文章信息
- 薛超, 何百川, 韩一益, 章清华, 吴深涛
- XUE Chao, HE Bai-chuan, HAN Yi-yi, ZHANG Qing-hua, WU Shen-tao
- 佩兰对2型糖尿病合并脂代谢紊乱大鼠肝脏肌醇必需酶1α表达的影响
- Influence of the inositol-requiring enzyme 1a (IRE1α) in the liver getted mice with type 2 diabetes mellitus and hyperlipidemia after treatment by the fortune's eupatoium herb
- 天津中医药, 2017, 34(3): 186-189
- Tianjin Journal of Traditional Chinese Medicine, 2017, 34(3): 186-189
- http://dx.doi.org/10.11656/j.issn.1672-1519.2017.03.12
-
文章历史
- 收稿日期: 2016-11-14
2. 天津中医药大学第一附属医院, 天津 300193
内质网应激在糖脂代谢过程中发挥重要的调节作用,内质网应激时可以激活未折叠蛋白反应(URP)[1],而肌醇必需酶1α(IRE1α)作为URP通路中最经典最保守的通路,应激程度在可控范围时,一方面它可以通过改善胰岛β细胞功能、促进胰岛β细胞增殖来促进胰岛素分泌而发挥降糖作用[2];另一方面也可以通过增IRE1α/XBP途径在脂肪肝脏从头合成和转运过程中发挥重要的作用[3],然而过度的应激会诱导细胞凋亡程序[4]。糖尿病(DM)是一组由遗传和环境因素相互作用引起的体内胰岛素分泌缺乏和(或)其生物利用障碍所致的糖代谢紊乱,同时伴有脂肪、蛋白质、水、电解质等的代谢障碍,并以慢性高血糖为主要特征的代谢性疾病[5]。随着人们的生活方式、饮食结构的显著改变以及老龄化社会进程的加速等,糖尿病、高脂血症的发病率正日益增长,中国糖尿病发病率日益增高,且伴有不同程度的高脂血症、脂肪肝,依据其病因病机及临床特点,应归属于“痰浊”等范畴。吴深涛教授经过多年临床探索及经验的总结,从中医浊毒与糖尿病血脂异常的相关性角度出发,提出了“由浊致毒”是糖尿病血脂异常中医病机的新理论,新认识。他认为浊有浊质, 毒有毒性。浊质黏腻导致浊邪为病,多易结滞脉络,阻塞气机,缠绵耗气,胶着不去而易酿毒性;而毒邪伤人,其性烈善变,损害气血营卫。两者相合则因毒借浊质,浊挟毒性,多直伤脏腑经络。该病变根源是脾失运化,升清降浊失司,化赤为血异常,导致浊邪内瘀血分,并渐由浊滋生毒性,形成初始阶段的“浊瘀血分”,持续阶段的“由浊致毒”,以及并发症阶段的“浊毒内伤”3个不同程度的病理演变过程[6-7]。笔者在此理论的指导下,经过大量的临床观察发现,佩兰在调节糖脂代谢方面具有显著的疗效,故推测佩兰中药可能通过对IRE1α的调节干预发挥其调节糖脂代谢的作用,故通过本研究探讨IRE1α是否是佩兰中药颗粒的作用靶点之一。
1 实验材料与方法 1.1 实验动物及饲料选择SPF级雄性Wistar大鼠,4~5周龄,体质量120~140 g,由北京华阜康生物科技股份有限公司提供,批号:SCXK(京)2014-0004。普通饲料由北京华阜康生物科技股份有限公司提供,高糖高脂饲料按照文献[8]配制,即普通饲料中加入20%的脂肪(50%猪油和50%蛋黄粉) 和20%蔗糖。逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)试剂盒购于北京鼎国生物有限责任公司,上海生工生物技术服务公司提供引物和内参,IRE1α兔多克隆抗体及羊抗兔二抗皆购自美国Santa Cruz公司。
1.2 药物及试剂佩兰颗粒剂由四川新绿色药业科技发展有限公司提供(批号:1412038),实验用时用双蒸水配制成所需浓度溶液。链脲佐菌素(STZ)由美国Sigma公司提供。
1.3 实验动物与分组选取6周龄雄性大鼠Wistar大鼠,适应性喂养1周,高脂饲料喂养10周后,按28 mg/kg的剂量一次性尾静脉注射(溶于0.1 mmol/L的柠檬酸缓冲液中pH4.5),以注射72 h后空腹血糖≥11.1 mmol/L,且随机血糖>16.7 mmol/L作为成模标准。将造模成功的大鼠按随机数字表法随机分为模型组、吡格列酮组、佩兰中药组每组9只。空白对照组(10只)始终饲以正常饲料。
1.4 给药方法依据临床疗效,中药佩兰用量0.5 g/(kg·d),故参照文献[9], 换算大鼠的灌胃剂量为3 g/(kg·d),吡格列酮组以0.3 mg/(kg·d)灌胃,空白对照组及模型组给予生理盐水。
1.5 血清采集及观察指标治疗前于大鼠目内眦取血,治疗4周后于腹主动脉取血检测血糖、血清甘油三酯(TG)、血清总胆固醇(TC)、血清游离脂肪酸(FFA)水平。留取肝脏,以备后续RT-PCR、Western蛋白免疫印迹法检测。
1.6 RT-PCR检测取50 mg肝脏组织,用Trizol试剂提取总RNA,用逆转录试剂盒说明进行操作,以GAPDH作为内参。IRE1α的上游引物为:GCGATGGACTGGTGGTAACT,下游引物序列为:ATGTAGAAGGCCACCACAGG;内参引物序列为:上游:AACGGCACAGTCAAGGCTGA,下游:ACGCCA-GTAGACTCCACGACAT, PCR体系为:cDNA 3 μL 2*Taq PCR Master Mix 12.5 μL,上下游引物各1 μL ddH2O 7.5 μL,总反应体系为25 μL;PCR扩增条件为:95 ℃预变性3 min,94 ℃变性30 s,退火30 s,72 ℃延伸1 min,进行35个循环,最后72 ℃延伸7 min,终止反应。IRE1-α、GAPDH的退火温度分别为57 ℃。
1.7 Western Blot检测取30 mg冻存肝脏组织,采用RIPA裂解液裂解蛋白,BCA法蛋白定量。上样后(50 μg)采用SDS-PAGE凝胶(12%)电泳,半干转膜法转至PVC膜上,采用BSA(5%)封闭2 h,一抗(1:500)于4 ℃孵育过夜,继而孵育二抗(1:5 000),检测蛋白条带灰度进行统计分析。
1.8 统计学方法实验所得数据均采用SPSS 19.0统计软件进行分析。计量资料以均数±标准差(x±s)表示,组间比较采用单因素方差分析,组间两两比较若方差齐采用LSD法,若方差不齐采用Dunnttt’s T3法,P < 0.05为差异有统计学意义。
2 结果 2.1 各组大鼠经灌胃治疗后血脂变化血清TG、TC水平明显改善,见表 1。
mmol/L | ||||
组别 | 动物数 | TG | TC | FFA |
空白对照组 | 10 | 1.09±0.34 | 3.10±2.09 | 0.517±0.039 |
模型组 | 9 | 5.93±1.81* | 13.18±3.33* | 0.537±0.060 |
佩兰中药组 | 9 | 2.45±1.10#△ | 9.63±2.47# | 0.512±0.078 |
吡格列酮组 | 9 | 1.60±0.61# | 3.89±0.94# | 0.457±0.035 |
注:与空白对照组比较,*P<0.05;与模型组比较,#P<0.05;与吡格列酮组比较,△P>0.05。 |
见表 2。
组别 | 动物数 | FBG(mmol/L) | FINS(μU/mL) | HOMA-β(%) |
空白对照组 | 10 | 4.60±0.55 | 23.94±2.62 | 403.06±73.51 |
模型组 | 9 | 29.83±2.02* | 30.44±3.95* | 23.38±3.92* |
佩兰中药组 | 9 | 29.79±1.60△ | 29.65±2.58△ | 22.66±5.32△ |
吡格列酮组 | 9 | 21.09±3.00# | 17.34±2.95# | 20.35±5.42 |
注:与空白对照组比较,*P<0.05;与模型组比较,#P<0.05,△P>0.05。 |
由表 2可以看出,模型组大鼠各项生化指标皆明显高于空白对照组(P<0.05),在给予以佩兰中药颗粒治疗后,血脂明显好转,但在降糖及改善β细胞功能方面没有明显意义(P>0.05),提示佩兰中药颗粒在改善脂代谢紊乱方面有良好的治疗作用。
2.3 IRE1α的mRNA表达情况见表 3。
组别 | 动物数 | IRE1α的相对表达量 |
空白对照组 | 10 | 1.000±0.122 |
模型组 | 9 | 0.092±0.004* |
佩兰中药组 | 9 | 0.144±0.018#△ |
吡格列酮组 | 9 | 0.151±0.039 |
注:与空白对照组比较,*P < 0.05;与模型组比较,#P < 0.05;与吡格列酮组比较,△P>0.05。 |
与空白对照组相比,模型组表达量明显减少(P<0.05)。与模型组相比,佩兰中药组的表达量明显升高(P<0.05)。佩兰中药组与吡格列酮组无明显差异(P>0.05)。
2.4 各组大鼠肝脏IRE1α的蛋白表达情况组别 | 动物数 | 灰度水平 |
空白对照组 | 10 | 0.721±0.197 |
模型组 | 9 | 0.195±0.025 |
佩兰中药组 | 9 | 0.368±0.099*# |
吡格列酮组 | 9 | 0.355±0.110 |
注:与空白对照组、模型组比较,*P < 0.05;与吡格列酮组比较,#P>0.05。 |
佩兰中药组与吡格列酮组比较无统计学差异(P>0.05)。
3 讨论在内质网应激状态(ERS)下,内质网膜蛋白(PERK、IRE1)和活化转录因子6(ATF6)等跨膜感受蛋白与分子伴侣结合免疫球蛋白78 kDa(GRP-78)发生解离,并活化且启动相应的信号传递URP[10]。IRE1α激活后在糖脂代谢中发挥重要的作用。在糖代谢方面,目前研究发现,主要是通过对胰岛β细胞的干预来发挥作用。研究表明,在糖尿病基因敲除缺陷大鼠中,与胰岛β细胞IRE1α基因敲除的大鼠相比,正常大鼠在胰岛细胞的数量及功能方面具有明显的优势,但对胰岛素敏感性无明显相关性[2];另一方面在脂代谢方面,IRE1α信号通路在脂肪的从头合成、转运以及分解方面都发挥了重要作用。从合成来看,IRE1α可通过IRE1α/XBP通路、IRE1α依赖(RIDD)途径促进脂肪的从头合成[11];在转运方面,IRE1α作为TG与极低密度脂蛋白(VLDL)的装配中必需依赖的因子来干预脂肪转运[12],轻度的内质网应激可以促进VLDL的合成,高度的内质网应激则会阻碍VLDL的合成,从这一方面来看IRE1在肝脏脂肪变性过程的发挥重要的作用[13-14];从脂肪分解角度来看,Joh等[15]以线虫为模型,研究了饥饿导致的内质网应激通路对脂肪分解影响机制,发现饥饿状态下IRE1α能通过增强脂解酶1(FIL-1)和FIL-2活性来分解线虫体内脂肪颗粒, 从而发现IRE1α在脂肪分解中也发挥重要的作用。另外,有大量研究表明,在内质网应激强度过高、持续时间过长的情况下,IRE1α可以诱导细胞凋亡程序的启动,氨基端激酶(JNK)和丝裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)在细胞凋亡程序中发挥重要的促进作用,其中JNK可以磷酸化Bcl-2抑制其抵抗细胞凋亡的生物活性,也可以磷酸化Bim、Bax增加其促进细胞凋亡的作用。而激活的p38 MAPK可以磷酸化结合蛋白的同源蛋白(CHOP),诱导Bim和死亡受体5(DR5)的表达增加,同时抑制抗凋亡基因Bcl-2的表达,从而引起细胞的凋亡[16-18]。而活化的IRE1α可以活化JNK及p38 MAPK[19]。本研究发现在IRE1α在2型糖尿病合并脂代谢紊乱大鼠肝脏组织中,空白对照组表达量最高,佩兰中药组的表达量明显高于模型组,具有统计学意义(P<0.05),提示IRE1α是佩兰的重要作用靶点, 佩兰中药组IRE1α的表达明显高于模型组,推测可能是出于对肝脏的保护,以改善肝脏的脂肪变性;而与空白对照组相比,其余各组大鼠IRE1α的表达量显著下降,可能是由于在此造模条件下应激过强而诱导的细胞凋亡所致。在此实验中可以看出佩兰通过增强IRE1通路的表达进而增加对未折叠或错误折叠蛋白的处理从而减轻了ERS程度。
佩兰作为芳香、化湿、醒脾药,在临床应用中历史悠久,范围广泛,现代药理研究证明,其具有祛痰、抑制细菌、抗炎、增强免疫力、抗肿瘤、抑制轮状病毒、治疗慢性气管炎、肠炎、腹泻以及冠心病等作用[20],化浊解毒理论在调节糖脂代谢方面有显著的疗效,而佩兰在其组方中是必不可少的,且理、法、方、药相合,对于合并脂代谢紊乱的2型糖尿病有着重要的临床意义。
综上所述:佩兰具有明显的降脂作用;在高脂饮食联合小剂量STZ尾静脉注射的大鼠模型中,与空白对照组相比,其他各组IRE1α的表达量明显降低;佩兰中药组的肝脏IRE1α的mRNA及蛋白表达水平较模型组明显增高,提示佩兰可以提高2型糖病合并脂代谢紊乱大鼠肝脏中IRE1α的表达;而其提高IRE1α的表达及降低血脂的机制尚需进一步研究。
[1] | Zhou H, Liu R. ER stress and hepatic lipid metabolism[J]. Frontiers in Genetics, 2014, 5 (5): 112–112. |
[2] | 徐同福. 内质网蛋白IRE1α在胰岛β细胞中的功能与调控机制的研究[D]. 济南: 山东大学, 2014. |
[3] | ZKezhong Z, Shiyu W, Jyoti M, et al. The unfolded protein response transducer IRE1α prevents ER stress-induced hepatic steatosis[J]. Embo Journal, 2011, 30 (7): 1357–1375. DOI:10.1038/emboj.2011.52 |
[4] | Merksamer PI, Papa FR. The UPR and cell fate at a glance[J]. Journal of Cell Science, 2010, 123 (Pt 7): 1003–1006. |
[5] | 廖二元, 超楚生. 内分泌学[M]. 北京: 人民卫生出版社, 2001: 1501-1505. |
[6] | 吴深涛. 论浊毒与糖尿病糖毒性和脂毒性的相关性[J]. 中医杂志, 2004, 45 (9): 647–649. |
[7] | 吴深涛, 闫冬雪. 从浊毒论糖尿病血脂异常之防治[J]. 中华中医药杂志, 2009, 24 (8): 1047–1049. |
[8] | 周迎生, 高妍, 李斌, 等. 高脂喂养联合链脲佐菌素注射的糖尿病大鼠模型特征[J]. 中国实验动物学报, 2005, 13 (3): 154. |
[9] | 黄继汉, 黄晓晖, 陈志扬, 等. 药理实验中动物间和动物与人体间的等效剂量换算[J]. 中国临床药理学与治疗学, 2004, 9 (9): 1069–1072. |
[10] | Kenji K. Stress-sensing mechanisms in the unfolded protein response:similarities and differences between yeast and mammals[J]. Journal of Biochemistry, 2010, 147 (1): 27–33. DOI:10.1093/jb/mvp196 |
[11] | Jae-Seon S, Kyu Yeon H, Margarite T, et al. Silencing of lipid metabolism genes through IRE1 mediated mRNA decay lowers plasma lipids in mice[J]. Cell Metabolism, 2012, 16 (4): 487–499. DOI:10.1016/j.cmet.2012.09.004 |
[12] | Zhang CH, He GP, LI JP, et al. IRE1α-XBP1s induces PDI expression to increase MTP activity for hepatic VLDL assembly and lipid homeostasis[J]. Cell Metabolism, 2012, 16 (4): 473–486. DOI:10.1016/j.cmet.2012.09.003 |
[13] | Qiu W, Su Q, Rutledge AC, et al. Glucosamine-induced endoplasmic reticulum stress attenuates apolipoprotein B100 synthesis via PERK signaling[J]. J Lipid Res, 2009, 50 (9): 1814–23. DOI:10.1194/jlr.M800343-JLR200 |
[14] | Ota T, Gayet C, Ginsberg HN. Inhibition of apolipoproteinB100 secretion by lipid-induced hepatic endoplasmic reticulum stress in rodent[J]. J Clin Invest, 2008, 118 (1): 316–332. DOI:10.1172/JCI32752 |
[15] | Jo H, Shim J, Lee JH, et al. IRE-1 and HSP-4 contribute to energy homeostasis via fasting-induced lipases in C.elegans[J]. Cell Metab, 2009, 9 (5): 440–448. DOI:10.1016/j.cmet.2009.04.004 |
[16] | Lei K, Davis RJ. JNK phosphorylation of Bim-related members of the Bcl2 family induces Bax-dependent apoptosis[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2003, 100 (5): 2432–2437. DOI:10.1073/pnas.0438011100 |
[17] | Deng X, Xiao L, Lang W, et al. Novel role for JNK as a stress-activated Bcl2 kinase[J]. Journal of Biological Chemistry, 2001, 276 (26): 23681–23688. DOI:10.1074/jbc.M100279200 |
[18] | Bong-Jo K, Seung-Wook R, Byoung-Joon S. JNK-and p38 kinase-mediated phosphorylation of Bax leads to its activation and mitochondrial translocation and to apoptosis of human hepatoma HepG2 cells[J]. Journal of Biological Chemistry, 2006, 281 (30): 21256–65. DOI:10.1074/jbc.M510644200 |
[19] | David R, Hubbard SR. How IRE1 reacts to ER stress[J]. Cell, 2008, 132 (1): 24–26. DOI:10.1016/j.cell.2007.12.017 |
[20] | 魏道智, 宁书菊, 林文雄. 佩兰的研究进展[J]. 时珍国医国药, 2007, 18 (7): 1782–1783. |
2. The First Affiated Hospital of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin 300193, China