药物和有氧运动防治糖尿病糖脂代谢紊乱机制的研究

背景：Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病的病理机制都是由于胰岛素作用产生障碍，或分泌不足，或信号传导受阻，或发生抵抗等，最终导致体内代谢紊乱，尤其是糖代谢和脂代谢紊乱。降糖新药罗格列酮(PPARγ的激动剂)和有氧运动治疗糖尿病的机理都在于对糖脂代谢紊乱的调节，两者干预糖脂代谢的分子机制的探讨是本研究的核心问题。过氧化物酶体增殖因子活化受体γ亚型(PPARγ)被证明在调节代谢中起重要作用，它是一配体依赖性核内调控因子，调控许多与糖脂代谢相关基因的转录。GLUT4是骨骼肌和脂肪组织细胞内的葡萄糖转运体，在吸收利用葡萄糖中起重要作用。FABPs以L-FABP、H-FABP和A-FABP亚型分别存在于肝脏、肌肉和脂肪组织，负责脂肪酸在胞质内的转运。尽管PPARγ调控GLUT4基因表达的机制还不清楚，GLUT4的表达确实受到PPAKγ激动剂的影响；A-FABP基因是PPARγ直接调控的靶基因，FABPs又作为PPARs激动剂的信号转导媒介，两者有密切的功能联系。因此，我们设想，罗格列酮作为PPARγ的特异性合成配体，有氧运动调动体内脂肪酸作为PPARγ内源性配体，由PPARγ介导对GLUT4和FABPs表达产生影响，从而调节糖脂代谢。对这一设想的论证，至少能从PPARγ、GLUT4和FABPs这三个核受体和载体环节揭示药物和运动干预糖脂代谢的分子机制。 目的：研究药物和运动对糖脂代谢的干预作用，并探讨其分子机制。 方法：首先，建立实验动物模型，3-4周龄NOD小鼠开始灌喂罗格列酮和施加有氧运动，持续12周，以外观、体重、血糖和腹部脂肪重量判断药物和运动处理鼠与对照鼠的差别。其次，在整体水平测定药物和运动对胰岛组织、血清胰岛素和血液生化指标的影响。第三，在分子水平检测药物和运动对PPARs、GLUT4和FABPs mRNA表达的影响，探讨药物和运动干预糖脂代谢的分子机制。 结果：第一，实验动物模型对照组小鼠毛色暗淡不整，体重下降，血糖升高，脂肪萎缩；用药组和运动组小鼠生长状态良好，体重增长较快，没有脂肪萎缩现象，血糖平稳。说明药物和有氧运动产生了有益的干预效果，此三组NOD小鼠可用于后续实验。第二，对照组小鼠发生了不同程度的胰岛炎，用药和运动组小鼠未发生胰岛炎或只有轻度的炎性细胞浸润。对照组小鼠血清胰岛素水平明显低 于用药组和运动组小鼠。第三，血液指标显示，对照组小鼠血糖水平显著高于用 药和运动组小鼠;血脂状况也较差，TC、TG和LDL都高于用药和运动组，HOL 则低于用药和运动组。第四，与对照组相比较，灌喂罗格列酮和有氧运动12周， 使肝脏、肌肉和脂肪组织PPAR丫mRNA表达均显著提高;用药和运动组小鼠肌肉 和脂肪组织GLUT4mRNA水平较对照组显著升高;用药组和运动组肌肉H--队BP和 脂肪A一队BPmRNA水平均较对照组显著升高。 结论:对照组NOD小鼠由于发生了不同程度的胰岛炎，p细胞分泌胰岛素不 足，导致体内糖代谢和脂代谢紊乱，高血糖血脂刺激胰岛p细胞代偿性的分泌功 能增强，使本来己受损的p细胞更加重负担，扩大p细胞受损程度，其合成分泌 胰岛素能力继续下降，引起糖脂代谢进一步紊乱，形成代谢紊乱和p细胞功能不 足的恶性循环，加速了p细胞衰竭和破坏，使病情加重。在胰岛发生炎性细胞浸 润之前和浸润初期，介入药物和运动干预，在有效抑制胰岛炎发生和发展，保证 胰岛素分泌正常的情况下，同时，罗格列酮和中等强度有氧运动通过对糖代谢和 脂代谢的良好调节作用，代谢途径通畅，血糖、血脂维持正常，能够使胰岛p细 胞得以休养生息，利于保护和修复p细胞功能，在代谢和p细胞功能之间形成良 性循环，有效地预防了糖尿病的发生。 药物和运动对糖脂代谢良好的改善作用，有其复杂的分子机制。PPAR丫是调 节糖脂代谢的关键因子，罗格列酮做为PPARY的特异性激动剂，长期(12周) 作用于PPARY，引起PPAR Y mRNA和蛋白表达均升高，通过受体数量的增加而增 强了对靶基因的转录调控作用。12周的有氧运动也引起PPAR Y mRNA和蛋白表达 升高，推测可能与运动动员内源性配体增加有关。糖脂代谢途径中，负责葡萄糖 和脂肪酸转运的载体在糖脂代谢调节中起重要作用。罗格列酮可能通过PPAR丫 介导的胰岛素作用效力的提高对GLUT4产生间接影响。运动对GLUT4的影响涉及 两种机制，对AMPK途径的直接作用和对IP3一K途径的间接作用(通过PPAR丫激 发了IRS一2信号转导)，两种作用机制产生叠加效应，大大提高了GLUT4介导的 葡萄糖转运效率。罗格列酮通过PPAR丫直接调控A-FABP基因转录，A-FABP InRNA 水平显著升高，使H-FABPmRNA水平也有所升高;运动激发了内源性配体对PPAR 丫的激活，进而使A一队BP和H一队BP mRNA表达上调。FABPs还作为PPARs激动 剂的信号转导媒介，通过PPARs对脂代谢相关基因的转录调控而间接调节脂代 谢。FABPS对于维持脂代谢稳态有重要作用。 因此，罗格列酮作为PPAR丫的特异性合成配体，有氧运动调动体内脂肪酸 作为PPAR丫内源性配体，由PPAR丫介导对GLUT4和FABPs表达产生影响， 从而调节糖脂代谢。这可能是罗格列酮和有氧运动调节糖脂代谢的分子机制之