脂类诱导白色脂肪组织胰岛素抵抗的机制

研究目的:脂肪代谢紊乱与代谢性疾病如肥胖、2型糖尿病和脂肪肝等密切相关。脂肪胰岛素抵抗,作为脂肪代谢紊乱的表现之一,在肥胖时主要表现出糖摄取减少、脂肪分解代谢的增加,进而导致脂肪酸增多和异位脂肪聚集。目前,关于脂肪胰岛素抵抗的分子机制的研究多聚焦于脂肪组织低氧、炎症浸润和脂肪因子异常等机制,然而对于早期脂肪胰岛素抵抗病理机制的研究尚不完善。甘油二酯(Diacylglycerol,DAG)-蛋白激酶 C(Protein kinase C,PKC)通路的激活在肝脏、肌肉胰岛素抵抗中起到重要调控作用,且最新研究表明PKCs参与调控脂肪胰岛素抵抗,然而DAG-PKC通路在脂肪组织胰岛素抵抗中的作用仍需要深入研究。本研究旨在研究DAG-PKC信号通路在早期脂肪胰岛素抵抗中的作用,进一步探讨胰岛素受体Thr1150磷酸化是否在脂肪胰岛素抵抗中起到调控作用,并以此为靶点提供改善脂肪胰岛素抵抗的新思路。研究方法:(1)本研究首先建立了 7天高脂饮食诱导的脂肪胰岛素抵抗大鼠模型,应用高胰岛素正糖钳夹实验同时输注和[1,1,2,3,3-d5]甘油和[U-13C16]棕榈酸钾以评估脂肪组织胰岛素敏感性,并应用气相色谱-质谱联用仪技术检测基础和胰岛素刺激下甘油代谢率、棕榈酸代谢率、脂肪酸代谢率等脂肪分解代谢指标,应用Western印迹法检测脂肪组织胰岛素信号传导通路及下游脂肪分解作用相关代谢通路的变化。(2)在确立早期脂肪胰岛素抵抗模型的基础上,本研究进一步检测了DAG立体异构体在脂肪组织亚细胞结构的空间分布及不同PKC亚型激活的情况,并检测了脂肪组织低氧、炎症浸润相关基因表达水平,以进一步研究DAG-PKC通路在短期高脂饮食诱导脂肪胰岛素抵抗中的作用。(3)应用高胰岛素正糖钳夹实验评估7天高脂饮食喂养的WT和InsrT1150A小鼠的脂肪胰岛素敏感性,应用气相色谱-质谱联用仪技术检测基础和胰岛素刺激下脂肪代谢率,并进一步检测白色脂肪组织胰岛素及其下游脂解作用相关信号通路的变化,以深入研究胰岛素受体Thr1150磷酸化在短期高脂饮食诱导脂肪胰岛素抵抗中的作用。研究结果:(1)7天高脂饮食与正常饮食喂养的大鼠比较,表现胰岛素刺激下脂肪分解代谢抑制作用的减弱约20%,即胰岛素对游离脂肪酸、甘油代谢率、棕榈酸代谢率、脂肪酸代谢率抑制的降低。分子机制上表现为胰岛素信号通路在受体水平受损,即pINSR/INSR,pAkt/Akt2比值下降;同时,cAMP/PKA激活介导的脂肪酶PLIN、HSL和ATGL磷酸化水平增加。(2)7天高脂饮食喂养的大鼠表现DAG立体异构体空间分布的特异性,即sn-1,2 DAG在脂肪组织细胞膜升高,然而sn-1,3 DAG、sn-2,3 DAG在各亚细胞结构中均无明显变化;同时,仅PKCs,而非其他PKC亚型的激活与对照组相比明显升高;7天高脂饮食对炎症浸润相关基因TNFα、IL-6、F4/80、MCP-1,及低氧因子HIF-1α基因表达无明显影响。(3)7天高脂饮食喂养的InsrT1150A小鼠与WT小鼠相比,表现胰岛素刺激下脂肪分解代谢抑制作用的增加,即胰岛素对游离脂肪酸、甘油代谢率、棕榈酸代谢率、脂肪酸代谢率抑制的升高。分子机制上表现为胰岛素信号通路的改善,即pINSR/INSR,pAkt/Akt2比值升高;同时,由cAMP/PKA介导的脂肪酶PLIN、HSL和ATGL磷酸化水平降低。研究结论:(1)7天高脂饮食诱导大鼠产生白色脂肪组织胰岛素抵抗,主要表现为胰岛素对脂肪分解抑制作用的减弱;脂肪组织胰岛素信号传导通路在胰岛素受体水平的受损并影响下游脂解作用相关代谢通路。(2)白色脂肪组织细胞膜sn 1,2-DAG的升高激活PKCε可能参与调控早期脂肪胰岛素抵抗,且独立于低氧及炎症浸润因素的影响;(3)InsrT1150A小鼠受保护于7天高脂饮食诱导的脂肪组织胰岛素抵抗,主要表现为胰岛素对脂肪分解抑制作用的增强且伴胰岛素信号通路在胰岛素受体水平的改善;(4)sn 1,2-DAG-PKCε-INSR Thr1150信号通路的激活可能参与调控脂类诱导的脂肪胰岛素抵抗。