短期姜黄素灌胃敏化地塞米松处理的C57BL/6小鼠的胰岛素信号

Short-Term Curcumin Gavage Sensitizes Insulin Signaling in Dexamethasone-Treated C57BL/6 Mice

作者信息Lili Tian, Kejing Zeng, Weijuan Shao, Burton B Yang, I George Fantus, Jianping Weng, Tianru Jin
PMID26338887
期刊J Nutr
发布时间2015-10
DOI10.3945/jn.115.216853

实验完整度

包含体内动物模型(地塞米松诱导的胰岛素抵抗小鼠)和体外原代肝细胞及HepG2细胞验证,涵盖胰岛素信号通路(Akt/GSK3β)和糖异生功能验证,并检测FGF21表达。

主要模型

地塞米松诱导的胰岛素抵抗C57BL/6小鼠 小鼠原代肝细胞 HepG2人肝癌细胞系

重点核对

地塞米松剂量:100 mg/kg体重/天,腹腔注射,连续5天 姜黄素剂量:500 mg/kg体重/天,灌胃,连续5天 胰岛素耐量试验:禁食4小时,腹腔注射胰岛素1单位/kg 原代肝细胞分离:使用IV型胶原酶灌注消化

摘要

背景:长期膳食姜黄素(>12周)通过敏化胰岛素信号和减少肝脏糖异生改善肥胖小鼠的代谢稳态。这些是否仅继发于其慢性抗炎和抗氧化功能尚不清楚。目的:在本研究中,我们评估了短期姜黄素灌胃在快速地塞米松诱导的胰岛素抵抗小鼠模型中的胰岛素增敏作用,在该模型中慢性抗炎功能被消除。方法:6周龄雄性C57BL/6小鼠每日腹腔注射地塞米松(100 mg/kg体重)或磷酸盐缓冲液,连续5天,同时或不同时给予姜黄素灌胃(500 mg/kg体重)。在第7天进行胰岛素耐量试验。第8天加强地塞米松注射和姜黄素灌胃后,测量血糖和胰岛素浓度。第10天收集肝脏组织用于定量聚合酶链反应和蛋白质印迹,以评估糖异生基因表达、胰岛素信号和成纤维细胞生长因子21(FGF21)的表达。来自单独的、未经处理的C57BL/6小鼠的原代肝细胞用于测试姜黄素处理的体外效果。结果:地塞米松注射损害胰岛素耐量(P < 0.05)并使环境血浆胰岛素浓度升高约2.7倍(P < 0.01)。伴随姜黄素给药改善了胰岛素敏感性并降低了肝脏糖异生基因表达。姜黄素的胰岛素增敏作用通过在地塞米松处理的小鼠肝脏中蛋白激酶B的S473磷酸化刺激增加(P < 0.01),以及原代肝细胞中葡萄糖产生的抑制(P < 0.001)来证明。最后,姜黄素灌胃使小鼠肝脏中FGF21表达增加2.1倍(P < 0.05),姜黄素处理增加了原代肝细胞中FGF21的表达。结论:这些观察表明,姜黄素干预在地塞米松处理的小鼠中的早期有益作用是胰岛素信号的敏化,涉及刺激已知的胰岛素增敏剂FGF21的产生。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
短期姜黄素干预是否能在炎症反应尚未启动的情况下直接敏化胰岛素信号,其早期效应是否独立于慢性抗炎和抗氧化作用。
核心机制
短期姜黄素灌胃通过刺激肝脏FGF21表达和增强Akt/GSK3β信号通路来敏化胰岛素信号,并抑制糖异生基因表达。
主要证据
地塞米松处理小鼠中,姜黄素灌胃增加肝脏Akt S473和GSK3β Ser9磷酸化,抑制Pck1、Fbp1和Ppargc1α等糖异生基因表达,并升高FGF21水平;体外原代肝细胞中,姜黄素预处理增强低剂量胰岛素诱导的Akt磷酸化并抑制葡萄糖产生。
研究意义
研究表明姜黄素干预可预防胰岛素抵抗相关的代谢紊乱,可能用于阻止糖尿病前期向2型糖尿病的进展。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立胰岛素抵抗小鼠模型

通过地塞米松处理快速诱导小鼠胰岛素抵抗,以评估姜黄素的早期效应。

6周龄雄性C57BL/6小鼠每日腹腔注射地塞米松(100 mg/kg体重)或PBS,连续5天,同时给予姜黄素灌胃(500 mg/kg体重)或溶剂对照。

2

胰岛素耐量试验

评估姜黄素对全身胰岛素敏感性的影响。

在第7天进行胰岛素耐量试验,腹腔注射胰岛素(1单位/kg),测定血浆葡萄糖变化。

3

肝脏糖异生基因表达分析

检测姜黄素对肝脏糖异生相关基因表达的影响。

第10天收集肝组织,提取RNA,通过实时PCR检测Pck1、Fbp1、G6pc、Ppargc1α和Gys2的mRNA表达。

4

胰岛素信号通路检测

检测姜黄素对肝脏胰岛素信号传导的影响。

通过Western blot检测肝脏组织中磷酸化Akt、GSK3β和FoxO1的水平。

5

体外验证原代肝细胞功能

验证姜黄素对肝细胞的直接作用,包括胰岛素信号增敏和葡萄糖产生抑制。

从小鼠分离原代肝细胞,用姜黄素预处理后,检测胰岛素诱导的Akt磷酸化和葡萄糖产生。

6

FGF21表达检测

探讨姜黄素是否通过刺激FGF21发挥胰岛素增敏作用。

通过Western blot检测肝脏和细胞中FGF21的表达,并在原代肝细胞中测试FGF21对Akt信号和葡萄糖产生的影响。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化
验证机制链路
验证体内效果

产品清单

实验环节名称品牌货号
地塞米松磷酸钠Omega--
姜黄素Sigma AldrichC1385
IV型胶原酶----
成纤维细胞生长因子21重组蛋白NovoProtein--
Advanced超敏小鼠胰岛素免疫分析试剂盒Antibody and Immunoassay Services32392
TRI试剂Sigma--
Power SYBR Green预混液Applied Biosystems--
7900 Fast实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
磷酸化Akt (Ser473)抗体Signalway Antibody21054
Akt抗体Cell Signaling Technology9272
磷酸化GSK3β (Ser9)抗体Cell Signaling Technology9331
GSK3β抗体Cell Signaling Technology9315
磷酸化FoxO1 (Ser256)抗体Cell Signaling Technology9461
FoxO1抗体Cell Signaling Technology2880
磷酸化酪氨酸抗体Cell Signaling Technology9411
FGF21抗体Abcamab171941
β-肌动蛋白抗体Santa Cruz Biotechnologysc69879
GAPDH抗体Santa Cruz Biotechnologysc25778
标准小鼠饲料Harlan TekladLM-485, code 7912

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型诱导
地塞米松剂量、给药方式(腹腔注射)、疗程(5天);姜黄素剂量、给药方式(灌胃)、疗程(5天);小鼠品系、性别、周龄;分组及每组动物数;溶剂对照(芝麻油)
阅读提示:Methods: Mice, dexamethasone, and curcumin administration
胰岛素耐量试验
禁食时间(4小时)、胰岛素剂量(1单位/kg)、给药方式(腹腔注射)、血糖测量时间点
阅读提示:Methods: ITT, glucose, and insulin measurement; Figure 1A/B legend
原代肝细胞分离
小鼠周龄(8-12周)、灌注液成分(HBSS、胶原酶浓度)、过滤孔径、洗涤次数
阅读提示:Methods: Cell cultures
体外葡萄糖产生测定
细胞处理条件(无FBS、无葡萄糖)、姜黄素浓度(25 μM)、处理时间(1、2、4小时)、胰岛素浓度(100 nM)
阅读提示:Methods: In vitro glucose production assay; Figure 3C-E legend