樊林花,劉建新,李丹,衛(wèi)兵艷,劉茂林,王春芳,劉田福
(1.山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和人類疾病動(dòng)物模型山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,太原 030001;
2.山西省一0九醫(yī)院,太原 030006;3.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院腫瘤生物治療科,太原 030001)
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糖代謝異常對(duì)大鼠肝臟組織中巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子及C-Jun氨基端激酶表達(dá)水平的影響
樊林花1,劉建新2*,李丹3,衛(wèi)兵艷1,劉茂林1,王春芳1,劉田福1
(1.山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和人類疾病動(dòng)物模型山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,太原030001;
2.山西省一0九醫(yī)院,太原030006;3.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院腫瘤生物治療科,太原030001)
【摘要】目的觀察巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子(MIF)和C-Jun氨基端激酶(JNK)在糖代謝異常大鼠肝臟組織中表達(dá)水平的變化,探討糖代謝異常合并非酒精性脂肪肝(NAFLD)的病理機(jī)制。方法 將60只大鼠隨機(jī)分為糖耐量受損(IGT)模型組(n=20)、2型糖尿病(T2DM)模型組(n=20)、IGT對(duì)照組(n=10)及T2DM對(duì)照組(n=10),高脂飼料喂養(yǎng)復(fù)制IGT大鼠模型,高脂飼料喂養(yǎng)加腹腔注射小劑量鏈脲佐菌素(STZ)制備T2DM大鼠模型,采用TUNEL法檢測(cè)各組大鼠肝臟細(xì)胞凋亡;實(shí)時(shí)熒光PCR 技術(shù)檢測(cè)肝臟組織中MIF mRNA的表達(dá); Western blot方法檢測(cè)肝臟組織中MIF、caspase-3、JNK蛋白表達(dá)及磷酸化JNK(p-JNK)的表達(dá)。結(jié)果IGT大鼠及T2DM大鼠肝組織凋亡細(xì)胞明顯增多;IGT組和T2DM組肝組織MIF基因表達(dá)較各自對(duì)照組明升高(P<0.01),MIF、caspase-3、JNK蛋白表達(dá)及JNK磷酸化水平也明顯升高(P<0.05或P<0.01);與IGT組相比,T2DM組caspase-3、MIF、JNK蛋白表達(dá)水平明顯降低(P<0.01),而JNK磷酸化水平是明顯升高(P<0.01)。結(jié)論糖代謝異常合并非酒精性脂肪肝的發(fā)生可能與MIF、caspase-3、JNK表達(dá)水平的升高及JNK磷酸化水平的增強(qiáng)有關(guān)。
【關(guān)鍵詞】巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子;C-Jun氨基端激酶; Caspase-3;糖耐量受損;2型糖尿病
糖代謝異常往往伴隨脂代謝紊亂,而游離脂肪酸是一種細(xì)胞毒性物質(zhì),若肝細(xì)胞攝取過多,成脂性轉(zhuǎn)化的肝細(xì)胞會(huì)分泌多種細(xì)胞因子,導(dǎo)致肝細(xì)胞脂肪浸潤及微環(huán)境炎性反應(yīng)[1],在眾多細(xì)胞因子中,巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子(MIF)是一個(gè)重要的促炎因子,在胰島素抵抗(IR)和糖尿病等疾病的發(fā)生和發(fā)展中及其并發(fā)癥發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用[2], MIF通過與CD74/CD44復(fù)合物結(jié)合,直接激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路[3],其中C-Jun氨基端激酶(JNK)是MAPK家族中一個(gè)重要成員,與細(xì)胞凋亡和慢性炎癥相關(guān)[4]。在高糖壓力下,心肌細(xì)胞中存在MIF表達(dá)增加和JNK的激活[5]。然而高糖高脂條件下,肝細(xì)胞內(nèi) MIF和JNK是否激活,與肝細(xì)胞凋亡是否有一定的聯(lián)系,還需進(jìn)一步研究。本實(shí)驗(yàn)室前期研究表明,在不同糖代謝異常狀態(tài)下,大鼠出現(xiàn)不同程度的脂肪肝,因此本次實(shí)驗(yàn)是在前期研究的基礎(chǔ)上,探討糖代謝異常合并非酒精性脂肪肝可能的病理機(jī)制。
1材料與方法
1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物
清潔級(jí)60只雄性SD大鼠, 體重(190±20)g,來源于山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心【SCXY(晉)2009-0001】,飼養(yǎng)于本中心屏障環(huán)境動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)施內(nèi)【SYXY(晉)2009-0004】。
1.2主要儀器與試劑
Sigma公司3-18K型高速冷凍離心機(jī),ABI 7300型熒光定量PCR儀;Bio-Rad垂直電泳儀。蛋白提取試劑盒及BCA蛋白定量試劑盒由生工生物工程(上海)有限公司提供, MIF、caspase-3、JNK、p-JNK、GAPDH抗體由Abclonal Biotechnology公司提供;D9108A RNAiso Plus總RNA提取試劑、RR036A RT試劑盒、RR820A PCR試劑盒由大連TaKaRa生物工程有限公司提供,β-actin、MIF引物由大連TaKaRa生物工程有限公司合成。TUNEL試劑盒購于凱基生物公司。
1.3動(dòng)物分組、模型建立及樣本收集
選用本中心前期復(fù)制的動(dòng)物模型。大致方法如下:60只大鼠適應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境后隨機(jī)分為4組,即IGT對(duì)照組(IGT control,n=10)及其模型組(IGT,n=20),2型糖尿病對(duì)照組(T2DM control,n=10)及其模型組(T2DM,n=20),對(duì)照組飼喂普通飼料(3.2 kCal/g,由本中心提供),模型組飼喂高脂飼料(D12492,5.24 kCal/g,由廣東省醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供),IGT模型組及其對(duì)照組飼養(yǎng)12周后,進(jìn)行葡萄糖耐量試驗(yàn),參照文獻(xiàn)[6]選出IGT模型大鼠,T2DM組高脂飼料飼養(yǎng)4周后,腹腔注射STZ(35 mg/kg),72 h后,檢測(cè)空腹血糖(FBG),參照文獻(xiàn)[7]選出2型糖尿病大鼠模型。取上述成模大鼠各6只,腹主動(dòng)脈放血處死,摘取肝臟,切取一部分于4%的中性甲醛中固定,以備TUNEL檢測(cè),另一部分于液氮中速凍后,保存于-80℃冰箱,以備PCR和Western檢測(cè)。
1.4TUNEL法檢測(cè)肝組織細(xì)胞凋亡
將固定好的肝組織,石蠟包埋,切片,常規(guī)脫蠟至水化,然后嚴(yán)格按試劑盒說明書進(jìn)行操作。以細(xì)胞核中有棕黃色顆粒者為凋亡細(xì)胞。
1.5實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測(cè)肝臟MIF的轉(zhuǎn)錄水平
按各試劑說明書,常規(guī)步驟操作分別提取總RNA,反轉(zhuǎn)錄成CDNA,然后利用ABI Stepone Plus定量PCR儀進(jìn)行PCR 擴(kuò)增, 以β-actin作為內(nèi)參,β-actin 上游引物5’- CCACCCGCGAGTACAACCTTC-3’,下游引物5’-CCCATACCCACCATCACACC-3’,MIF上游引物5’- CTTGGGTCACACCGCACTT -3’,下游引物5’- ACC GATCTTGCCGATGCT -3’。擴(kuò)增條件為:95℃ 30 s, 95℃ 5 s,60℃ 31 s,循環(huán)40次。使用StepOne所提供的Study軟件進(jìn)行分析,用2-△△Ct值表示MIF基因的相對(duì)表達(dá)水平。
1.6Western 印跡法檢測(cè)肝臟組織中MIF、Caspase-3、JNK、p-JNK蛋白的表達(dá)
將定量好的組織蛋白變性后,進(jìn)行SDS-PAGE電泳將蛋白分離,然后轉(zhuǎn)膜,封閉,加入1∶1000稀釋的一抗(兔抗大鼠),4℃孵育過夜,加入1∶5000稀釋的HRP標(biāo)記的二抗(山羊抗兔IgG)中,孵育后DAB顯色,Bandscan軟件分析各條帶的灰度值,以目的蛋白條帶灰度值與內(nèi)參GAPDH灰度值的比值表示目的蛋白的相對(duì)表達(dá)量;以磷酸化蛋白條帶灰度值與其總蛋白條帶灰度值的比值表示蛋白磷酸化水平的相對(duì)表達(dá)量。
1.7統(tǒng)計(jì)學(xué)方法
2結(jié)果
2.1各組大鼠肝臟組織細(xì)胞凋亡情況
注:A:IGT 對(duì)照組;B:T2DM對(duì)照組;C:IGT組;D:T2DM組。 圖1 TUNEL檢測(cè)各組肝細(xì)胞凋亡Note. A: IGT control group; B: T2DM control group; C: IGT group; D: T2DM group. Scale bar=50 μm. Fig.1 Detection of apoptotic hepatocytes by TUNEL in rat liver tissues of the four groups
由TUNEL染色顯示,糖代謝異常組均出現(xiàn)了凋亡細(xì)胞,IGT組凋亡細(xì)胞(圖1C)多于T2DM組(圖1D),IGT對(duì)照組有散在的凋亡細(xì)胞(圖1A),T2DM對(duì)照組沒有出現(xiàn)凋亡細(xì)胞(圖1B)。同時(shí)與凋亡相關(guān)的蛋白caspase-3表達(dá)水平在IGT組和T2DM組與各自的對(duì)照組相比也明顯升高(P<0.01),T2DM組與IGT組相比,表達(dá)水平明顯降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)(圖2)。 2.2各組大鼠肝臟組織MIF轉(zhuǎn)錄水平的變化
IGT組和T2DM組與各自對(duì)照組相比,肝組織MIF基因表達(dá)明顯升高,分別是各自對(duì)照組的(1.15±0.28)倍和(1.38±0.09)倍(P<0.01);T2DM組與IGT組相比,MIF基因表達(dá)有所升高,但無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)(圖3)。
2.3各組大鼠肝臟組MIF、JNK和 p-JNK蛋白表達(dá)變化
與相應(yīng)的對(duì)照組相比,肝組織MIF、JNK蛋白表達(dá)水平在各模型組明顯升高(P<0.05或P<0.01),JNK磷酸化水平在各模型組也明顯升高(P<0.01);與IGT組相比,T2DM組MIF、JNK蛋白表達(dá)水平明顯降低(P<0.01),而JNK磷酸化水平明顯升高(P<0.01)(圖4-5)。
注:A:Caspase-3 Western blot條帶圖,B:圖A的半定量結(jié)果;1:IGT對(duì)照組;2:T2DM 對(duì)照組;3:T2DM組;4 :IGT組。對(duì)照組;#P<0.01 vs IGT組?! D2 各組大鼠肝組織Caspase-3蛋白的表達(dá)Note. A: Representative results of Western blotting , B: Semiquantitative results of A. 1: IGT control group; 2: T2DM control group; 3: T2DM group, 4: IGT group. ± s; n = 6; *P<0.01 vs. control group, respectively; #P<0.01 vs. IGT group. Fig.2 Expression of caspase-3 protein in rat liver tissues of the four groups.
注: A:IGT對(duì)照組;B:T2DM 對(duì)照組;C: IGT組;D: T2DM組。各自對(duì)照組。 圖3 各組大鼠肝組織MIF mRNA的表達(dá)Note. A: IGT control group; B: T2DM control group; C: IGT group; D: T2DM group. ± s, n =6, *P<0.01, vs. control group, respectively. Fig.3 Expression of MIF mRNA in rat liver tissues of the four groups.
注:A:MIF、JNK Western blot條帶圖;B:A的半定量結(jié)果;對(duì)照組;#P<0.01 vs. IGT組,其他圖注同圖2。 圖4 各組大鼠肝組織MIF和JNK蛋白的表達(dá)Note. A: Representative results of Western blotting; B: Semiquantitative results of A. ± s ,n =6,*P<0.05, ** P<0.01 vs. control group, respectively; # P<0.01 vs IGT group; Other notes are the same as in Fig. 2. Fig.4 Expression of MIF and JNK proteins in rat liver tissues of the four groups.
注:A:p-JNK Western blot條帶圖;B:A的半定量結(jié)果;對(duì)照組;#P<0.01 vs IGT組;其他圖注同圖2。 圖5 各組大鼠肝組織p-JNK蛋白表達(dá)Note. A: Representative results of Western blotting. B: Semiquantitative results of A. ±s, n=6,*P<0.01 vs. control group respectively; #P<0.01 vs IGT group; Other note is the same as the figure 2. Fig.5 Expression of p-JNK protein in rat liver tissues of the four groups.
3討論
高脂飲食能引起糖代謝異常,而糖代謝異常常伴有脂代謝紊亂,肝是糖脂代謝的中心器官,因此肝臟是高脂飲食受影響的重要靶器官之一[8]。當(dāng)過多游離脂肪酸進(jìn)入肝臟,使脂質(zhì)沉積于肝臟,就會(huì)形成非酒精性脂肪肝。成脂性轉(zhuǎn)化的肝細(xì)胞會(huì)分泌白細(xì)胞介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等炎癥介子,可能介導(dǎo)肝細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細(xì)胞凋亡等各種事件的發(fā)生[1],最終導(dǎo)致肝細(xì)胞的損傷。但高脂飲食誘導(dǎo)的脂肪肝往往與血糖異常、腹型肥胖等肝外病理狀態(tài)并存,既往對(duì)非酒精性脂肪肝進(jìn)行相關(guān)研究時(shí),并未對(duì)這些肝外病理狀態(tài)進(jìn)行一致性控制,在糖代謝異常情況下尤其是在糖耐量受損狀態(tài)下,對(duì)肝臟損傷影響的研究較少。已有研究表明, STZ所誘導(dǎo)的大鼠糖尿病模型中,雄性大鼠血糖穩(wěn)定性明顯高于雌性大鼠[9]。因此,本課題選擇雄性大鼠作為實(shí)驗(yàn)材料,選用高脂飼料喂養(yǎng)和高脂飲食加STZ復(fù)制的IGT大鼠模型和T2DM大鼠模型為研究對(duì)象進(jìn)行了相關(guān)研究。
MIF除了能抑制巨噬細(xì)胞隨機(jī)移動(dòng)外,還是一種重要的促炎因子[10], 在IR、糖尿病等疾病的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用,相比IL-6等其它炎癥因子,MIF與IR和糖尿病的關(guān)系更密切[11]。已研究表明,MIF在酒精性脂肪肝中表達(dá)明顯增高[12]。本研究檢測(cè)了糖代謝異常合并非酒精性脂肪肝大鼠肝組織中MIF的表達(dá)情況,結(jié)果表明:IGT和T2DM組肝組織MIF基因和蛋白表達(dá)都明顯高于對(duì)照組,說明MIF參與了糖代謝異常合并非酒精性脂肪肝的發(fā)生發(fā)展過程。隨著糖耐量受損程度的加重(由IGT→T2DM),MIF基因表達(dá)水平有所升高,但兩者之間差異不顯著(這可能是實(shí)驗(yàn)例數(shù)較少所致),而MIF蛋白表達(dá)明顯降低,這提示,在IGT階段MIF已經(jīng)起重要作用,若在此階段有針對(duì)性的控制其表達(dá)水平,有可能逆轉(zhuǎn)MIF介導(dǎo)的對(duì)肝細(xì)胞損傷和IGT轉(zhuǎn)化為T2DM的趨勢(shì)。
既往研究表明,炎癥通路與NAFLD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),其中JNK途徑是兩條主要炎性反應(yīng)通路標(biāo)志物之一[13],JNK又稱為應(yīng)激活化激酶,在參與應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用[4]。JNK在肝臟中廣泛表達(dá),當(dāng)其長期處于活化狀態(tài),會(huì)使肝細(xì)胞凋亡而造成肝損傷[14],JNK介導(dǎo)了高脂喂養(yǎng)小鼠脂肪肝的發(fā)生發(fā)展[15]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, IGT組肝組織JNK表達(dá)水平較對(duì)照組明顯升高, T2DM組則顯著降低,且IGT和T2DM組之間差異有顯著性,說明高脂引起肝組織JNK表達(dá)異常,且在IGT階段已起重要作用,與MIF的表達(dá)趨勢(shì)相一致。JNK的活化即磷酸化水平在兩模型組均明顯升高,且隨著糖代謝異常的加重,JNK的活化水平呈進(jìn)行性升高,說明糖代謝受損程度與JNK的激活程度呈正相關(guān)。
本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,模型組大鼠肝組織中均出現(xiàn)了較多的凋亡細(xì)胞,IGT大鼠較T2DM大鼠多,同時(shí)參與細(xì)胞凋亡啟動(dòng)、執(zhí)行的關(guān)鍵蛋白酶caspase-3的表達(dá)水平也明顯升高,與TUNEL染色結(jié)果相一致,說明在糖代謝異常的情況下,伴有肝臟脂質(zhì)沉積的同時(shí),肝細(xì)胞出現(xiàn)了凋亡,進(jìn)而導(dǎo)致肝組織損傷。
綜上所述,高脂飲食喂養(yǎng)大鼠后導(dǎo)致的糖代謝異常合并非酒精性脂肪肝的發(fā)生可能與肝臟組織MIF和JNK高表達(dá)及JNK活化水平增強(qiáng)有關(guān),而且在IGT階段肝損傷中就已發(fā)生了明顯改變,若在此階段對(duì)進(jìn)行干預(yù),可能減輕肝臟脂質(zhì)沉積等肝損傷,進(jìn)而減輕肝臟胰島素抵抗,可以減緩向糖尿病的進(jìn)展,使血糖水平回歸正常。當(dāng)然糖代謝異常合并脂肪肝的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,尚需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探討。
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2015年《中國實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)報(bào)》《中國比較醫(yī)學(xué)雜志》專題計(jì)劃
2013-2014年度《中國實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)報(bào)》入選"中國科協(xié)精品科技期刊工程項(xiàng)目",影響因子與被引頻次不斷提升,充分彰顯了期刊在業(yè)界的權(quán)威性與影響力。依靠編委、審稿專家和廣大實(shí)驗(yàn)動(dòng)物工作者組織高水平的專題是主要的成功之道。
2015年《中國實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)報(bào)》《中國比較醫(yī)學(xué)雜志》將計(jì)劃由以下編委組織7期高水平專題:(1)顧為望教授:小型豬在生物醫(yī)藥研究中的應(yīng)用(已完成);(2)范慧敏教授:實(shí)驗(yàn)動(dòng)物心肺移植模型的建立及相關(guān)研究(已完成);(3)范永升教授:中醫(yī)藥研究與"病癥"結(jié)合動(dòng)物模型(雜志截稿日期:2015年2月28日);(4)高誠教授:實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量檢測(cè)、標(biāo)識(shí)標(biāo)記、模型和評(píng)價(jià)(學(xué)報(bào)截稿日期:2015年5月31日);(5)王強(qiáng)教授:斑馬魚在發(fā)育生物學(xué)及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型中的應(yīng)用(學(xué)報(bào)截稿日期:2015年7月31日);(6)代解杰教授:實(shí)驗(yàn)動(dòng)物新資源標(biāo)準(zhǔn)化研究及疾病動(dòng)物模型的創(chuàng)建(雜志截稿日期:2015年8月31日);(7)肖杭教授:實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在藥理毒理方面的應(yīng)用研究(雜志截稿日期:2015年9月30日)。
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研究報(bào)告
Effect of abnormal glucose metabolism on the expression of
macrophage migration inhibitory factor and JNK in the rat liver
FAN Lin-hua1, LIU Jian-xin2, LI Dan3, WEI Bing-yan1, LIU Mao-lin1, WANG Chun-fang1, LIU Tian-fu1
(1. Laboratory Animal Center of Shanxi Medical University, Shanxi Key Laboratory of Experimental Animal and
Human Diseases Animal Models, Taiyuan 030001, China; 2. 109 Hospital of Shanxi Province, Taiyuan 030006;
3. Department of Tumor Biological Therapy, the Second Hospital of Shanxi Medical University, Taiyuan 030001)
【Abstract】ObjectiveTo investigate the expression changes of macrophage migration inhibitory factor(MIF)and C-Jun N-terminal kinase (JNK) in the liver of rat with abnormal glucose metabolism and explore the pathological mechanism of abnormal glucose metabolism with non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). MethodsSixty SD rats were randomly divided into impaired glucose tolerance (IGT) model group (n=20), type 2 diabetes mellitus (T2DM) model group (n=20), IGT control group (n=10) and T2DM control group (n=10). IGT models were produced by feeding high-fat diet, T2DM models were produced by feeding high-fat diet for 4 weeks and intraperitoneally injected streptozotocin. Liver cell apoptosis was detected by TUNEL staining. The expression of MIF mRNA in liver tissue was determined by real-time PCR. The expressions of MIF, caspase-3, JNK proteins and phosphorylated JNK(p-JNK)in the liver tissue were determined by Western blotting. ResultsApoptotic cells were obviously increased in the IGT and T2DM groups. Expression of MIF mRNA in the IGT and T2DM groups was markedly higher than that in the control group, respectively (P<0.01). The expressions of MIF, caspase-3, JNK proteins and phosphorylated JNK were markedly higher than that of the control group, respectively (P<0.05 or P<0.01). The expressions of MIF, caspase-3, JNK proteins in the T2DM group were significantly decreased compared with those of the IGT group, while the expression of phosphorylated JNK was significantly higher (P<0.01). Conclusions Abnormal glucose metabolism accompanied with NAFLD is probably related to the increase of MIF, Caspase-3, JNK and phosphorylated JNK expression.
【Key words】Macrophage migration inhibitory factor; C-Jun N-terminal kinase; Caspase-3; Impaired glucose tolerance; Type 2 diabetes mellitus; Rat
[收稿日期]2014-10-24
Doi:10.3969/j.issn.1005-4847.2015.02.012
【中圖分類號(hào)】Q95-33
【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
【文章編號(hào)】1005-4847(2015) 02-0165-06
[通訊作者]劉建新, E-mail: jianxinliu690101@sina.com
[作者簡介]樊林花 (1972-), 女, 碩士, 研究方向:人類病病動(dòng)物模型。E-mail: flhlx@sina.com
[基金項(xiàng)目]山西省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2013k11);山西醫(yī)科大學(xué)科技創(chuàng)新基金(01201425)。