缰核损毁通过增加胰岛素敏感性和抑制糖异生改善2型糖尿病大鼠的葡萄糖代谢

Habenula lesions improve glucose metabolism in rats with type 2 diabetes by increasing insulin sensitivity and inhibiting gluconeogenesis

作者信息Peng Qu, Yachun Wang, Lei Liu, Mengmeng Qi, Yimeng Sun, Siyang Zheng, Zichen Xu, Changhong Liu, Xiaoyan Bai, Qinggao Zhang, Limin Yang
PMID32393480
发布时间2020-05
DOI10.1136/bmjdrc-2020-001250

实验完整度

包含T2DM大鼠模型、电损毁、OGTT/PTT、Western blot、ELISA及正常大鼠对照,实现功能验证与机制验证。

主要模型

T2DM大鼠模型(HCFD联合STZ诱导) 正常Sprague Dawley大鼠

重点核对

大鼠品系及体重:雄性SD大鼠,270-320g T2DM诱导:HCFD喂养2周后,静脉注射STZ(35mg/kg) Hb电损毁参数:直流电0.5mA持续10秒,坐标AP -3.6至-3.8mm,ML 0.6-0.9mm,DV 4.2-4.6mm OGTT/PTT剂量和途径:葡萄糖1g/kg口服,丙酮酸钠1g/kg腹腔注射 总样本量:各组n=3至n=16不等

摘要

缰核(Hb)是中脑重要的中继站,对控制脊椎动物的许多生理功能至关重要。Hb在抑郁症发病机制中的作用已被深入研究,但其是否在糖尿病的发病机制中起作用尚不清楚。在本研究中,我们发现Hb损毁可通过抑制外周交感神经系统和肝脏葡萄糖生成来改善2型糖尿病(T2DM)的葡萄糖代谢。研究设计和方法:通过高碳水化合物和高脂肪饮食联合链脲佐菌素诱导T2DM大鼠。应用电损毁方法抑制Hb的功能。通过ELISA、蛋白质印迹和生化方法检测对照组、T2DM组、假手术组和Hb损毁组大鼠的血清和组织样本。结果:与假手术组相比,Hb损毁组肝脏中AMPK磷酸化和胰岛素受体(IR)的表达水平显著增加,而葡萄糖-6-磷酸酶和磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶则降低。在葡萄糖耐量试验和丙酮酸耐量试验中,损毁组表现出比假手术组更强的葡萄糖耐量和更低的肝脏糖异生。这些结果表明,Hb损毁不仅能有效增加胰岛素敏感性和改善胰岛素抵抗,还能抑制T2DM大鼠的糖异生。此外,Hb损毁增加了海马中脑源性神经营养因子、原肌球蛋白受体激酶B、糖皮质激素受体和IR的表达。在本研究中,我们还发现Hb损毁增加了肾上腺中乙酰胆碱的含量,并减少了肾上腺和肝脏中肾上腺素的含量,这可能是Hb损毁调节肝脏葡萄糖代谢的主要原因。结论:Hb是糖尿病大鼠中枢神经系统调节葡萄糖代谢的重要神经解剖学靶点。关键词:2型糖尿病,胰岛素抵抗,糖异生,中枢神经系统。本研究的意义:关于本课题已知的信息:缰核(Hb)在抑郁症发病机制中的关键作用已被知晓。新的发现:在本研究中,我们发现Hb在调节葡萄糖代谢中具有重要作用,特别是在改善2型糖尿病(T2DM)大鼠的葡萄糖代谢调节方面。Hb损毁通过上调脑源性神经营养因子、糖皮质激素受体和胰岛素受体改善T2DM大鼠的海马功能。Hb损毁通过抑制外周交感系统改善T2DM大鼠的葡萄糖代谢紊乱。这些结果可能如何改变研究或临床实践的焦点:这些结果为糖尿病的中心神经病理机制提供了新的、可靠的实验基础。同时为T2DM的临床治疗提供了新思路。

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
缰核是否在2型糖尿病的发病机制中发挥作用,以及其如何影响葡萄糖代谢。
核心机制
Hb损毁通过抑制外周交感神经系统和HPA轴,增强海马功能(上调BDNF、GR和IR),进而激活肝脏AMPK信号通路并上调IR,抑制糖异生和糖原分解。
主要证据
Hb损毁降低了T2DM大鼠血清葡萄糖和胰岛素水平,改善胰岛素抵抗;PTT显示肝糖异生降低;Western blot显示AMPK磷酸化、IR、p-Akt水平升高,G6Pase和PEPCK降低;肾上腺乙酰胆碱升高、肾上腺素降低;正常大鼠OGTT改善但PTT无影响。
研究意义
为糖尿病的中心神经病理机制提供了新的实验基础,并提出Hb作为中枢神经系统治疗T2DM的潜在靶点。

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

T2DM大鼠模型建立与验证

验证通过HCFD联合低剂量STZ诱导的T2DM大鼠模型是否成功模拟人类2型糖尿病。

雄性SD大鼠经1周适应后,给予HCFD喂养2周,随后静脉注射STZ(35mg/kg)。4周后检测血糖,水平>11.1mmol/L者为糖尿病。检测血清葡萄糖、胰岛素、HOMA-IR,并进行OGTT和PTT。

2

双侧外侧缰核电损毁

通过电损毁抑制外侧缰核的功能,观察其对T2DM大鼠葡萄糖代谢的影响。

T2DM模型成功后,使用电极对双侧外侧Hb施加直流电0.5mA持续10秒进行损毁。假手术组电极插入相同坐标但不通电。术后恢复1周。

3

葡萄糖代谢表型评估

评估Hb损毁对T2DM大鼠血清葡萄糖、胰岛素、胰岛素抵抗、葡萄糖耐量和肝糖异生的影响。

检测各组大鼠血清空腹血糖、胰岛素、HOMA-IR,并进行OGTT和PTT。

4

肝脏胰岛素信号通路和糖异生关键酶检测

探究Hb损毁改善肝脏葡萄糖代谢的分子机制,特别是胰岛素信号通路和糖异生关键酶的变化。

通过Western blot检测肝脏AMPK、p-AMPK、Akt、p-Akt、IR表达,通过生化方法检测G6Pase、PEPCK和胰高血糖素浓度。

5

海马功能相关蛋白表达检测

探讨Hb损毁对海马功能的影响,并关联HPA轴调节。

通过Western blot检测海马BDNF、TrkB、IR和GR的表达变化。

6

外周交感神经系统评估

探究Hb损毁对交感神经系统的抑制作用及对肝脏葡萄糖代谢的联系。

通过ELISA检测肾上腺和肝脏中肾上腺素和乙酰胆碱水平。

7

正常大鼠生理条件下的验证

确定Hb损毁在正常生理条件下对葡萄糖代谢的影响。

对正常大鼠进行Hb电损毁,检测血糖、OGTT和PTT,并观察对糖尿病诱导的预防作用。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
AMPK抗体 (#5831)Cell Signaling Technology#5831
磷酸化AMPK抗体 (#2535)Cell Signaling Technology#2535
Akt抗体 (#4691)Cell Signaling Technology#4691
P-Akt抗体 (#4060)Cell Signaling Technology#4060
抗兔IgG (#7074)Cell Signaling Technology#7074
BDNF抗体 (ab108319)Abcamab108319
TrkB抗体 (ab214185)Abcamab214185
胰岛素受体抗体 (ab5500)Abcamab5500
糖皮质激素受体抗体 (ab183127)Abcamab183127
肌动蛋白抗体 (ab115777)Abcamab115777
eECL蛋白质印迹试剂盒 (CW0049)CwbioCW0049
BeyoColor预染彩色蛋白标记 (P0077)BeyotimeP0077
RIPA裂解缓冲液 (PC0010)SolarbioPC0010
BCA蛋白定量试剂盒 (PC0020)SolarbioPC0020
葡萄糖检测试剂盒Robio--
大鼠空腹血清胰岛素ELISA试剂盒Elabscience Biotechnology Co.--
链脲佐菌素 (552201)Sigma552201
血糖监测仪Bioland--
Odyssey红外成像系统LI-COR Biosciences--

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
T2DM模型建立
大鼠品系、性别、体重,HCFD喂养时间,STZ剂量、注射途径、溶剂和pH,血糖诊断阈值,各组样本量
阅读提示:Materials and methods 的 Animals 和 T2DM model 部分
双侧外侧缰核电损毁
损毁电流和持续时间,立体定位坐标(AP、ML、DV),假手术条件,术后恢复时间
阅读提示:Materials and methods 的 Bilateral electrical lesions of the lateral Hb 部分
OGTT和PTT
禁食时间,葡萄糖和丙酮酸钠剂量、浓度、给药途径,血糖检测时间点
阅读提示:Materials and methods 的 Oral glucose tolerance test (OGTT) and pyruvate tolerance test (PTT) 部分
分子检测(Western blot、ELISA)
蛋白提取方法、上样量、抗体来源及稀释度、内参选择,ELISA试剂盒来源及波长
阅读提示:Materials and methods 的 Western blotting 和 ELISA 部分
样本量及统计
每组样本量(n值),统计方法(t检验、单因素方差分析),数据表达方式(mean±SD)及显著性水平
阅读提示:Materials and methods 的 Statistical analysis 部分及各图注