馬小敏 蔡芮桐 高銘陽(yáng)
【摘 要】 目的:觀察苦蕎麥總黃酮對(duì)2型糖尿病大鼠胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中GSK-3β與AKt基因與蛋白表達(dá)情況的影響。方法:雄性wistar大鼠鏈脲佐菌素誘導(dǎo)建立T2DM 模型,將T2DM模型大鼠隨機(jī)分為5組:模型組、苦蕎麥總黃酮低劑量組(50 mg/kg)、苦蕎麥總黃酮中劑量組(100 mg/kg)、苦蕎麥總黃酮高劑量組(200 mg/kg)、西藥組(二甲雙胍100 mg/kg),另外設(shè)置對(duì)照組。灌胃給藥后,采用ELISA法測(cè)胰島素水平、血糖水平,計(jì)算胰島素敏感指數(shù);采用RT-PCR法檢測(cè)大鼠肝組織中GSK-3β、Akt的mRNA表達(dá)情況;采用Western-blot法測(cè)定大鼠肝組織中GSK-3β、AKT的蛋白表達(dá)情況。結(jié)果:與模型組相比,苦蕎麥總黃酮可降低大鼠肝組織中GSK-3βmRNA和蛋白表達(dá)(P<0.05)、增加Akt mRNA和蛋白表達(dá)(P<0.05)。結(jié)論:苦蕎麥總黃酮能降低模型大鼠肝組織中GSK-3βmRNA和蛋白表達(dá)、增加Akt mRNA和蛋白表達(dá)進(jìn)而起到積極的影響作用。
【關(guān)鍵詞】 苦蕎麥總黃酮;2型糖尿病;胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路;糖原合成激酶-3β;蛋白激酶B
【中圖分類(lèi)號(hào)】R285.5 ??【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 A ???【文章編號(hào)】1007-8517(2019)18-0015-07
糖尿?。―iabetes Mellitus,DM)是一種發(fā)病率極高的代謝性疾病,已嚴(yán)重影響人類(lèi)生活。據(jù)國(guó)際糖尿病聯(lián)盟(the International Diabetes Federation,IDF)發(fā)布的第八版全球糖尿病地圖數(shù)據(jù)顯示,2017年全球共有4.25億糖尿病患者,其中中國(guó)患病人數(shù)最多[1],90%~95%為2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus,T2DM)[2]。T2DM的病理機(jī)制與胰島β細(xì)胞功能失常和胰島素抵抗關(guān)系十分密切,其在環(huán)境、遺傳等因素的影響下通常表現(xiàn)為胰島素抵抗(Insulin Resistance,IR)[3]。糖原合成激酶-3β(Glycogen synthase kinase 3β,GSK-3β)是胰島素受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),它在細(xì)胞中過(guò)度表達(dá)會(huì)引起胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受阻,引起IR[4-7],有實(shí)驗(yàn)表明抑制GSK-3β活性可改善小鼠的糖耐量水平,使肝糖原代謝增加進(jìn)而增加肝糖原含量[8]。在胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中,激活的蛋白激酶B(Protein kinase B,AKT)可使GSK-3β磷酸化從而失活達(dá)到降血糖的目的。因此,促進(jìn)Akt表達(dá)從而抑制GSK-3β可以減輕胰島素抵抗,改善糖耐量水平,產(chǎn)生潛在的抗糖尿病效果[9]。
苦蕎麥作為一種藥食兩用的植物,在國(guó)內(nèi)外被廣泛種植[10]。其黃酮類(lèi)化合物在醫(yī)藥保健方面具有降血糖、降血脂、降血壓、抗氧化、抗腫瘤、增強(qiáng)免疫力及保護(hù)心腦血管等多種功效[11-12]。研究通過(guò)觀察苦蕎麥總黃酮對(duì)Ⅱ型糖尿病胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中GSK-3β和Akt基因與蛋白的表達(dá)情況的影響,測(cè)定各組大鼠肝組織中mRNA與蛋白含量,探討苦蕎麥總黃酮對(duì)Ⅱ型糖尿病影響的作用與機(jī)制。
1 實(shí)驗(yàn)材料
1.1 動(dòng)物與飼料 SPF級(jí)wistar大鼠78只,雄性,許可證號(hào)SCXK(遼)2015-0001 遼寧長(zhǎng)生生物技術(shù)有限公司。高脂飼料和普通飼料(沈陽(yáng)市于洪區(qū)前民動(dòng)物實(shí)驗(yàn)飼料廠);豬油和蔗糖(沈陽(yáng)市和平區(qū)金味源食品批發(fā)部)。
1.2 藥品與試劑 苦蕎麥總黃酮(日本三益制藥株式會(huì)社,含量為991.65 mg/g);二甲雙胍(批號(hào):20150617,沈陽(yáng)維康醫(yī)藥連鎖有限公司);鏈脲佐菌素(批號(hào):1122F032,solarbio);胰島素ELISA試劑盒;氯仿、異丙醇、無(wú)水乙醇(20150607)國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;RT-PCR試劑盒(AK5701),核酸Marker(A801A),上、下游引物(CHPA194); SDS-PAGE凝膠制備試劑盒(批號(hào):20151222,Solarbio);NC膜(批號(hào):T426062,Pall);TBS緩沖劑(批號(hào):60900120)、蛋白ladder(批號(hào):69J00157)購(gòu)自北京鼎國(guó)公司; SDS-PAGE電泳粉(批號(hào):20161111)、BCA蛋白含量檢測(cè)試劑盒(批號(hào):20160629)購(gòu)自凱基生物;蛋白提取試劑盒(批號(hào):20160622), GSK-3β(批號(hào):0003)、Akt(批號(hào):0020)、GAPDH(批號(hào):0010)均為CST公司;HRP標(biāo)記抗兔二抗(批號(hào):0026,CST公司)。
1.3 儀器 ACCU-CHEK血糖儀(羅氏診斷產(chǎn)品有限公司);ACCU-CHEK血糖試紙(羅氏診斷產(chǎn)品有限公司);iMark酶標(biāo)儀(美國(guó)BD);JD500-3電子天平(沈陽(yáng)龍騰電子有限公司);DW-HL388超低溫冰箱(中科美菱低溫科技有限責(zé)任公司);HR/T20M臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)(湖南赫西儀器裝備有限公司);HE-90水平電泳槽、VE-180垂直電泳槽均為上海天能科技有限公司;S1000 Thermal Cycler梯度PCR儀(BIO-RAD);Chemi XR5凝膠成像分析儀;化學(xué)發(fā)光儀。
2 方法
2.1 試劑配制
2.1.1 鏈脲佐菌素(STZ)注射液 將檸檬酸(2.585 g)、檸檬酸三鈉(2.265 g)用150 mL三蒸水溶解,用HCL調(diào)pH至4.2后用三蒸水定容至200 mL,4℃儲(chǔ)存。使用時(shí)加STZ配成濃度為2%STZ溶液,注意用濾膜除菌。
2.1.2 Western blot緩沖液的配制
2.1.2.1 TBS存儲(chǔ)液 粉劑常溫存放,使用時(shí)直接用純水稀釋成1 L的存儲(chǔ)液。
2.1.2.2 TBST洗液 由1L TBS存儲(chǔ)液加入0.5 mL吐溫混勻制成。
2.1.2.3 轉(zhuǎn)膜液 配轉(zhuǎn)膜液由粉劑在配液時(shí)加熱,并用純水定容至800 mL,再加200 mL甲醇混勻而成。
2.1.2.4 封閉液 封閉液濃度為5%,即用5 g奶粉加100 mL純水制成。
2.2 動(dòng)物模型建立 雄性wistar大鼠于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心適應(yīng)性喂養(yǎng)(豬油及蔗糖)3 d后,隨機(jī)分為兩組:對(duì)照組(普通飼料)7只,高脂飼料組(高脂飼料)71只(分籠飼養(yǎng),每籠7只),喂養(yǎng)8周。喂養(yǎng)8周后,高脂飼料組按體質(zhì)量篩選出成為食源性肥胖的大鼠(標(biāo)準(zhǔn):高脂飼料組個(gè)體質(zhì)量≥對(duì)照組個(gè)體質(zhì)量均值+2倍標(biāo)準(zhǔn)差)后,繼續(xù)喂養(yǎng)4周??崭?fàn)顟B(tài)下用氧化酶法測(cè)定各組大鼠血糖;同時(shí)眶靜脈取血,用ELISA法檢測(cè)胰島素水平。計(jì)算胰島素敏感指數(shù)(ISI)=1/(FINSxFBG)(FINS為空腹胰島素,F(xiàn)PG為空腹血糖)。將對(duì)照組與高脂飼料組進(jìn)行對(duì)照,篩選建立高脂飼料組大鼠胰島素抵抗模型。建模后對(duì)高脂飼料組大鼠進(jìn)行連續(xù)2周腹腔注射鏈脲佐菌素,劑量為25 mg/kg·周。再次測(cè)量空腹血糖,以空腹血糖>11.1 mmol/L視為造糖尿病模型造模成功[13-14]。
2.3 動(dòng)物分組 除對(duì)照組外,將糖尿病造模成功大鼠隨機(jī)分5組,分別為模型組7只;4個(gè)用藥組分別為苦蕎麥總黃酮低劑量組7只(用藥量50 mg/kg);苦蕎麥總黃酮中劑量組7只(用藥量100 mg/kg);苦蕎麥總黃酮高劑量組7只(用藥量200 mg/kg);西藥組7只(二甲雙胍100 mg/kg)。灌胃給藥4周后,再次眶靜脈取血后處死各組大鼠,提取肝組織。
2.4 指標(biāo)測(cè)定及方法 給予高脂飼料8周后測(cè)量大鼠體重;給予大鼠注射STZ前,用ELISA法和氧化酶法分別測(cè)量大鼠的胰島素和血糖水平,并計(jì)算胰島素抵抗指數(shù)。具體方法:準(zhǔn)備96孔加樣板,試劑盒室溫平衡30 min后,將樣品和標(biāo)準(zhǔn)品、生物素標(biāo)記二抗和酶標(biāo)試劑,置于37℃水浴中反應(yīng)60 min;洗板5次,加入試劑盒中顯色液A 50μL和B 50 μL,37℃水浴中反應(yīng)10 min;加入終止液50 μL后于10 min內(nèi)放入酶標(biāo)儀450 nm波長(zhǎng)下讀取OD值并計(jì)算;給予注射STZ 2周后用ELISA法測(cè)胰島素水平和血糖水平,并計(jì)算胰島素抵抗指數(shù)。方法同前。
2.4.1 RT-PCR法檢測(cè)大鼠肝組織中GSK-3β、Akt的mRNA表達(dá)情況
2.4.1.1 分離RNA 于冰盤(pán)上取100 mg大鼠肝組織,用預(yù)冷生理鹽水沖洗后剪碎,放入勻漿器內(nèi),加入1 mL Trizol試劑勻漿裂解細(xì)胞。靜止5 min后,轉(zhuǎn)移裂解液到EP管中,加入0.2 mL氯仿,劇烈搖動(dòng)混勻。4℃靜置5 min后、12 000 rpm離心15 min。用移液器將水相轉(zhuǎn)移到新管中,加入等體積異丙醇混勻,靜置10 min。再次4℃、12 000 rpm離心10 min。去上清,加入1 mL 75%乙醇混勻,靜置5 min。第3次4℃、 1 2000 rpm離心5 min。分離出RNA,倒掉乙醇,靜置5 min后加入30μL DEPC水溶解,得到RNA溶液。取12μL RNA溶液,加入 DEPC 水稀釋?zhuān)妹笜?biāo)儀測(cè)定260 nm 和280 nm的吸光度,并計(jì)算RNA的濃度和純度。
2.4.1.2 反轉(zhuǎn)錄出mRNA 按TAKARA試劑盒說(shuō)明書(shū)要求配制10μL反轉(zhuǎn)錄體系,于PCR儀中42~60℃條件下放置15~30 min,95℃條件下5 min,5℃條件下5 min;再配制PCR反應(yīng)液40μL,把此反應(yīng)液加入到反轉(zhuǎn)錄反應(yīng)結(jié)束的PCR反應(yīng)管中,輕輕混勻,離心約10s,進(jìn)行PCR反應(yīng):94℃進(jìn)行30sec,55~65℃進(jìn)行30sec,上述兩步驟重復(fù)30Cycles,然后72℃進(jìn)行50sec。準(zhǔn)備上樣。在上述RT-PCR過(guò)程中用到的上、下游引物及合成序列長(zhǎng)度如下:GSK-3β的上游引物序列為5′-TCGTCCATCGATGTGTGGTC-3′,下游引物序列為5′-TTGTCCAGGGGTGAGCTTTG-3′,合成長(zhǎng)度為202bp,退火溫度為60℃;Akt的上游引物序列為5′- AGAGAGCCGAGTCCTACAGAATA-3′,下游引物序列為5′-CCGAGAGAGGTGGAAAAACA-3′,合成長(zhǎng)度為133bp,退火溫度為61℃;GAPDH的上游引物序列為5′-ACCACAGTCCATGCCATCAC-3′,下游引物序列為5′-TCCACCACCCTGTTGCTGTA-3′,合成長(zhǎng)度為500bp,退火溫度為60℃。
2.4.1.3 凝膠成像 制備1.5%瓊脂糖凝膠,放入電泳槽中。取5 μL樣本和1 μL上樣緩沖液,混合成6 μL上樣液。瓊脂糖凝膠上樣后接通電源,110V,約1 h。放入凝膠成像系統(tǒng)拍照并分析條帶。
2.4.2 Western-blot法測(cè)定大鼠肝組織中GSK-3β、AKT的蛋白表達(dá)情況
2.4.2.1 蛋白樣品制備 取100 mg肝組織,于冰上在EP管內(nèi)剪碎,加入裂解液,用超聲破碎儀充分勻漿裂解。將勻漿裂解液在離心機(jī)中4℃、14 000 rpm離心10 min;將上清液轉(zhuǎn)移至新的冰上預(yù)冷的1.5 mL EP管中,得到全蛋白提取物,可以進(jìn)行蛋白定量。
2.4.2.2 BCA法測(cè)定蛋白含量 按說(shuō)明書(shū)將蛋白樣本稀釋。試劑A:試劑B(50∶ 1)配制,計(jì)算樣本濃度。使每孔上樣蛋白量達(dá)40 μg,混勻后置沸水浴5 min。10 000 rpm轉(zhuǎn)1 min后直接取上清液上蛋白樣本。
2.4.2.3 電泳 配10%分離膠。配5%濃縮膠,膠液加入TEMED后立即搖勻即可灌膠,然后將梳子水平插入,4℃靜置2h。將其放入電泳槽中,分別加入樣本和ladder。電泳時(shí)樣本在濃縮膠時(shí)恒壓80V,在分離膠時(shí)恒壓120V。取膠,將膠放置在含有轉(zhuǎn)膜液的托盤(pán)內(nèi)。
2.4.2.4 轉(zhuǎn)膜 在冰盆中濕轉(zhuǎn),1L濕轉(zhuǎn)液。將夾子放入轉(zhuǎn)膜槽中。恒壓100V,78 min定時(shí)。
2.4.2.5 封閉 根據(jù)目的蛋白分子量將膜剪成細(xì)條放入封閉盒內(nèi),加5%的封閉液,放入水浴箱內(nèi),37℃,緩慢振蕩1.5h。倒掉封閉液,TBST于搖床上洗3次,每次3 min。
2.4.2.6 抗體孵育與免疫反應(yīng) 一抗滴加于膜上,室溫下輕搖孵育1h后4℃靜置過(guò)夜;膜用TBST洗3次,每次10 min于搖床上;加入稀釋二抗后放于37℃水浴中1 h;TBST洗3次,每次10 min。
2.4.2.7 化學(xué)發(fā)光 將發(fā)光液試劑盒按比例于EP管中混勻,滴加于膜上,放入發(fā)光儀進(jìn)行曝光并拍照。
2.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用 SPSS 16.0 軟件,所得數(shù)據(jù)以均數(shù)加減標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示,組間差異顯著性檢驗(yàn)用t檢驗(yàn),單因素方差分析,P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
3 結(jié)果
3.1 飼養(yǎng)8周后各組大鼠體重的變化 各高脂飼料組與對(duì)照組相比較,大鼠體重明顯增加(P<0.05),成功篩選出食源性肥胖大鼠。見(jiàn)表1。
3.2 飼養(yǎng)12周后各組大鼠胰島素敏感指數(shù)的變化 各高脂飼料組與對(duì)照組相比較,大鼠胰島素敏感指數(shù)明顯下降(P<0.05)。見(jiàn)表2。
3.3 飼養(yǎng)12周后各組大鼠血液中胰島素水平的變化 各組間經(jīng)兩兩比較,血液中胰島素水平差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表3。
3.4 給予藥物干預(yù)后各組大鼠血糖水平的變化 模型組與對(duì)照組相比較,大鼠血糖水平明顯提高(P<0.05);苦蕎麥總黃酮低、中、高劑量組、西藥組與模型組相比較,大鼠血糖水平明顯下降(P<0.05),其中苦蕎麥中劑量組與西藥組降血糖效果較好。見(jiàn)表4。
3.5 給予藥物干預(yù)后各組大鼠血液中胰島素水平的變化 模型組與對(duì)照組相比較,大鼠胰島素水平明顯下降(P<0.05);苦蕎麥總黃酮低、中劑量組、西藥組與模型組相比較,大鼠胰島素水平明顯提高(P<0.05),其中苦蕎麥中劑量組、西藥組與對(duì)照組胰島素水平相近。見(jiàn)表5。
3.6 給予藥物干預(yù)后各組大鼠胰島素敏感指數(shù)的變化 模型組與對(duì)照組相比較,大鼠胰島素敏感指數(shù)明顯下降(P<0.05);苦蕎麥總黃酮中、高劑量組、西藥組與模型組相比較,大鼠胰島素敏感指數(shù)明顯提高(P<0.05),其中苦蕎麥中劑量組與西藥組大鼠胰島素敏感指數(shù)與對(duì)照組相近。見(jiàn)表6。
3.7 各組大鼠肝組織中GSK-3β mRNA的相對(duì)表達(dá)情況 與對(duì)照組相比較,模型組組織中GSK-3β mRNA的表達(dá)明顯提高(P<0.05);苦蕎麥總黃酮中劑量組、西藥組和模型組相比較,GSK-3βmRNA的表達(dá)明顯下降(P<0.05)。如圖1所示,見(jiàn)表7。
3.8 各組大鼠肝組織中Akt mRNA的相對(duì)表達(dá)情況 與對(duì)照組相比較,模型組組織中Akt mRNA 的表達(dá)明顯減少(P<0.05);苦蕎麥總黃酮中劑量組、西藥組和模型組相比較,Akt mRNA 的表達(dá)明顯增加(P<0.05)。如圖2所示,見(jiàn)表8。
3.9 各組大鼠肝組織中GSK-3β蛋白的相對(duì)表達(dá)情況 模型組與對(duì)照組相比較,組織中GSK-3β蛋白的表達(dá)明顯增加(P<0.05);苦蕎麥總黃酮中劑量組、西藥組與模型組相比較,GSK-3β蛋白的表達(dá)明顯減少(P<0.05)。如圖3所示,見(jiàn)表9。
3.10 各組大鼠肝組織中AKT蛋白的相對(duì)表達(dá)情況 模型組與對(duì)照組相比較,組織中AKT蛋白的表達(dá)減少有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05);苦蕎麥總黃酮中劑量組、西藥組與模型組相比較,AKT蛋白的表達(dá)增加有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。如圖4所示,見(jiàn)表10。
4 討論
本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,苦蕎麥總黃酮低、中、高3個(gè)劑量組中,中劑量組效果最好。和模型組相比較,苦蕎麥總黃酮中劑量組與西藥組在控制T2DM大鼠血糖方面效果顯著,可明顯提高T2DM大鼠胰島素水平,提高其胰島素敏感指數(shù)。證明苦蕎麥總黃酮對(duì)T2DM大鼠的病情有積極影響,其機(jī)制與苦蕎麥總黃酮能使胰島素轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中GSK-3βmRNA和蛋白表達(dá)減少、Akt mRNA和蛋白表達(dá)增加有關(guān)。
研究表明,多數(shù)T2DM患者存在IR[15],降低IR是治療T2DM的關(guān)鍵[16],IR與胰島素作用調(diào)節(jié)通路有關(guān)[17]。胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中激活的Akt使 GSK-3β磷酸化而失活[18],阻止GSK-3β對(duì)其底物糖原合成酶的磷酸化作用,糖原合成酶去磷酸化后恢復(fù)活性,發(fā)揮糖原合成作用,減少細(xì)胞中葡萄糖濃度。并且GSK-3β影響糖原合成酶活性不受胰島素濃度影響[19]。同時(shí)有實(shí)驗(yàn)表明使用高選擇性抑制劑抑制GSK-3β 活性可增加葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)從而提高胰島素的活性[20],減少I(mǎi)R,進(jìn)而達(dá)到降血糖作用。
因此,可以肯定激活A(yù)kt基因與蛋白表達(dá)、抑制GSK-3β基因與蛋白表達(dá)對(duì)降低T2DM大鼠血糖水平,升高胰島素敏感指數(shù)及改善胰島素抵抗有一定效果??嗍w麥總黃酮通過(guò)影響胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中GSK-3β與Akt兩個(gè)基因與蛋白的表達(dá)影響T2DM大鼠。
本實(shí)驗(yàn)通過(guò)選擇使用鏈脲佐菌素(STZ)選擇性破壞動(dòng)物胰島β細(xì)胞從而導(dǎo)致糖尿病[21-22],目前國(guó)內(nèi)廣泛采用高脂高糖飲食聯(lián)合注射小劑量STZ建立T2DM模型,該模型具有高血糖、胰島素抵抗等特點(diǎn),與人類(lèi)糖尿病發(fā)病過(guò)程和發(fā)病機(jī)理相似[23]??嗍w麥作為一種藥食同源的植物,在改善T2DM的血糖水平,胰島素抵抗方面,有一定的開(kāi)發(fā)潛力。
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(收稿日期:2019-07-05 編輯:陶希睿)