋白表达显著减少(P<0.05);与PA组相比,PA+Met组SIRT3 mRNA和蛋白表达均明显增加(P<0.05);与PA+siRNA组相比,PA+siSIRT3组肌细胞SIRT3 mRNA和蛋白表达均显著降低(P<0.05);与PA+Met+siRNA组相比,PA+Met+siSIRT3组肌细胞SIRT3 mRNA和蛋白表达均显著降低(P<0.05),表明SIRT3 siRNA转染成功;  5.肌细胞自噬水平  5.1.自噬相关指标mRNA表达水平的变化  与Con组相比, PA组LC3Ⅱ、Beclin1 mRNA表达水平下降, p62 mRNA表达水平升高,差异有统计学意义(P<0.05);与PA组相比, PA+Met组干预后显著上调LC3Ⅱ、Beclin1 mRNA表达,明显减少p62 mRNA表达,差异有统计学意义(P<0.05);与PA+siRNA组相比, PA+siSIRT3组LC3Ⅱ mRNA表达水平进一步降低(P<0.05),Beclin1 mRNA表达下降、p62 mRNA表达升高,但差异不具有统计学意义(P>0.05);与PA+Met+siRNA组相比,PA+Met+siSIRT3组LC3Ⅱ、Beclin1 mRNA表达水平进一步降低,p62 mRNA表达水平进一步升高,差异均有统计学意义(P<0.05);  5.2.自噬相关分子的蛋白表达水平变化  与Con组相比,PA组LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、Beclin1/GAPDH均显著降低, p62/GAPDH显著升高,差异具有统计学意义(P<0.05);与PA组相比, PA+Met组干预后LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、Beclin1/GAPDH的比值明显升高, p62/GAPDH明显减低,差异均有统计学意义(P<0.05);与PA+siRNA组相比,PA+siSIRT3组LC3Ⅱ/LC3Ⅰ的蛋白表达水平进一步降低,Beclin1/GAPDH的蛋白表达下降、p62/GAPDH的蛋白表达升高,差异均具有统计学意义(P<0.05);与PA+Met+siRNA组相比,PA+Met+siSIRT3组LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、Beclin1/GAPDH的蛋白表达水平进一步降低,p62/GAPDH的蛋白表达水平进一步升高,差异均有统计学意义(P<0.05);  6.肌细胞氧化应激  6.1.活性氧(ROS)含量  用DHE荧光探针孵育各组细胞,荧光显微镜下的观察结果显示,与Con组相比,PA组细胞内红色荧光的强度明显增强,表明细胞内ROS含量显著升高;二甲双胍组细胞内荧光强度明显减弱,提示ROS生成减少。与PA+siRNA组相比,PA+siSIRT3组细胞内的红色荧光进一步明显增强;与PA+Met+siRNA组相比,PA+Met+siSIRT3组细胞内ROS含量也进一步增加;  6.2.SOD、CAT活性及GSH、LPO含量测定  L6肌细胞经棕榈酸刺激后,抗氧化酶SOD、CAT的活性较Con组均明显下降(P<0.05),GSH含量明显降低(P<0.05),LPO含量明显增加(P<0.05);PA+Met组LPO含量较PA组明显减少(P<0.05), SOD活性、GSH含量明显增加(P<0.05),CAT活性增加(P>0.05)。PA+siSIRT3组SOD的活性较PA+siRNA组进一步明显下降(P<0.05), LPO含量进一步明显增加(P<0.05),CAT活性、GSH含量进一步降低(P>0.05);PA+Met+siSIRT3组SOD、CAT的活性较PA+Met+siRNA组进一步明显下降(P<0.05),GSH含量进一步降低(P>0.05),LPO含量进一步增加(P>0.05)。  结论:  1.髙脂孵育能够降低肌细胞葡萄糖摄取率及胰岛素敏感性,同时伴有SIRT3表达下降;二甲双胍干预能够改善肌细胞的胰岛素抵抗程度,同时伴有SIRT3表达升高。  2.二甲双胍能够提高髙脂培养肌细胞内自噬水平,减少ROS生成,恢复SOD、CAT等抗氧化酶的活性,提高GSH含量,降低LPO水平,从而改善胰岛素抵抗。  3.下调SIRT3表达后,二甲双胍增强髙脂培养肌细胞内自噬水平作用减弱,改善氧化应激的作用进一步减弱,SIRT3在其中起到非常重要的作用。
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