电针通过SIRT1介导Wnt/β-catenin信号通路修复肥胖胰岛素抵抗大鼠肠粘膜损伤及屏障功能的机制研究

来源 :湖北中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wjh_1201
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目的
  肥胖是摄入的卡路里和消耗的卡路里之间能量失衡的结果。当机体长期处于肥胖状态时,其脂肪组织会分泌大量的非酯化脂肪酸、炎症前因子、脂肪因子等,诱导胰岛素抵抗(IR)的发生。而IR是肥胖病发展成2型糖尿病的关键病理基础,因此及时改善IR状态,既可减少肥胖带来的疾病负担,还能提升人们的健康水平和生活质量。最新研究发现,肠上皮细胞的增殖能力下降,无法修复肠粘膜损伤引起的屏障功能改变是导致高脂饮食诱导小鼠出现代谢性内毒素血症的重要成因,与胰岛素抵抗的发展密切相关。肠上皮细胞的增殖和凋亡是肠道自我更新和修复的基本途径,也是维持肠道完整性和功能的基础,对于肠道稳态至关重要,Wnt/β-catenin信号传导则在驱动肠上皮细胞增殖中起关键作用。故本实验采用高脂饮食诱导法构建肥胖胰岛素抵抗大鼠模型,以电针为干预手段,以肠粘膜损伤为切入点,观察肥胖胰岛素抵抗大鼠小肠组织SIRT1对Wnt/β-catenin通路的影响,结合肠粘膜损伤改变、肠上皮细胞的凋亡情况以及屏障功能的变化,探讨电针通过SIRT1介导Wnt/β-catenin通路修复肥胖胰岛素抵抗大鼠肠粘膜损伤及屏障功能的相关机制,为临床应用电针治疗肥胖及胰岛素抵抗相关疾病提供实验依据。
  方法
  采用5周龄SPF级Wistar雄性大鼠120只,用耳标进行一一标记,通过随机数字表法选取15只作为普食组,给予普通饲料喂养,其余105只大鼠作为造模组给予高脂饲料喂养,持续10周。造模结束后,随机挑选普食组中的12只为正常组,继续给予普通饲料喂养,在造模成功后的大鼠中随机选取60只分别编为模型组、电针组、非经非穴组、电针+SIRT1抑制剂组、SIRT1激动剂组,每组12只,继续予以高脂饮食喂养。
  (1)正常组:不给予其他干预,共8周;
  (2)模型组:模型大鼠,不给予其他干预,共8周;
  (3)电针组:选取中脘、关元以及同侧足三里、丰隆。连接韩氏电针仪,中脘穴和关元穴连接一对电针夹,同侧足三里穴及丰隆穴连接另一对电针夹,频率2Hz,强度1mA,连续波,15min/次,3次/周,共8周;
  (4)非经非穴组:毫针浅刺大鼠穴位旁边的皮下后,夹持电极,但不予通电,其余同上述电针方法,共8周;
  (5)电针+SIRT1抑制剂组:在给予电针干预的基础上,同步予以SIRT1特异性抑制剂Sirtinol(1mg/kg,尾静脉注射给药),每周3次,共8周;
  (6)SIRT1激动剂组:给予SIRT1激活剂白藜芦醇(resveratrol,RSV)作阳性对照(200mg/kg,灌胃给药),每周3次,共8周。
  在造模期间,于高脂饮食造模第10周的最后一天分别测量各组大鼠体质量,然后在普食组中选取3只大鼠,造模组选取15只大鼠进行高胰岛素—正葡萄糖钳夹术实验以检测葡萄糖输注速率(GIR),通过体质量和GIR判断肥胖胰岛素抵抗大鼠是否造模成功。
  在干预前(第0周)、干预后的第2、4、6、8周分别检测大鼠体质量、Lee’s指数,并于第6周检测各组大鼠腹腔胰岛素耐量(IPITT)、腹腔糖耐量(IPGTT)。在8周干预结束后,每组随机选取3只大鼠测定葡萄糖输注速率(GIR)。在各组大鼠处死前,心尖取血,采用ELISA法检测血清胰岛素(INS)、脂毒素(LPS)含量;采用全自动生化分析仪检测血清总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、游离脂肪酸(FFA),并随后剪取大鼠腹部以及睾周部的白色脂肪进行称量。大鼠处死后,取新鲜小肠组织,应用免疫印迹法(WB)检测各组大鼠小肠组织ZO-1、Occludin、SIRT1、β-catenin、p-β-catenin、CyclinD1、caspase3的蛋白表达含量,免疫荧光双标法检测大鼠小肠组织SIRT1和β-catenin的共表达,采用RT-PCR法检测大鼠小肠组织ZO-1、Occludin、SIRT1、β-catenin、CyclinD1、caspase3的mRNA表达水平。大鼠灌注固定后剪取小肠组织,分别制作石蜡切片和冰冻切片,通过HE染色观察小肠组织的形态学变化,通过原位末端标记法(TUNEL)检测小肠细胞凋亡情况。
  结果
  1.高脂饮食饲喂10周对大鼠体质量、GIR的影响
  (1)体质量:干预10周后,与普食组相比,造模组中有78只大鼠体质量较普食组明显增加(P<0.01)。
  (2)GIR:干预10周后,与普食组相比,造模组的GIR指数明显降低(P<0.01)。
  2.电针对胰岛素抵抗肥胖大鼠体质量、白色脂肪重量、脂质代谢、胰岛素敏感性、GIR以及血清胰岛素的影响
  (1)体质量:在干预的第0周,与正常组大鼠相比,高脂饮食喂养的其它五组大鼠体质量均显著增加(P<0.01)。模型组在随后的第2、4、6、8周中体质量均明显高于正常组(P<0.01)。从第4周开始,SIRT1激动剂组大鼠体质量较模型组降低(P<0.05),且在第6、8周显示出明显下降趋势(P<0.01)。与模型组相比,电针组体质量则是在干预6周后出现下降(P<0.05),且第8周差异更加明显(P<0.01)。而非经非穴组体质量在各个时间段均与模型组无统计学差异(P>0.05),于第8周显著高于电针组(P<0.05)。电针+SIRT1抑制剂组则是干预8周后体质量才较模型组减少(P<0.05)。
  (2)Lee’s指数:在干预的第0周,与正常组相比,其它五组大鼠Lee’s指数均显著增高(P<0.01)。在第6周,仅有SIRT1激动剂组Lee’s指数较模型组下降(P<0.05);在第8周,电针组和激动剂组则均能降低模型大鼠Lee’s指数(P<0.05,P<0.01)。而非经非穴组与电针+SIRT1抑制剂组的Lee’s指数在各个时间段均与模型组无显著差异(P>0.05)。
  (3)白色脂肪重量:与正常组相比,模型组大鼠白色脂肪重量较之明显增加(P<0.01)。与模型组相较,电针组、电针+SIRT1抑制剂组、SIRT1激动剂组的白色脂肪重量均减少(P<0.01,P<0.05,P<0.01),而非经非穴组白色脂肪重量与模型组无统计学差异(P>0.05),且高于电针组(P<0.05)。
  (4)血清TC、TG、FFA含量:与正常组相比,模型组大鼠血清TC、TG、FFA含量均显著上升(P<0.01)。与模型组相比,电针组和SIRT1激动剂组则可以显著下调血清TC、TG、FFA水平(P<0.01);非经非穴组血清TC、TG水平也较模型组减少(P<0.01),但仍高于电针组(P<0.01,P<0.05);而电针+SIRT1抑制剂组也可以降低模型大鼠血清TC、TG、FFA含量(P<0.05,P<0.01,P<0.05),但对TC的调节效力不如电针组(P<0.05)。
  (5)IPITT结果以及IPGTT结果:IPITT结果显示,与正常组相比,模型组从第30min开始,血糖水平显著上升(P<0.01)。与模型组相比,电针组在第60、120min的血糖水平出现下降(P<0.05),SIRT1激动剂组血糖值则从第30min开始低于模型组(P<0.05),且在第60min下降程度最为显著(P<0.01)。而在不同时间段,非经非穴组及电针+SIRT1抑制剂组的血糖水平均较模型组无明显差异(P>0.05)。
  IPGTT结果显示:与正常组相比,模型组大鼠血糖值从第30min开始增加(P<0.05),且在第30min差异最为显著(P<0.01)。与模型组相比,电针组从第60min开始血糖水平逐渐下降(P<0.05),并在第120min较模型组显著降低(P<0.01)。SIRT1激动剂组血糖值则是从第30min开始就低于模型组(P<0.05),并在第120min将差异扩大到更加明显(P<0.01)。非经非穴组及电针+SIRT1抑制剂组的血糖水平在各个时间段均较模型组无统计学差异(P>0.05),且在第120min均高于电针组(P<0.05)。
  (6)GIR水平:在干预前,与正常组相比,其余五组大鼠GIR水平均显著降低(P<0.01)。干预后,模型组大鼠GIR水平仍显著低于正常组(P<0.01)。与模型组相较,电针组、电针+SIRT1抑制剂组、SIRT1激动剂组均可提升大鼠GIR水平(P<0.01,P<0.05,P<0.01)。非经非穴组GIR水平不仅与模型组无差异(P>0.05),还显著低于电针组(P<0.01)。(7)血清INS含量:与正常组相比,模型组大鼠血清INS水平明显增加(P<0.01)。与模型组相较,电针组以及SIRT1激动剂组血清INS含量则较之明显减少(P<0.01);而非经非穴组与电针+SIRT1抑制剂组的INS水平较模型组无明显差异(P>0.05),且两组INS水平仍高于电针组(P<0.01,P<0.05)。
  3.电针对肥胖胰岛素抵抗大鼠脂毒素以及肠屏障功能的影响
  (1)血清LPS含量:与正常组相比,模型组大鼠血清LPS水平明显增加(P<0.01)。与模型组相比,电针组、电针+SIRT1抑制剂组、SIRT1激动剂组均能下调大鼠的血清LPS含量(P<0.01,P<0.05,P<0.01)。而非经非穴组血清LPS含量较模型组无明显差异(P>0.05),且显著高于电针组(P<0.01)。
  (2)小肠组织ZO-1和Occludin的蛋白表达:与正常组相比,模型组大鼠小肠组织ZO-1和Occludin的蛋白表达均显著下降(P<0.01)。与模型组相比,电针组、电针+SIRT1抑制剂组、SIRT1激动剂组均可上调ZO-1和Occludin的蛋白表达(P<0.01,P<0.05,P<0.01),且非经非穴组Occludin的蛋白表达也较模型组增加(P<0.05)。而与电针组相较,非经非穴组和电针+SIRT1抑制剂组小肠组织ZO-1和Occludin的蛋白表达较之减少(P<0.05)。
  (3)小肠组织ZO-1和Occludin的基因表达:与正常组相较,模型组大鼠小肠组织ZO-1和Occludin的mRNA表达明显降低(P<0.01)。与模型组相比,SIRT1激动剂组可以显著上调ZO-1和Occludin的mRNA表达(P<0.01),电针干预也可增加ZO-1和Occludin的mRNA表达(P<0.01,P<0.05)。而非经非穴组ZO-1和Occludin的mRNA的表达与模型组无统计学差异(P>0.05),且均低于电针组(P<0.05)。电针+SIRT1抑制剂组则仅能增加模型大鼠ZO-1mRNA的表达水平(P<0.05),但其ZO-1和Occludin的mRNA表达水平仍显著低于电针组(P<0.05)。
  4.电针对肥胖胰岛素抵抗大鼠小肠组织粘膜形态学、Chiu’评分以及肠上皮细胞凋亡的影响
  (1)小肠组织形态学变化及Chiu’s评分结果:与正常组相比,模型组小肠粘膜损伤严重,绒毛大量脱落坏死,腺体结构紊乱,Chiu’s评分较正常组明显增加(P<0.01)。与模型组相比,电针组和SIRT1激动剂组绒毛排列较整齐,腺体结构较完整,Chiu’s评分较模型组显著降低(P<0.01)。非经非穴组和电针+SIRT1抑制剂组黏膜损伤明显,绒毛排列紊乱,Chiu’s评分与模型组相较无差异(P>0.05),且两组Chiu’s评分均较电针组增加(P<0.01,P<0.05)。
  (2)肠上皮细胞凋亡情况:与正常组相比,模型组肠上皮细胞凋亡率显著增加(P<0.01)。与模型组相较,四个干预组均可有效降低肠上皮细胞凋亡率(P<0.01)。其中电针组肠上皮细胞凋亡率下降程度较非经非穴组和电针+SIRT1抑制剂组更大(P<0.01,P<0.05)。
  5.电针对肥胖胰岛素抵抗大鼠小肠组织SIRT1介导的Wnt/β-catenin相关基因的蛋白及mRNA表达的影响。
  (1)小肠组织SIRT1蛋白及mRNA的表达:与正常组相比,模型组大鼠小肠组织SIRT1的蛋白及mRNA表达均显著降低(P<0.01)。与模型组相较,电针组和SIRT1激动剂组可明显上调小肠组织SIRT1的蛋白及mRNA表达(P<0.01)。非经非经穴组SIRT1的蛋白及mRNA表达也较模型组增加(P<0.05),但其SIRT1的蛋白含量仍低于电针组(P<0.05)。电针+SIRT1抑制剂组SIRT1的蛋白及mRNA表达与模型组相比无差异(P>0.05),同时显著低于电针组(P<0.01)。
  (2)各组大鼠小肠组织中SIRT1和β-catenin的共表达:与正常组相比,模型组SIRT1、β-catenin的阳性细胞率均显著降低(P<0.01)。与模型组比较,电针组和SIRT1激动剂组SIRT1、β-catenin的阳性细胞率明显增加(P<0.01)。电针+SIRT1抑制剂组的SIRT1、β-catenin的阳性细胞率也较模型组升高(P<0.05),但其β-catenin的阳性细胞率低于电针组(P<0.05)。与电针组比较,非经非穴组SIRT1、β-catenin的阳性细胞率均降低(P<0.05,P<0.01),仅有SIRT1的阳性细胞率较模型组增高(P<0.05)。
  (3)小肠组织Wnt/β-catenin通路中相关基因的蛋白表达:与正常组相比,模型组大鼠小肠组织β-catenin、CyclinD1的蛋白表达明显减少(P<0.01),p-β-catenin、caspase3蛋白表达明显增多(P<0.01)。与模型组相比,SIRT1激动剂组可以显著上调β-catenin、CyclinD1的蛋白表达(P<0.01),并下调p-β-catenin、caspase3的蛋白含量(P<0.01)。电针组β-catenin、CyclinD1的蛋白表达也较模型组增多(P<0.01,P<0.05),且p-β-catenin、caspase3的蛋白表达较模型组明显降低(P<0.01)。与模型组相比,非经非穴组仅能降低p-β-catenin、caspase3的蛋白表达(P<0.05)。此外,与电针组相较,非经非穴组在调节β-catenin、p-β-catenin、CyclinD1、caspase3的蛋白表达方面均有一定差异(P<0.05)。与模型组比较,电针+SIRT1抑制剂组的β-catenin的蛋白表达增加(P<0.05),p-β-catenin、caspase3蛋白表达减少(P<0.05,P<0.01),但电针+SIRT1抑制剂组对p-β-catenin、CyclinD1蛋白表达的调节作用仍较电针组有差异(P<0.05)。
  (4)小肠组织Wnt/β-catenin通路中相关基因的mRNA表达:与正常组相较,模型组大鼠小肠组织β-catenin、CyclinD1的mRNA表达明显减少(P<0.01),caspase3mRNA的表达明显增多(P<0.01)。与模型组相比,电针组和SIRT1激动剂组均能上调小肠组织中β-catenin、CyclinD1的mRNA表达含量(P<0.01),同时下调caspase3mRNA表达水平(P<0.01)。电针+SIRT1抑制剂组的β-catenin、CyclinD1的mRNA表达也较模型组增加(P<0.05),caspase3mRNA表达较模型组下降(P<0.05),其中电针+SIRT1抑制剂组对β-cateninmRNA上调水平不及电针组(P<0.05)。而与模型组相较,非经非穴组能够提高小肠组织中β-catenin和CyclinD1的mRNA表达水平(P<0.05),但电针组对于β-catenin、CyclinD1、caspase3mRNA的调节作用优于非经非穴组(P<0.05)。
  结论
  1.电针能够有效降低肥胖胰岛素抵抗大鼠的体质量、Lee’s指数、减少白色脂肪重量、纠正脂质代谢紊乱、增强全身胰岛素敏感性、显著降低血清胰岛素水平,从而改善胰岛素抵抗状态。
  2.电针能够促进肥胖胰岛素抵抗大鼠小肠组织紧密连接相关蛋白ZO-1和Occludin的表达,改善肠屏障功能,降低肠道通透性,从而减少血清LPS水平。
  3.电针能够抑制肥胖胰岛素抵抗大鼠肠上皮细胞的凋亡,修复肠粘膜损伤,维持肠上皮的结构完整性。
  4.电针能够上调肥胖胰岛素抵抗大鼠小肠组织SIRT1的蛋白及基因表达,增加β-catenin的转录及翻译,减少p-β-catenin的蛋白表达,激活Wnt/β-catenin通路,减少caspase3蛋白及基因表达,增加CyclinD1蛋白及基因表达。
  5.电针和SIRT1激动剂对肥胖胰岛素抵抗大鼠具有类似的调节效应,而SIRT1抑制剂可以部分阻断电针的效应,表明电针是通过促进SIRT1的表达,从而上调β-catenin的表达,激活Wnt/β-catenin通路,调控下游靶基因转录翻译抑制肠上皮细胞的凋亡,修复肠粘膜损伤,促进肠屏障功能,降低肠道通透性,减少LPS渗漏,达到改善肥胖胰岛素抵抗的目的。
  综上所述,电针通过调控SIRT1介导Wnt/β-catenin信号通路,增强肠上皮细胞增殖能力,改变肠道屏障功能从而降低进入循环的LPS水平,改善肥胖导致胰岛素抵抗状态,这是电针改善胰岛素抵抗的新机制,可能为电针防治肥胖及胰岛素抵抗相关性疾病提供实验依据。
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