丁酸钠通过肠肝轴PI3K/AKT信号通路改善糖尿病中的胆汁酸代谢

Sodium Butyrate Ameliorated Bile Acid Metabolism in Diabetes Mellitus by PI3K/AKT Signaling Pathway via the Gut-Liver Axis.

作者信息Tingting Zhao, Xi Zhang, Qian Xiang, Yadi Liu, Xuling Li, Junling Gu, Wenqian Zhang, Zhe Wang, Yiran Li, Xiaoshan Lai, Yonghua Zhao, Youhua Xu
PMID41020854
发布时间2025-09-09
DOI10.3390/cimb47090732

实验完整度

包含动物模型、细胞模型、功能验证、机制验证和组学分析等多个独立证据层级。

主要模型

STZ诱导的T2DM小鼠模型 HepG2细胞 CaCo2细胞

重点核对

NaB给药剂量:0.5 g/kg/day,口服,持续16周,基于先前研究 细胞处理条件:CaCo2细胞使用1 μmol/mL胰岛素+100 μg/mL LPS,HepG2细胞使用1 μmol/mL胰岛素+1 μg/mL LPS NaB处理浓度:CaCo2细胞5 mM,HepG2细胞0.5 mM 动物模型建立:高脂饮食2个月+STZ (50 mg/kg/day) 注射5天 GPR43 siRNA转染验证GPR43在NaB作用中的必要性

摘要

肝脏和肠道在调节胆汁酸代谢中发挥核心作用。我们最近的研究发现,补充微生物群产生的丁酸钠(NaB)可能减缓糖尿病进展并改善糖尿病小鼠的肝功能。NaB在线粒体能量代谢和胆汁酸代谢稳态中的作用需要进一步研究,因此我们进行了这项研究。我们使用ELISA试剂盒检测与小鼠相关的生化指标;HE和PAS用于染色和分析组织;CCK8用于检测细胞活力;WB用于检测相关指标。我们发现,NaB给药显著减轻了糖尿病小鼠的肝脏肥大和脂肪变性,改善了糖尿病小鼠的肝肠功能和炎症因子的释放,并在体内外改善了线粒体功能。NaB孵育在糖尿病条件下显著增加了胆汁酸代谢相关受体;肝细胞内与肝功能相关的酶含量升高。细胞膜上的葡萄糖转运蛋白GLUT2和NaB受体GPR43被NaB上调。在糖尿病条件下,NaB抑制了细胞内信号蛋白PI3K、AKT和GSK3的激活。本研究证明,微生物群代谢物NaB通过促进肠细胞和肝脏中的线粒体能量代谢,对胆汁酸代谢稳态产生积极影响,GPR43-PI3K-AKT-GSK3信号通路可能有助于这种效应。

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
微生物群代谢物丁酸钠(NaB)如何通过肠肝轴调节胆汁酸代谢,从而改善糖尿病?
核心机制
NaB通过GPR43受体促进线粒体能量代谢,并抑制PI3K/AKT/GSK3信号通路的激活,从而改善胆汁酸代谢。
主要证据
体内实验显示NaB改善糖尿病小鼠肝功能、炎症和肠道菌群;体外实验显示NaB通过GPR43改善线粒体功能和胆汁酸代谢相关蛋白表达(如FXR、TGR5、CYP7A1)。
研究意义
证明NaB对胆汁酸代谢稳态有积极作用,为糖尿病治疗提供了线索。

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T2DM小鼠模型并评估NaB治疗效果

验证NaB对糖尿病小鼠代谢功能障碍和炎症的影响。

使用高脂饮食和STZ诱导T2DM小鼠,并给予NaB或二甲双胍处理16周,检测生化指标和组织学变化。

2

分析肠道菌群组成变化

探讨NaB对糖尿病小鼠肠道菌群多样性和组成的影响。

通过16S rRNA测序分析小鼠粪便样本,比较各组菌群多样性和相对丰度。

3

评估NaB对肠上皮屏障功能的影响

验证NaB对高胰岛素+LPS诱导的CaCo2细胞单层屏障损伤的保护作用。

使用CaCo2细胞单层模型,检测TEER值、紧密连接蛋白表达和大分子通透性。

4

检测NaB对肝细胞功能和胆汁酸代谢的影响

验证NaB对高胰岛素+LPS诱导的HepG2细胞损伤和胆汁酸代谢的改善作用。

检测HepG2细胞活力、脂质水平、转氨酶、总胆汁酸,以及胆汁酸代谢相关蛋白(FXR、TGR5、CYP7A1)的表达。

5

验证GPR43在NaB改善线粒体功能中的作用

探究NaB通过GPR43改善线粒体功能的机制。

通过siRNA敲低GPR43,观察NaB对线粒体膜电位和功能的影响。

6

分析PI3K/AKT/GSK3信号通路

探究NaB影响胆汁酸代谢的细胞内信号机制。

通过Western blot检测PI3K、AKT、GSK3的磷酸化水平。

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
丁酸钠Meilun Biological Technology--
胰岛素Sigma--
GPR43抗体Biossbs-13536R
PTPN6抗体Biossbs-4158R
GATA4抗体Biossbs-1778R
GLUT2抗体Biossbs-0351R
胰岛素受体抗体Biossbs-0681R
PI3K抗体Biossbs-10657R
p-PI3K抗体Biossbs-6417R
TGR5抗体Abcamab72608
β-actin抗体BeyotimeAF5001
AKT抗体Santa Cruz Biotechnologysc-5298
FXR抗体Santa Cruz Biotechnologysc-25309
p-AKT抗体Santa Cruz Biotechnologysc-293125
CYP7A1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-518007
GSK3α/β抗体Santa Cruz Biotechnologysc-7291
p-GSK3α/β抗体Santa Cruz Biotechnologysc-81496
MitoTracker™ Deep Red FMThermo Fisher ScientificM22426
ELISA试剂盒(总胆汁酸)Nanjing JianchengE003-2-1
RIPA裂解液Abcamab156034
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0009
PVDF膜MilliporeIPVH00010
AI800成像系统GE Healthcare--
胰蛋白酶----
C18色谱柱----
高效液相色谱系统Thermo DINOEX Ultimate 3000 BioRSThermo Scientific--
Q Exactive plus质谱仪Thermo Scientific--
UltiMate 3000 RSLC纳升系统Thermo Scientific--
Qiagen凝胶回收试剂盒QIAGEN--
TruSeq® DNA PCR-Free样品制备试剂盒Illumina--
Qubit 2.0荧光计Thermo Scientific--
Agilent Bioanalyzer 2100系统Agilent--
Illumina NovaSeq平台Illumina--
MEM培养基Gibco--
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清----
青霉素-链霉素----
谷氨酰胺----
非必需氨基酸----
CCK8试剂盒Beyotime--
Lipofectamine™ RNAiMAX转染试剂Invitrogen--
RT2 Profiler™ PCR芯片小鼠线粒体能量代谢QIAGEN--
TRIzolInvitrogen--
ReverTra Ace® qPCR Master MixToyoboFSQ-201
NanoDrop 2000Thermo Scientific--
SYBR Green qPCR预混液QIAGEN--
Costar Transwell聚酯膜插件Costar--
Millicell ERS-2电压欧姆表EMD Millipore--
光学显微镜Olympus--
共聚焦激光扫描显微镜(Leica TCS SP8)Leica--

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
动物实验
小鼠品系、性别、饮食、STZ剂量、给药剂量和途径、治疗持续时间
阅读提示:方法部分第2.2节:动物实验
细胞实验
细胞系、培养基、刺激物浓度、NaB浓度、处理时间
阅读提示:方法部分第2.8-2.15节:细胞培养、CCK8、siRNA转染等
Western blot
抗体来源和货号、蛋白上样量、封闭条件、一抗和二抗稀释度
阅读提示:方法部分第2.5节:Western Blot
16S rRNA测序
DNA提取方法、PCR引物、测序平台和数据分析流程
阅读提示:方法部分第2.7节:16S rRNA测序
蛋白质组学
样品制备、酶解、色谱条件、质谱参数
阅读提示:方法部分第2.6节:蛋白质组学分析