張 毅,趙丹丹 ,莫芳芳,高思華
(1.北京開放大學(xué),北京 100081; 2.北京中醫(yī)藥大學(xué),北京 100029)
糖尿?。―M)是由于胰島功能低下,無法分泌足夠量的胰島素,或胰島素分泌正常,但機(jī)體對(duì)其敏感性下降所導(dǎo)致的一類內(nèi)分泌代謝性疾病。 2 型糖尿?。═2DM)為后天獲得型DM,受遺傳因素影響,與生活方式和膳食結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 T2DM 起病緩慢,初期以血糖升高為主要表現(xiàn),可無明顯癥狀,多由體檢確診,隨著病程的推進(jìn)可出現(xiàn)胰島素抵抗并伴發(fā)多器官損傷和功能異常。肝臟是胰島素的重要靶器官,也是脂質(zhì)代謝的主要場所。正常情況下,機(jī)體在胰島素作用下維持脂代謝平衡,肝臟的脂質(zhì)合成和分解也處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。 當(dāng)T2DM 發(fā)生后,脂質(zhì)代謝出現(xiàn)紊亂,過多的脂質(zhì)沉積在肝臟內(nèi),導(dǎo)致非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的發(fā)生[1]。 一項(xiàng) 關(guān) 于DM 的流行病學(xué)研究顯示,在DM 患者中,NAFLD的發(fā)病率逐年升高,兩者具有復(fù)雜的雙向關(guān)系[2]。在中國,NAFLD 與 T2DM 的流行趨勢相平行[3],合并 NAFLD 的 T2DM 患者占 T2DM 患者總?cè)藬?shù)的90%[4]。 隨著研究的不斷深入,NAFLD 的發(fā)病機(jī)制從“二次打擊”學(xué)說逐漸完善進(jìn)化到“多重打擊”學(xué)說[5]。 其中,胰島素抵抗、慢性炎癥、氧化應(yīng)激等在T2DM 合并NAFLD 的發(fā)生發(fā)展中始終占有重要位置。 腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)在調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)代謝方面發(fā)揮著重要作用。 AMPK 經(jīng)活化后,可通過調(diào)節(jié)脂肪代謝相關(guān)靶蛋白活性來維持肝臟脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)[6]。 有研究表明,高脂飲食誘導(dǎo)的大鼠肝臟中磷酸化的 AMPK 表達(dá)量減少,核因子 κB(NF-κB)的表達(dá)量增多,AMPK 可能是通過調(diào)節(jié)NF-κB 的活性來減輕肝損傷的[7-8]。
高思華教授多年來致力于臟腑相關(guān)理論及中醫(yī)藥防治內(nèi)分泌疾病的研究及實(shí)踐,臨床治療T2DM經(jīng)驗(yàn)豐富,效果顯著。 高教授立足于《黃帝內(nèi)經(jīng)》,結(jié)合多年臨證經(jīng)驗(yàn),分析、總結(jié)、歸納了臨床大量T2DM患者的病因、病機(jī)特點(diǎn),提出“肝脾腎三臟同調(diào),辨證治療T2DM”的觀點(diǎn)[9-10],并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)制了降糖消渴顆粒等系列中藥制劑。 前期實(shí)驗(yàn)證實(shí)降糖消渴顆粒具有降低T2DM 小鼠血糖、血脂,緩解胰島素抵抗,改善肝臟糖脂代謝紊亂,降低氧化應(yīng)激水平,減輕糖尿病肝損傷的作用[11-13]。 本研究擬在此基礎(chǔ)上,觀察降糖消渴顆粒對(duì)糖尿病小鼠肝臟AMPK 信號(hào)通路和NF-κB 炎癥信號(hào)通路相關(guān)因子表達(dá)的影響,從炎癥角度進(jìn)一步探討降糖消渴顆粒治療糖尿病、改善糖尿病肝臟脂肪變性的可能作用機(jī)制。
雄性 KK-Ay 小鼠 40 只、C57BL/6J 小鼠 8 只,8周齡,購于北京華阜康生物科技有限公司[許可證號(hào)SCXK(京)2012-0001],北京中醫(yī)藥大學(xué)屏障環(huán)境動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)[合格證號(hào) SCXK(京)2011-0024]。 環(huán)境溫度 22~24 ℃,相對(duì)濕度(40±10)%,12 h/12 h 光照明暗周期。 飼養(yǎng)期間,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物自由進(jìn)食及飲水,高脂飼料(20.0%蔗糖、2.5%膽固醇、10.0%豬油、1.0%膽酸鈉、66.5%基礎(chǔ)飼料)及普通飼料均購自北京科澳協(xié)力飼料有限公司。
本動(dòng)物實(shí)驗(yàn)經(jīng)北京中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理委員會(huì)準(zhǔn)許(倫理批號(hào):BUCM-4-2016061701-3001)。
降糖消渴顆粒由生地黃、山萸肉、生曬人參、茯苓、丹參、黃連等10 味藥按照一定比例組成,根據(jù)制劑工藝設(shè)計(jì)的依據(jù)及處方中各藥物有效成分的化學(xué)性質(zhì),選擇適宜的提取方法[11-13],生藥購自河北安國藥材批發(fā)市場,經(jīng)北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院中藥科技發(fā)展部鑒定為正品,并制成顆粒,每克顆粒含5.01 g生藥。 鹽酸吡格列酮片(每片15 mg,北京太洋藥業(yè)有限公司,批號(hào)140908)。 給藥藥品均保存于4 ℃條件下,用前去離子水配制成所需濃度混懸液,超聲30 min 使其充分溶解。
Trizol 試劑(美國 Invitrogen 公司,批號(hào) 1382737)、SYBR Mix 試劑盒(美國 ABI 公司,批號(hào) 1501480)、PCR 引物設(shè)計(jì)合成(上海生工生物工程有限公司)、實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)(RT-qPCR)檢測儀器(美國ABI 公司,型號(hào) Step One PLUS)、電動(dòng)勻漿器(德國IKA 儀器設(shè)備有限公司,型號(hào)T10BS25)、Merinton超微量紫外分光光度計(jì)[美林恒通(北京)儀器有限公司上海分公司,型號(hào)SMA 4000]、半裙邊PCR 板(美國 ABI 公司,規(guī)格:96 孔)、封板膜(美國 ABI 公司,規(guī)格:142×78 mm)。
本實(shí)驗(yàn)所有小鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)1 周后,給予KK-Ay小鼠高脂飼料飼養(yǎng)造模,期間C57BL/6J 小鼠繼續(xù)食用普通飼料。 4 周后,禁食不禁水12 h,檢測各組小鼠空腹血糖水平,以空腹血糖≥13.9 mmol/L 為成模標(biāo)準(zhǔn),均造模成功。
將誘導(dǎo)成模后的糖尿病小鼠隨機(jī)分為模型組、吡格列酮組及降糖消渴顆粒低(1.75 g/kg)、中(3.50 g/kg)、高(7.00 g/kg)劑量組,每組 8 只。 8 只同周齡C57BL/6J 小鼠作為正常組,普通飼料喂養(yǎng)。 降糖消渴顆粒各組小鼠給予等體積(劑量不同,濃度有差異)中藥混懸液灌胃;吡格列酮組小鼠予6.5 mg/kg吡格列酮灌胃治療;模型組和正常組小鼠予等體積蒸餾水灌胃。 治療周期為10 周,期間每日上午灌胃 1 次。
2.3.1 RT-qPCR 檢測肝臟相關(guān)炎癥因子mRNA 表達(dá) 治療周期結(jié)束后,肝組織取材,4 ℃預(yù)冷的生理鹽水沖洗干凈,分裝到提前標(biāo)記好的EP 管中,液氮保存?zhèn)溆谩?檢測時(shí),稱取100 mg 肝組織,Trizol 法提取總RNA,檢測純度及濃度后,將提取的總RNA 稀釋成0.1 μg/μL,按照反轉(zhuǎn)錄試劑盒操作說明,建立20 μL 反應(yīng)體系,反轉(zhuǎn)錄成單鏈 cDNA。 進(jìn)一步用DEPC 水 10 倍稀釋 cDNA,以 SYBR Mix(10 μL)+c DNA 模板(2 μL)+ 上/下游引物(各 1 μL)+ 無核酸酶超純水(6 μL),反應(yīng)總體積為 20 μL 的反應(yīng)體系,使用RT-qPCR 檢測儀進(jìn)行擴(kuò)增反應(yīng)。 反應(yīng)條件如下:50 ℃,2 min;95 ℃,10 min;95 ℃,20 s;60 ℃,15 s。40 個(gè)循環(huán),結(jié)束后 4 ℃保存。 每組取 4 個(gè)樣本,各樣本上樣設(shè)2 個(gè)復(fù)孔。 擴(kuò)增結(jié)果以CT 值表示,各樣本mRNA 表達(dá)結(jié)果以樣本中β 肌動(dòng)蛋白(β-actin)的CT值為基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算,得到相對(duì)表達(dá)量,采用2-ΔΔCt計(jì)算。 ΔΔCt 計(jì)算公式如下:ΔΔCt=(Ct目的基因-Ctβ-actin)實(shí)驗(yàn)組- (Ct目的基因- Ctβ-actin)對(duì)照組。 引物序列見表 1。
表1 炎癥因子相關(guān)指標(biāo)引物序列
2.3.2 RT-qPCR 法檢測胰島素信號(hào)通路相關(guān)基因的表達(dá) 實(shí)驗(yàn)操作及結(jié)果計(jì)算方法同2.3.1,引物序列見表2。
表2 胰島素信號(hào)通路相關(guān)指標(biāo)引物序列
2.3.3 RT-qPCR 法檢測AMPK 信號(hào)通路相關(guān)基因的表達(dá) 實(shí)驗(yàn)操作及結(jié)果計(jì)算方法同2.3.1,引物序列見表3。
表3 AMPK 信號(hào)通路相關(guān)指標(biāo)引物序列
實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)分析用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行處理,計(jì)量資料以表示。 組間比較采用單因素方差分析。 取α=0.05 為檢驗(yàn)水準(zhǔn)。
模型組小鼠肝組織中 NF-κB、TNF-α 的 mRNA 表達(dá)量較正常組顯著上升,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。治療后,降糖消渴顆粒中、低劑量組 NF-κB、TNF-α 的mRNA較模型組顯著下降,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01,P<0.05)。 見表 4。
表4 各組小鼠肝臟 NF-κB、TNF-α、IL-1β 的 mRNA 表達(dá)()
表4 各組小鼠肝臟 NF-κB、TNF-α、IL-1β 的 mRNA 表達(dá)()
注:NF-κB 為核因子 κB,TNF-α 為腫瘤壞死因子 -α,IL-1β 為白細(xì)胞介素-1β,RQ 為相對(duì)表達(dá)量。 與模型組比較,*P<0.05,**P<0.01。
組別 劑量/(g·kg-1) 只數(shù) NF-κB TNF-α IL-1β正常組 — 8 1.07±0.39** 1.06±0.40** 1.01±0.17模型組 — 8 3.15±0.57 7.60±1.66 4.79±3.51吡格列酮組 0.0065 8 2.10±0.73 8.02±3.40 1.78±0.69降糖消渴顆粒高劑量組 7.0000 8 2.72±0.77 4.59±1.32 1.42±0.63降糖消渴顆粒中劑量組 3.5000 8 1.43±0.22** 4.09±1.14* 1.13±0.32降糖消渴顆粒低劑量組 1.7500 8 1.56±0.20** 3.03±1.90* 1.62±0.27
模型組T2DM 小鼠肝組織胰島素受體底物-1(IRS-1)的mRNA 表達(dá)量較正常組顯著減少,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。 治療后,吡格列酮組 IRS-1 mRNA 較模型組上升,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);降糖消渴顆粒高劑量組蛋白激酶Cε(PKCε)mRNA較模型組降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。 見表5。
表5 各組小鼠肝臟IRS-1、PKCε 基因表達(dá)量比較()
表5 各組小鼠肝臟IRS-1、PKCε 基因表達(dá)量比較()
注:IRS-1 為胰島素受體底物 1,PKCε 為蛋白激酶 Cε,RQ 為相對(duì)表達(dá)量。 與模型組比較,**P<0.01。
組別 劑量/(g·kg-1) 只數(shù) IRS-1 PKCε正常組 — 8 1.07±0.43** 1.06±0.36模型組 — 8 0.30±0.15 1.50±0.14吡格列酮組 0.0065 8 0.76±0.16** 1.41±0.16降糖消渴顆粒高劑量組 7.0000 8 0.34±0.11 1.04±0.11**降糖消渴顆粒中劑量組 3.5000 8 0.53±0.16 1.44±0.24降糖消渴顆粒低劑量組 1.7500 8 0.60±0.21 1.39±0.22
模型組小鼠肝臟 AMPKα、PPARα 的 mRNA 較正常組小鼠均顯著下降,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。治療后,吡格列酮組AMPKα mRNA 較模型組顯著上升,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);降糖消渴顆粒高劑量組PPARα mRNA 較模型組顯著上升,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);降糖消渴顆粒中、低劑量組AMPKα mRNA 較模型組顯著上升,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01,P<0.05)。 見表 6。
表6 各組小鼠肝臟AMPKα、PPARα 基因表達(dá)量比較()
表6 各組小鼠肝臟AMPKα、PPARα 基因表達(dá)量比較()
注:AMPKα 為腺苷酸活化蛋白激酶α,PPARα 為過氧化物酶體增殖物激活受體α,RQ 為相對(duì)表達(dá)量。 與模型組比較,*P<0.05,**P<0.01。
組別 劑量/(g·kg-1) 只數(shù) AMPKα PPARα正常組 - 8 1.01±0.14** 1.02±0.19**模型組 - 8 0.61±0.05 0.41±0.07吡格列酮組 0.0065 8 0.85±0.08** 0.75±0.12降糖消渴顆粒高劑量組 7.0000 8 0.68±0.09 1.43±0.71**降糖消渴顆粒中劑量組 3.5000 8 1.03±0.14** 0.78±0.21降糖消渴顆粒低劑量組 1.7500 8 0.79±0.08* 0.62±0.06
降糖消渴顆粒是基于高思華教授“肝脾腎三臟同調(diào),辨證治療T2DM”學(xué)術(shù)思想創(chuàng)立的系列復(fù)方之一,針對(duì)T2DM 最常見的“肝脾腎氣陰兩虛,挾熱挾瘀”證型而設(shè)[11]。 中醫(yī)學(xué)認(rèn)為肝主疏泄,可通調(diào)全身氣機(jī),推動(dòng)氣血津液的正常運(yùn)行;脾主運(yùn)化,水谷精微在脾氣散精作用下化生為氣血,濡養(yǎng)四肢百骸,脾亦可統(tǒng)攝血液,使其在脈管內(nèi)流動(dòng);而腎臟主藏先天之精,調(diào)控人體的生長、發(fā)育和生殖功能,并與脾胃生成的后天之精互相滋養(yǎng)、轉(zhuǎn)化。 三臟協(xié)同作用,共同維持人體氣血津精的生成、流通、輸布、轉(zhuǎn)化,任何一臟損傷,都會(huì)漸次波及其余兩臟,導(dǎo)致三臟同病的局面,引發(fā) DM[9]。 脾胃為后天之本,氣血生化之源,腎精充足則肝、脾功能正常,氣血生化有源,疏泄有常。 腎臟虛弱、脾胃功能失?;蚋问栊梗染⑹в谡]敳嫁D(zhuǎn)化,痰濁、瘀血叢生;若停留在肝臟中,則肝失調(diào)達(dá),疏泄無能,氣郁化熱,進(jìn)一步化生痰濁、瘀血,這一過程相當(dāng)于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的糖脂代謝紊亂狀態(tài)。
胰島素生理功能的正常發(fā)揮有賴于胰島素信號(hào)的傳導(dǎo),胰島素抵抗(IR)作為T2DM 的重要發(fā)病機(jī)制之一,貫穿T2DM 及其并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展的始終。 在不同的胰島素受體底物(IRS)中,IRS-1 介導(dǎo)的胰島素信號(hào)通路作用最為廣泛,當(dāng)其功能異常時(shí),胰島素的靶組織骨骼肌、肝臟、脂肪等均可發(fā)生 IR[14]。 PKCε是PKC 家族成員之一,在肝臟中高表達(dá)。 T2DM 狀態(tài)下,脂肪被大量動(dòng)員,分解作用增強(qiáng),過多的脂質(zhì)進(jìn)入肝臟堆積,激活PKCε,抑制IRS-1 的活性,肝臟胰島素信號(hào)通路傳導(dǎo)失常,引發(fā) IR[15-17]。 本實(shí)驗(yàn)中,模型組小鼠IRS-1 的mRNA 表達(dá)量較正常小鼠明顯下調(diào),說明經(jīng)過高脂飲食誘導(dǎo),實(shí)驗(yàn)小鼠出現(xiàn)了嚴(yán)重的IR。 吡格列酮上調(diào)了肝臟中IRS-1 mRNA 的表達(dá),提示吡格列酮可改善肝臟IR。 降糖消渴顆粒對(duì)肝臟中IRS-1 mRNA 表達(dá)并未體現(xiàn)出明顯作用,可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)小鼠所有胰島素靶器官都存在嚴(yán)重的IR,并不僅僅局限于肝臟內(nèi),IRS-1 雖然在全身廣泛分布,但肝臟并不是其特異性高表達(dá)部位。 從肝臟提取的總mRNA 中,IRS-1 mRNA 含量較少,在各組實(shí)際表達(dá)量相差不大的情況下不易進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較。 從表達(dá)趨勢上可以分析,中、低劑量降糖消渴顆粒對(duì)IRS-1 mRNA 的表達(dá)量具有一定上調(diào)作用。本實(shí)驗(yàn)正常組小鼠PKCε mRNA 表達(dá)量組內(nèi)差異太大,對(duì)照性不佳,但從表達(dá)趨勢上可以看出糖尿病小鼠肝臟內(nèi)的PKCε mRNA 表達(dá)上調(diào),高劑量降糖消渴顆粒下調(diào)了肝臟PKCε mRNA 表達(dá),與模型組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 吡格列酮可通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)受體,增強(qiáng)IR 狀態(tài)下靶組織對(duì)胰島素的敏感性。 由于PPARγ 在肝臟中表達(dá)較少,肝組織中PPARγ 的激活不足以大幅減輕肝臟的 IR,PKCε mRNA 表達(dá)變化不明顯。 此處提示,高劑量降糖消渴顆粒下調(diào)PKCε mRNA 表達(dá)的作用可能不是通過激活PPARγ 受體來實(shí)現(xiàn)的,其作用途徑尚需進(jìn)一步研究。 此處mRNA 初篩結(jié)果不佳,因此未繼續(xù)做相關(guān)蛋白表達(dá)量的檢測。
NF-κB 是調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的重要因子,也是氧化應(yīng)激的重要靶點(diǎn),受內(nèi)環(huán)境中高糖、高脂的影響。T2DM 合并NAFLD,特別是非酒精性脂肪性肝炎狀態(tài)下,肝臟中NF-κB 表達(dá)顯著增加,且與疾病的嚴(yán)重程度呈正相關(guān),NF-κB 也可能是飽和脂肪酸誘導(dǎo)肝細(xì)胞發(fā)生“脂毒性”和炎癥反應(yīng)的原因之一[18]。 在糖尿病肝損傷的發(fā)生過程中,NF-κB 可被活性氧(ROS)激活,促進(jìn) TNF-α、白細(xì)胞介素-1(IL-1)等炎癥細(xì)胞因子表達(dá),降低細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感性,阻礙胰島素信號(hào)向胞內(nèi)的傳遞,導(dǎo)致機(jī)體IR 發(fā)生,引發(fā)肝臟脂質(zhì)代謝紊亂。 而肝臟脂質(zhì)代謝紊亂產(chǎn)生的還原性代謝產(chǎn)物反過來加重肝臟氧化應(yīng)激反應(yīng),進(jìn)一步激活NF-κB 介導(dǎo)炎癥反應(yīng)[19]。 TNF-α、IL-1 和 NF-κB 互相促進(jìn)分泌及合成,共同介導(dǎo)了炎癥反應(yīng)和IR 的發(fā)生。 AMPK 是治療糖尿病脂質(zhì)代謝紊亂的重要靶點(diǎn),在肝臟的作用主要表現(xiàn)為抑制肝臟脂質(zhì)合成,促進(jìn)脂質(zhì)氧化[20]。 PPARα 受體作為脂類感受器,受AMPK 調(diào)控,在機(jī)體肝臟中特異性高表達(dá),可以調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)代謝的各個(gè)方面。 除此之外,AMPK 的激活可通過多種途徑抑制NF-κB 信號(hào)通路的激活,減少炎癥因子的表達(dá)[21]。 本實(shí)驗(yàn)中模型組小鼠肝臟中NF-κB、TNF-α 的基因表達(dá)較正常組小鼠顯著上調(diào),說明肝臟中發(fā)生了嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。 降糖消渴顆粒低、中劑量組顯著下調(diào)了 NF-κB 和 TNF-α mRNA 的表達(dá),提示降糖消渴顆粒具有良好的抗炎、減少炎癥因子分泌的作用。 肝臟中 AMPKα、PPARα mRNA的表達(dá)明顯下調(diào),是DM 小鼠NAFLD 的重要原因之一。 降糖消渴顆粒低、中劑量組顯著上調(diào)了肝臟中AMPKα mRNA 表達(dá),且在3.50 g/kg 劑量范圍內(nèi),其作用體現(xiàn)出了一定的劑量依賴性。 結(jié)合炎癥相關(guān)指標(biāo)的變化,推論降糖消渴顆粒的抗炎作用可能是通過AMPKα 的調(diào)節(jié)作用實(shí)現(xiàn)的。 基因表達(dá)量的變化只能反映AMPKα 生物合成的增強(qiáng),而其發(fā)揮作用有賴于磷酸化激活,因此,后續(xù)實(shí)驗(yàn)應(yīng)驗(yàn)證肝臟脂質(zhì)代謝關(guān)鍵位點(diǎn)的蛋白,尤其是磷酸化蛋白表達(dá)量的變化,以進(jìn)一步驗(yàn)證降糖消渴顆粒的作用。
綜上所述,降糖消渴顆??赡苁峭ㄟ^AMPKα調(diào)節(jié)糖尿病小鼠肝臟NF-κB 信號(hào)通路以減輕炎癥反應(yīng)、緩解IR,從而改善T2DM 狀態(tài)下肝臟脂代謝紊亂造成的肝損傷;其中低、中劑量降糖消渴顆粒綜合作用較好。