周晓蓉 孙长颢 王海英 姜丽英 刘 荣(哈尔滨医科大学公共卫生学院,哈尔滨 150001) 摘 要:目的 通过研究共轭亚油酸conjugated linoleic acid,CLA对饮食诱导肥胖大鼠脂肪酸连接蛋白(fatty acid binding proteins,ap2)基因表达的影响,探讨CLA抗糖尿病作用的机制。方法 选用雄性Wistar大鼠,随机分为对照组、高脂组、高脂+CLA组(每100g饲料含CLA分别为0.75g、1.50g、3.00g),每组动物10只,观察CLA对肥胖大鼠胰岛素、血糖水平的影响,并应用RT-PCR的方法检测ap2、过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)的表达水平。结果 高脂组大鼠血清游离脂肪酸(free fatty acids FFA)、胰岛素和糖血水平分别为0.74±0.05(mmolL)、11.11±2.73μIUml,5.09±0.66mmolL,CLA 可降低肥胖大鼠血清FFA、血糖、胰岛素水平,低、中、高剂量组FFA水平分别为0.69±0.05(mmolL)、0.61±0.06(mmolL)、0.58±0.06(mmolL),胰岛素水平分别为6.99±1.77μIUml,7.36±1.48μIUml,7.85±1.60μIUml(P<0.05),血糖水平分别为4.28±0.72mmolL,4.18±0.55mmolL(P<0.05),4.06±0.63mmolL(P<0.05),且CLA可增加肥胖大鼠脂肪组织ap2、PPARγ mRNA的表达水平。结论 CLA可通过激活PPARγ上调脂肪酸连接蛋白基因的表达,改善肥胖大鼠的胰岛素抵抗。 关键词 脂肪酸连接蛋白;过氧化物酶体增殖物激活受体γ;胰岛素抵抗 Abstract Objective To study the effect of conjugated linoleic acid on expression of fatty acid binding proteins(ap2) and PPARγ in white obesity tissue of obese rats and explore the mechanism of resisting diabetes by CLA.Methods Male Wistar rats were randomly separated to control group high-fat group and high fat+CLA group0.75g、1.50g、3.00g% by deit weight Using reverse transcription polymerse chain reaction RT-PCR technique to measure the expression level of adiponectin and PPARγmRNA expression. Results The FFAserum insulin and glucose levels of obese rats were0.74±0.05(mmolL)、11.11±2.73μIUml5.09±0.66mmolLsupplement of CLA can decrease hyperinsulinemia and hyperglycemia CLA group0.75g、1.50g、3.00g% by deit weight serum FFA were 0.69±0.05(mmolL)、0.61±0.06(mmolL)、0.58±0.06(mmolL),serum insulin were 6.99±1.77μIUml,7.36±1.48μIUml,7.85±1.60μIUml(P<0.05)glucose were 4.28±0.72mmolL,4.18±0.55mmolL(P<0.05),4.06±0.63mmolL(P<0.05) CLA can increase the expression of ap2 and PPARγ mRNA in adipose tissue of obese rat. Conclusions CLA can improve insulin resistance of obese rat and increace the expression of ap2 mRNA possibly acting through activing peroxisome proliferator -activated receptor-γPPARγ. Keywords ap2;PPARγ;insulin resistance
肥胖者由于体内脂肪组织的过度积聚,可导致脂肪组织脂解增加,释放过多的游离脂肪酸(free fatty acids,FFA)使血浆FFA浓度逐渐增高,进而引发一系列病理生理反应。研究表明FFA升高对机体血糖自稳状态产生多途径的损害,可直接导致胰岛素抵抗,而胰岛素抵抗是2型糖尿病的发病基础1。因此,纠正高FFA对稳定血糖,改善胰岛素抵抗,防止糖尿病的发生具有非常重要的意义。 CLA是一种膳食脂肪酸,主要含有c9t11-182和t10c12-182两种同分异构体,后者具有抗糖尿病的作用。它可降低肥胖大鼠的FFA水平,改善胰岛素抵抗2,但其作用机制尚不清楚。本文将通过观察CLA对饮食诱导肥胖大鼠胰岛素抵抗形成过程中脂肪组织ap2基因的影响,探讨CLA的抗糖尿病作用机制,从而对糖尿病的预防和治疗提供更大的帮助。
1 材料与方法 1.1 材料 共轭亚油酸:购于中国青岛澳海生物有限公司,其中c9,t11-182 含量为38.17%,t10,c12-182含量为42.25%。胰岛素放免试剂盒:德普公司。血糖仪及试纸:美国强生公司。游离脂肪酸试剂盒:德国Roche公司 1.2 实验动物和饲料 80~100g雄性Wistar大鼠购于上海医学院实验动物中心,观察一周后,按体重将动物随机分为5组,每组10只,即基础对照组、高脂组及CLA高、中、低剂量组每100g饲料中含CLA分别为3.00g、1.50g、0.75g,每周称重一次,记录给食量和撒食量,饲料构成见表1。于第12周末乙醚麻醉处死动物(处死前12h空腹),腹主动脉采血,检测游离脂肪酸、血糖、胰岛素,取睾周和肾周脂肪称重记录,并留取睾周脂肪迅速放入液氮中冷冻以备检测mRNA。
1.3 脂体比的计算 脂体比=睾周脂肪重量(g)+肾周脂肪重量(g)体重(g)×100 1.4 游离脂肪酸测定 按试剂盒说明进行。 1.5 胰岛素测定 放免法,按试剂盒说明进行。 1.6 血糖测定 取一滴血用血糖仪(试纸)测全血血糖。 1.7 PPARγ、ap2 mRNA测定 按GIBCO公司总RNA提取试剂盒的操作步骤,从100mg大鼠白色脂肪组织中提取总RNA,逆转录反应以总RNA2μg为模板,PPARγ、ap2和β-actin基因采用OligoDT为逆转录引物,加入逆转录酶AMV10U,总反应体系为20μl,42℃水浴2h,合成第一条cDNA链,PCR反应以逆转录产物2μl为模板,引物序列见表2,加入引物20pmol,Taq DNA聚合酶0.35μl,总反应体系为25μl,PCR扩增条件为:β-actin为94℃变性30s、57℃退火30s、72℃延伸40s 30个循环;PPARγ为94℃变性30s、65℃退火30s、72℃延伸40s,35个循环;ap2为95℃变性30s、53℃退火1min、72℃延伸1min,35个循环。PCR产物经2%琼脂糖凝胶电泳,并与DNA标准分子比较鉴定之后,在数字成相仪上照相,扫描分析。
1.8 结果分析 运用SAS6.12软件包,数据以均数±标准差(X±s)来描述,组间差异采用方差分析进行处理。
2 结果 2.1 CLA对大鼠体重、脂体比的影响 结果见表3。
由表3可见,各组大鼠初始体重没有显著性差异,基础组终末体重、脂体比低于高脂组,P<0.05。CLA组随剂量增加,体重和脂体比逐渐下降,CLA各剂量组与高脂组比P<0.05。 2.2 CLA对大鼠胰岛素、血糖、游离脂肪酸的影响结果见表4。
由表4可见,与基础对照组比较,高脂组大鼠血清游离脂肪酸水平显著增加,而且高脂组大鼠血糖及血清胰岛素水平明显增高,胰岛素敏感性指数下降,经统计学分析,P<0.05,说明高脂饮食诱导的肥胖大鼠出现了胰岛素抵抗。而CLA组大鼠血清游离脂肪酸、胰岛素及血糖水平与高脂组相比明显下降,胰岛素敏感指数明显增加,P<0.05,说明CLA具有降低游离脂肪酸水平,改善胰岛素抵抗的作用。 2.3 CLA对大鼠脂肪组织PPARγ、ap2 mRNA基因表达的影响 1大鼠脂肪组织PPARγmRNA的表达 由图1和图2的光密度扫描结果可见,高脂组大鼠白色脂肪组织PPARγ mRNA表达水平略高于基础组,CLA组大鼠白色脂肪组织PPARγ mRNA的表达水平随剂量增加逐渐增强,且明显高于高脂组。
2大鼠脂肪组织ap2 mRNA的表达 由图3和图4可见,高脂组大鼠脂肪组织ap2 mRNA的表达高于基础组,CLA各实验组大鼠ap2 mRNA表达较高脂组明显增加,且随着剂量的升高,其表达也逐渐增强。
3 讨论 肥胖者脂肪组织增加后,机体由于自身的稳态调节作用,增多的脂肪组织更趋向于代谢分解,造成FFA进一步增高,高浓度的FFA可通过多种途径影响胰岛素的作用及葡萄糖代谢,与胰岛素抵抗的发生有密切关系。因此降低FFA、研究脂代谢机制对于改善胰岛素抵抗、预防2型糖尿病的发生具有重要意义。 本研究结果显示,各组动物实验前体重无显著性差异(P>0.05),试验结束时高脂饮食组大鼠体重、脂体比明显高于基础组P<0.05,说明高脂饮食诱导大鼠出现了肥胖,而CLA各剂量组大鼠体重、脂体比明显低于高脂组大鼠(P<0.05),且有剂量反应关系,说明CLA具有降低体重的作用。肥胖可导致脂类代谢异常。 本实验结果表明,高脂组大鼠血糖和血清FFA水平明显高于基础组(P<0.05),根据葡萄糖脂肪酸循环学说3,FFA与葡萄糖之间存在着氧化竞争。肥胖时FFA增加,导致脂肪酸β氧化增强,抑制葡萄糖的氧化和酵解,从而引起血糖升高。血糖升高可进一步刺激胰岛素的释放,因而可导致高胰岛素血症。过量分泌的胰岛素不能维持正常的血糖水平,就产生了胰岛素抵抗。胰岛素抵抗表现为胰岛素敏感性降低,胰岛素敏感性指数是反映胰岛素抵抗的较好的指标。本实验结果显示,高脂组大鼠血糖、胰岛素水平显著高于基础组(P<0.05),胰岛素敏感性指数显著低于基础组(P<0.05),形成了高胰岛素血症和胰岛素抵抗。而CLA各组血糖和FFA较高脂组明显降低,且有剂量反应关系,说明CLA可通过降低FFA,减少其与葡萄糖氧化的竞争,发挥其降血糖作用。另外,CLA各组动物胰岛素水平显著低于高脂组(P<0.05),胰岛素敏感性指数显著高于高脂组(P<0.05),说明CLA具有显著的降胰岛素作用,可通过提高胰岛素敏感性指数,增加胰岛素敏感性,改善胰岛素抵抗。 PPARγ是诱导脂肪细胞分化的关键调控因子,与PPARγ配基结合后可被激活,调节体内许多与糖代谢和脂代谢有关的基因转录,从而发挥抗糖尿病作用。已经确认,ap2是PPARγ下游的涉及到脂类储存并调节脂类代谢的靶基因,脂肪组织PPARγ表达的增减可能会影响该目标基因的表达,继而影响能量代谢的平衡。 细胞吸收脂肪酸包括主动扩散和被动转运两种情况。在生理浓度范围内,90%以上的脂肪酸经过蛋白转运途径进行转运4。一些脂类分子在细胞内外液体环境中的水溶性差,但对生命细胞有重要意义,脂肪酸结合蛋白可增加它们的溶解性,并负责它们的转运。脂肪酸在胞质内由脂肪酸结合蛋白转运。脂肪酸结合蛋白的结构特点决定了它对亲脂类化合物有亲和性,一个蛋白可结合两个疏水分子。长链脂肪酸在细胞内与脂肪酸结合蛋白结合后,增加了水溶性,可被迅速转运到脂肪酸氧化等位点发挥作用。脂肪酸结合蛋白在脂肪酸的吸收和利用,以及保持脂代谢稳定方面起重要作用。Binas等5利用基因打靶技术建立了H-FABP缺陷型鼠模型,该鼠表现为对外周长链脂肪酸利用缺陷。Atshaves等6发现,高水平的饱和脂肪酸和支链脂肪酸可引起脂类堆积,对细胞产生脂毒作用,细胞内尤其是脂肪细胞内脂肪酸结合蛋白ap2的高表达可刺激脂肪细胞摄入FFA,减少脂类堆积,削弱它对细胞的毒作用。 由于PPARγ在脂肪组织分化中起关键作用,可增加胰岛素敏感性,因此设想肥胖致胰岛素抵抗可能与PPARγ在体内的表达失调或降低有关。但本研究结果表明,高脂组大鼠脂肪组织PPARγmRNA表达较基础组大鼠略有增加,我们认为肥胖鼠PPARγmRNA表达增加可能是机体为了维持正常的胰岛素敏感性而出现的代偿现象,而CLA各组大鼠脂肪组织PPARγmRNA表达较高脂组明显增加,且随着剂量的增加,其表达增强,说明CLA可激活PPARγ,而高脂组大鼠PPARγmRNA表达的相对不足是产生胰岛素抵抗的原因之一。 由大鼠脂肪组织ap2基因表达的情况可以看出,高脂组大鼠脂肪组织ap2 mRNA表达略高于基础组。与高脂组过高的FFA相比,脂肪组织这些基因的表达相对不足,刺激脂肪细胞摄入FFA的能力有限,可能是高脂组大鼠血清FFA过高、产生胰岛素抵抗的的原因之一。与高脂组相比,CLA各实验组大鼠脂肪组织ap2 mRNA表达均明显增加,且有剂量反应关系,并与PPARγ mRNA的表达趋势一致,说明CLA可通过激活PPARγ上调ap2 mRNA基因的表达,增加脂肪组织对FFA的摄入,降低循环中FFA的浓度,减少FFA达到骨骼肌的浓度。正常情况下,骨骼肌是负责葡萄糖利用的主要组织,而肝脏和脂肪组织仅仅最低限度地(<10%)促进葡萄糖的利用,因此,CLA可通过上述机制改善胰岛素抵抗、发挥抗糖尿病作用。
参考文献:
1. Boden G.Role of fatty acids in the pathogenesis of insulin resistance and NIDDM. Diabetes 1997 463. 2. Houscknocht KI Vanden Heuvel JP Moya-Carnarcna SY et al. Dietary conjugated linoleic acid normalizes impaired glucose tolerance in the Zucker diabetic fatty fafa rat. Biochem Biophys Res Commun1998 244∶678-682. 3. Randle PJ,Garland PB,Hales CN,et al. The glucose fatty-acid cycle:Its role in insulin sensitivity and the metabolic disturbances of diabetes mellitus.Lancet,1963,1∶785-789. 4. Stump DD,Fan X,Berk BD. Oleic acid uptake and binding by rat adiopcytes define dualpathways for cellular fatty acid uptake. J Lipid Res,2001,42∶509-520. 5. Binas B,Danneberg H,McWhir J,et al. Requirement for the heart-type fatty acid binding protein in cardiac fatty acid utilization.FASEB J,1999,13∶805-812. 6. Atshaves BP,Storey SM,Petrescu A,et al. Expression of fatty acid binding protein inhibits lipid accumulation and alters toxicity in Lcell fibroblasts.Am J Physiol Cell Physiol,2002,2833∶C688-703. |