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甘氨酸是一种分子结构最简单的天然氨基酸,又名氨基乙酸,是人体的一种非必需氨基酸。人体生理状态下,甘氨酸是一碳、蛋白质、多肽、核苷酸类、卟啉类及胆盐代谢的关键氨基酸,同时甘氨酸作为中枢神经系统中一种抑制性神经递质,发挥着重要作用。中枢神经系统细胞广泛表达甘氨酸受体,甘氨酸与受体结合后,打开氯离子通道,使得细胞外氯离子大量内流,细胞膜发生超极化从而产生对突触后神经元的抑制作用。目前越来越多的研究表明,甘氨酸不只在中枢神经系统中发挥抑制性神经递质的作用,其也是一种用途广泛的细胞保护剂—预防或治疗性给予甘氨酸能够保护疾病状态下的细胞或组织。然而,循环系统疾病中甘氨酸是否也具有保护组织损伤的功能目前尚不清楚。我们实验室前期工作发现,甘氨酸能够通过抑制神经元细胞和心肌细胞的凋亡改善小鼠脑缺血引起的脑组织损伤和大鼠心肌缺血再灌注引起的心肌病变,这些研究结果提示我们甘氨酸对于循环系统疾病的治疗和预防具有重要意义。糖尿病作为威胁人类健康的重大疾病,目前已经成为导致全球人类死亡的第四大疾病,其中我国糖尿病发病率已高居世界首位。1型糖尿病最主要的临床特征是胰岛素分泌不足,不能降低机体吸收的葡萄糖。胰岛素分泌不足多归因于患者胰岛β细胞的凋亡,而胰岛β细胞凋亡的过程,亦是胰岛细胞ATP耗竭的过程。前期研究发现甘氨酸能抑制细胞ATP的耗竭从而抑制凋亡,因此我们提出假说,甘氨酸可通过抑制胰岛β细胞ATP的耗竭过程阻止凋亡,对1型糖尿病起到具有保护作用。为证明以上假说,我们选用健康雄性8周龄C57BL/6小鼠建立1型糖尿病模型,连续5天腹腔注射STZ(50mg/kg),同时腹腔注射给予小鼠80mg/kg(低)、400mg/kg(中)、800mg/kg(高)甘氨酸,造模完成后2天检测各组小鼠空腹血糖,低剂量甘氨酸空腹血糖与模型组无差异,中剂量和高剂量甘氨酸空腹血糖均明显低于模型组(P<0.05);连续4周腹腔注射甘氨酸并监测各组小鼠空腹血糖,于第4周末检测糖化血红蛋白,低剂量甘氨酸空腹血糖、糖化血红蛋白与模型组无差异,中剂量和高剂量甘氨酸空腹血糖、糖化血红蛋白均明显低于模型组,且具有剂量依赖性。中剂量、高剂量甘氨酸组血清胰岛素明显高于低剂量组和模型组;检测各组小鼠胰岛功能,中剂量和高剂量甘氨酸能显著改善小鼠糖耐量,分离各组小鼠原代胰岛细胞于体外进行糖刺激,中剂量和高剂量甘氨酸组上清胰岛素含量明显高于低剂量甘氨酸和模型组。进一步探究各组小鼠原代胰岛细胞形态和凋亡情况,模型组和低剂量甘氨酸组胰岛细胞形态较中剂量和高剂量甘氨酸组明显减小,形态不规则,Tunel实验表明中剂量和高剂量甘氨酸组胰岛凋亡明显少于模型组和低剂量甘氨酸组,且ATP含量更高。我们选择高剂量甘氨酸组小鼠探究甘氨酸的保护作用机制。检测了各组小鼠胰岛细胞内氧化应激水平,模型组胰岛细胞中钙离子浓度、NADPH氧化酶活性及超氧阴离子水平均明显高于高剂量甘氨酸组。提取各组小鼠原代胰岛细胞总蛋白,western blot 表明,模型组 bax,cleaved caspase-9,cleaved caspase-3 表达水平明显高于高剂量甘氨酸,P-Akt、bcl-2表达水平明显低于高剂量甘氨酸组,提示甘氨酸能抑制胰岛细胞内源性凋亡途径。模型组Fasl,cleaved caspase-8表达水平明显高于高剂量甘氨酸组,提示甘氨酸能抑制胰岛细胞外源性凋亡途径。PCR、western blot结果证实小鼠胰岛细胞表达α2型甘氨酸受体,为了探究是否是GlyRα2介导了甘氨酸的保护作用,我们采用GlyRα2敲除小鼠进行验证。GlyRα2敲除后,再给予高剂量甘氨酸,小鼠空腹血糖、糖化血红蛋白、血清胰岛素与模型相比无差异;检测各组小鼠凋亡情况,高剂量甘氨酸组和模型组凋亡水平、ATP含量无差异。GlyRα2敲除后高剂量甘氨酸组和模型组胰岛细胞内钙离子浓度、NADPH氧化酶、cleaved caspase-3表达水平相比无差异,提示甘氨酸通过GlyRα2发挥胰岛保护作用。综上,本研究结果证明,甘氨酸对STZ诱导的1型糖尿病具有保护作用:甘氨酸能显著降低小鼠空腹血糖,减少胰岛细胞损伤,维持胰岛细胞功能;甘氨酸能减少小鼠胰岛细胞凋亡,降低胰岛细胞内氧化应激水平,抑制内源性和外源性凋亡通路。当GlyRα2敲除后,甘氨酸的胰岛保护作用消失,因此甘氨酸抑制胰岛细胞凋亡由GlyRα2介导,甘氨酸受体是1型糖尿病治疗的潜在靶点。