游泳训练通过上调IGF1表达并激活PI3K/AKT通路促进2型糖尿病大鼠内皮祖细胞的血管生成

Swimming training promotes angiogenesis of endothelial progenitor cells by upregulating IGF1 expression and activating the PI3K/AKT pathway in type 2 diabetic rats.

作者信息Lan Li, Xiao-Ying Mang, Ke-Wei Jiang, Ying Zhao, Yu-Rong Chen
PMID39422032
发布时间2024-12
DOI10.3892/mmr.2024.13361

实验完整度

高

包含动物模型(T2DM大鼠)、体外细胞实验(EPC分离、CCK-8、划痕、管形成)、分子机制验证(Western blot、siRNA敲低)及代谢指标检测,具备多个独立证据层级和功能验证。

主要模型

T2DM大鼠模型(高脂饮食+链脲佐菌素诱导) 大鼠骨髓来源内皮祖细胞(EPC)

重点核对

T2DM模型建立:高脂饮食4周+低剂量链脲佐菌素(25 mg/kg)腹腔注射两天,FBG>13.9 mmol/l 游泳训练方案:每天30分钟,持续7天,共8周 IGF1敲低:尾静脉注射AAV2-IGF1 RNAi(1×10^11 TU/l) EPC鉴定:Dil-ac-LDL和FITC-UEA-I双荧光染色及CD31、CD34、CD133表达 PI3K/AKT通路激活:Western blot检测p-PI3K和p-AKT水平

摘要

本研究旨在探讨游泳训练通过上调胰岛素样生长因子1(IGF1)表达对2型糖尿病(T2DM)大鼠内皮祖细胞(EPC)血管生成的影响,并揭示其潜在作用机制。雄性Sprague-Dawley大鼠分为对照组、模型组、模型训练组、模型训练+小干扰(si)-NC组和模型训练+si-IGF1组。使用口服葡萄糖耐量试验测量血清葡萄糖水平。从骨髓腔分离EPC,并通过形态学观察和免疫荧光染色进行鉴定。通过逆转录定量PCR分析大鼠血清和EPC中IGF-1 mRNA的表达。通过ELISA评估血清空腹胰岛素水平。使用细胞计数试剂盒-8、划痕实验和管形成实验测定大鼠EPC的细胞活力、迁移和管形成能力,采用western blotting检测IGF1、磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)、磷酸化PI3K、蛋白激酶B(AKT)和磷酸化AKT的表达水平。本研究表明,游泳训练显著降低葡萄糖水平和胰岛素抵抗稳态模型评分,但增加空腹胰岛素水平和IGF1 mRNA表达。显微镜观察和免疫荧光鉴定表明EPC成功分离。此外,游泳训练显著提高大鼠EPC中IGF1水平,并促进细胞活力、迁移和管形成。此外,IGF1敲低实验表明,游泳训练可能通过升高IGF1表达激活PI3K/AKT通路发挥调节作用。总之,游泳训练促进T2DM大鼠EPC的血管生成,其潜在机制可能与上调IGF1表达和激活PI3K/AKT通路有关。

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
游泳训练是否通过上调IGF1表达及激活PI3K/AKT通路促进T2DM大鼠内皮祖细胞的血管生成?
核心机制
游泳训练上调IGF1表达,进而激活PI3K/AKT信号通路,促进EPC的血管生成。
主要证据
T2DM大鼠游泳训练后,血清和EPC中IGF1表达升高,EPC活力、迁移和管形成能力增强;IGF1敲低逆转了这些效应和PI3K/AKT磷酸化,表明IGF1上调激活PI3K/AKT通路是关键机制。
研究意义
为糖尿病血管并发症的运动疗法提供分子机制依据,并有望促进基于细胞的糖尿病相关心血管疾病治疗方法的开发。

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大鼠模型建立与分组

建立T2DM大鼠模型并施加游泳训练和IGF1敲低干预,以研究其对EPC功能的影响。

采用高脂饮食4周加低剂量链脲佐菌素(25 mg/kg)腹腔注射两天建立T2DM模型,分为Control、Model、Model train、Model train+si-NC、Model train+si-IGF1组,每组6只。训练组进行游泳训练(每天30分钟,持续7天,共8周)。si-IGF1组尾静脉注射AAV2-IGF1 RNAi(1×10^11 TU/l)。

2

代谢指标检测

评估游泳训练对T2DM大鼠葡萄糖代谢和胰岛素抵抗的影响。

通过口服葡萄糖耐量试验检测血清葡萄糖水平,ELISA检测空腹胰岛素水平,计算HOMA-IR评分。

3

EPC分离与鉴定

从骨髓中分离并鉴定内皮祖细胞,确保后续实验使用的细胞具有EPC特性。

从胫骨和股骨骨髓腔冲洗收集细胞,经密度梯度离心后培养。通过形态学观察(第4、8、14天)和免疫荧光染色(Dil-ac-LDL、FITC-UEA-I双染及CD31、CD34、CD133表达)进行鉴定。

4

EPC功能检测

评估游泳训练和IGF1敲低对大鼠EPC活力、迁移和管形成能力的影响。

使用CCK-8试剂盒检测细胞活力,划痕实验检测迁移能力,Matrigel管形成实验检测血管生成能力。

5

信号通路蛋白检测

检测游泳训练和IGF1敲低对PI3K/AKT通路激活水平的影响。

通过Western blotting检测EPC中IGF1、PI3K、p-PI3K、AKT、p-AKT的表达水平。

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
链脲佐菌素----
胎牛血清Gibco--
血管内皮生长因子R&D Systems--
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific--
NanoDrop 2000分光光度计Thermo Fisher Scientific--
SYBR Premix Ex Taq II试剂盒Takara Bio--
胰岛素ELISA试剂盒CusabioCSB-E08346r
荧光标记乙酰化低密度脂蛋白MK Bio ScienceMP6013500UG
异硫氰酸荧光素标记的荆豆凝集素IMK Bio ScienceMP6308-500UG
CD31抗体ProteintechCL488-66065
CD34抗体BIOSSbsm-41197M
CD133抗体Proteintech18470-1-AP
CoraLite Plus 488标记ACE2单克隆抗体ProteintechCL488-66699
Alexa Fluor 594二抗Thermo Fisher ScientificR37121
4',6-二脒基-2-苯基吲哚Beijing Solarbio--
重组腺相关病毒2-IGF1 RNAi--1×10^11
细胞计数试剂盒-8MilliporeSigma--
RIPA裂解液Thermo Fisher Scientific--
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific--
IGF1抗体Abcamab40657
磷酸化PI3K抗体Abcamab302958
PI3K抗体Abcamab283852
磷酸化AKT抗体Abcamab8805
AKT抗体Abcamab38449
GAPDH抗体Abcamab8245
山羊抗兔IgG二抗Abcamab6721
山羊抗小鼠IgG二抗Abcamab205719
ECL发光液MilliporeSigma--
成像系统Thermo Fisher Scientific--
基质胶R&D Systems--

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
动物模型建立
高脂饮食成分、持续时间(4周)、链脲佐菌素剂量(25 mg/kg)、注射方式(腹腔)和天数(连续两天)、糖尿病判定标准(FBG>13.9 mmol/l)
阅读提示:Materials and methods: Animal modeling and grouping
游泳训练方案
训练容器尺寸(200 cm容器,水深50 cm)、水温(30°C)、训练频率(每天30分钟,持续7天,共8周)
阅读提示:Materials and methods: Animal modeling and grouping
IGF1敲低干预
AAV2-IGF1 RNAi及其对照的剂量(1×10^11 TU/l)、注射途径(尾静脉)、注射时间(造模成功后)
阅读提示:Materials and methods: Animal modeling and grouping
EPC分离与鉴定
分离方法(骨髓腔冲洗、淋巴细胞分离液梯度离心)、培养条件(含10% FBS和VEGF的培养基)、鉴定标志物(Dil-ac-LDL、FITC-UEA-I、CD31、CD34、CD133)
阅读提示:Materials and methods: Serum blood collection and the isolation of endothelial progenitor cells; Characterization and identification of EPCs
EPC功能检测
CCK-8检测的细胞密度和孵育时间(4×10^3细胞/孔,4小时)、划痕实验的细胞密度(4×10^6细胞/孔)和观察时间(0和24小时)、管形成实验的细胞密度(1×10^5细胞/孔)和孵育时间(18小时)
阅读提示:Materials and methods: Cell Counting Kit-8 assay for cell viability; Scratch assay for cell migration; Tube formation assay
Western blot检测
蛋白上样量(20 µg)、一抗稀释比例(IGF1 1:2000, p-PI3K 1:1000, PI3K 1:2000, p-AKT 1:1000, AKT 1:1000, GAPDH 1:10000)、二抗稀释比例(1:2000或1:20000)
阅读提示:Materials and methods: Western blotting