以α-硫辛酸靶向肝脏磺烷硫/硫化氢信号通路,通过上调肝脏CSE/3-MST表达预防糖尿病诱导的肝损伤

Targeting hepatic sulfane sulfur/hydrogen sulfide signaling pathway with α-lipoic acid to prevent diabetes-induced liver injury via upregulating hepatic CSE/3-MST expression.

作者信息George J Dugbartey, Karl K Alornyo, Ismaila Adams, Stephen Atule, Richard Obeng-Kyeremeh, Daniel Amoah, Samuel Adjei
PMID36229864
发布时间2022-10-13
DOI10.1186/s13098-022-00921-x

实验完整度

文献包含动物模型(T2DM大鼠)和体外分子检测(Western blot、生化指标、组织学),并进行了功能验证(药物干预抑制或激活通路)和机制验证(检测CSE/3-MST表达及磺烷硫/H2S水平)。

主要模型

Sprague–Dawley大鼠2型糖尿病肝损伤模型 胰腺组织(胰岛形态分析)

重点核对

T2DM诱导方案:大鼠禁食12h后,腹腔注射烟酰胺(110 mg/kg)和链脲佐菌素(55 mg/kg)诱导糖尿病 分组处理:健康对照(蒸馏水)、T2DM(蒸馏水)、T2DM+ALA(60 mg/kg/天口服)、T2DM+PPG(40 mg/kg/天腹腔注射),共6周 主要检测指标:空腹血糖、HbA1c、血浆胰岛素、HOMA-β、肝功能(ALT、AST、ALP、总胆红素)、肝脂质(甘油三酯、胆固醇、FFA)、肝糖原、炎症因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)、抗氧化指标(MDA、GSH、SOD) 分子检测:Western blot检测肝脏CSE和3-MST蛋白表达,分光光度法检测肝H2S和磺烷硫水平 组织学分析:HE染色、油红O染色、PAS染色评估肝和胰腺形态

摘要

背景:糖尿病诱导的肝损伤是糖尿病的并发症,目前尚无批准的有效治疗或预防药物。本研究在大鼠2型糖尿病诱导的肝损伤模型中,探讨α-硫辛酸(ALA)可能的保肝作用,以及磺烷硫/硫化氢通路作为一种新的保护机制。方法:30只Sprague–Dawley大鼠禁食12小时后测量空腹血糖,并随机分为糖尿病组和非糖尿病组。糖尿病组通过给予烟酰胺(110 mg/kg)和链脲佐菌素(55 mg/kg)诱导2型糖尿病(T2DM)。糖尿病大鼠每天给予ALA(60 mg/kg/天,口服)或40 mg/kg/天DL-炔丙基甘氨酸(PPG,内源性硫化氢产生的抑制剂)治疗6周,然后处死。收集肝脏、胰腺和血液样本进行分析。未经治疗的T2DM大鼠接受蒸馏水。结果:与健康对照组相比,未经治疗的T2DM大鼠出现低胰岛素血症、高血糖、肝肿大和肝糖原含量降低(p < 0.001)。此外,未经治疗的T2DM大鼠胰腺显示严重损伤的胰岛,而肝损伤以肝细胞空泡化显著增加、肝窦扩张、肝内异常脂质积聚、严重转氨酶升高、高胆红素血症以及肝抗氧化状态受损和炎症为特征,与健康对照组相比(p < 0.01)。虽然用PPG药理学抑制肝脏磺烷硫/硫化氢加重了这些病理变化(p < 0.05),但ALA强烈阻止了这些变化。与所有组相比,ALA还显著增加了肝脏硫化氢产生酶(胱硫醚γ-裂解酶和3-巯基丙酮酸硫转移酶)的表达以及肝脏磺烷硫和硫化氢水平(p < 0.01)。结论:据我们所知,这是第一个实验证据表明ALA通过上调肝脏胱硫醚γ-裂解酶和3-巯基丙酮酸硫转移酶的表达来激活肝脏磺烷硫/硫化氢通路,从而预防糖尿病诱导的肝损伤。因此,ALA可以作为治疗和预防糖尿病诱导肝损伤的新型药理学药物,肝脏磺烷硫/硫化氢作为新的治疗靶点。

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
α-硫辛酸是否能预防糖尿病诱导的肝损伤,其保护作用是否通过激活肝脏磺烷硫/硫化氢信号通路介导?
核心机制
ALA通过上调肝脏H2S产生酶CSE和3-MST的表达,增加肝脏磺烷硫和H2S水平,激活磺烷硫/H2S信号通路,从而发挥肝保护作用。
主要证据
未经治疗的T2DM大鼠出现肝损伤,而ALA治疗改善了这些变化;PPG抑制H2S产生加重肝损伤。Western blot显示ALA显著上调CSE和3-MST表达,并增加磺烷硫和H2S水平(p<0.01)。
研究意义
本研究首次证明ALA通过激活肝脏磺烷硫/H2S通路预防糖尿病诱导的肝损伤,为糖尿病相关NAFLD/NASH的治疗和预防提供了新靶点和潜在药物。

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大鼠模型并分组

诱导2型糖尿病并建立糖尿病诱导的肝损伤模型,为后续干预和检测提供基础。

30只雄性Sprague–Dawley大鼠禁食12小时后随机分为非糖尿病健康对照(n=7)和糖尿病组(n=23)。糖尿病组腹腔注射烟酰胺(110 mg/kg)和链脲佐菌素(55 mg/kg)诱导T2DM,以空腹血糖>13.9 mmol/L确认糖尿病。糖尿病大鼠随机分为T2DM(n=9)、T2DM+ALA(n=7)和T2DM+PPG(n=7)三组。

2

药物干预

验证ALA对糖尿病肝损伤的潜在保护作用,并通过PPG抑制内源性H2S产生来探究H2S通路的因果作用。

T2DM+ALA组每日口服ALA(60 mg/kg/天),T2DM+PPG组每日腹腔注射PPG(40 mg/kg/天),T2DM组和HC组每日给予蒸馏水口服,连续6周。每周测量体重和食物摄入量。

3

样本收集与基本生化分析

评估糖尿病诱导的全身性代谢变化和肝功能损伤,包括血糖、胰岛素、血脂和肝功能指标。

6周后处死大鼠,收集血液和肝脏样本。测量空腹血糖、HbA1c、血浆胰岛素、HOMA-β、肝功能(ALT、AST、ALP、总胆红素)、血脂(甘油三酯、总胆固醇、LDL、HDL、FFA)等。

4

肝脏组织学分析

评估糖尿病诱导的肝脏形态学改变及ALA和PPG的影响。

肝脏组织进行HE染色和油红O染色,评估肝细胞空泡化、肝窦扩张和脂肪变性程度。胰腺组织进行PAS染色,评估胰岛形态。

5

炎症和抗氧化状态检测

评估糖尿病诱导的炎症和氧化应激水平及药物干预的影响。

检测血浆和肝脏中的炎症因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)和抗氧化指标(MDA、GSH、SOD)水平。

6

机制验证:检测磺烷硫/H2S通路

验证ALA是否通过激活肝脏磺烷硫/H2S信号通路发挥保护作用。

Western blot检测肝脏CSE和3-MST蛋白表达,分光光度法检测肝脏H2S和磺烷硫水平,以及血浆H2S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Sigma Aldrich55 mg/kg
烟酰胺Nanjing Yasnt Bio-Tech Co. Ltd110 mg/kg
α-硫辛酸Nanjing Yasnt Bio-Tech Co. Ltd60 mg/kg
DL-炔丙基甘氨酸Sigma Aldrich40 mg/kg
One Touch Select Plus血糖仪LifeScan Inc.--
Nycocard读数仪Axis Shield--
Mindray BS-200生化自动分析仪Mindray--
放射免疫分析试剂盒Atom High-Tech Co., Ltd.--
非酯化游离脂肪酸比色试剂盒Elabscience--
生化免疫自动分析仪Toshiba--
DuoSet ELISA试剂盒R&D Systems--
TBARS试剂盒Abcam--
丁基羟基甲苯Cell Biolabs--
2-丁醇Merck--
谷胱甘肽检测试剂盒Promega--
SOD检测试剂盒Nanjing Kaiji Bio--
甘油三酯和胆固醇检测试剂盒Applygen Technologies Inc.E1013
游离脂肪酸比色检测试剂盒Sigma-Aldrich--
糖原检测试剂盒Abcam--
CSE抗体Abnova1:1000
3-MST抗体Santa Cruz1:1000
β-肌动蛋白抗体Abcam1:5000
辣根过氧化物酶标记的二抗--1:1000
SuperSignal West Dura长效底物Thermo Scientific--
Leica DM1000光学显微镜Leica Microsystems--

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
大鼠品系、年龄、体重范围;禁食时间;烟酰胺和链脲佐菌素剂量及给药途径;糖尿病判断标准(空腹血糖>13.9 mmol/L)
阅读提示:Methods: Experimental animals, Experimental grouping and procedures
药物干预
ALA剂量(60 mg/kg/天)和给药途径(口服);PPG剂量(40 mg/kg/天)和给药途径(腹腔注射);处理时间(6周)
阅读提示:Methods: Experimental grouping and procedures
样本采集
麻醉剂和剂量(氯胺酮60 mg/kg、甲苯噻嗪10 mg/kg);采血方式(心脏穿刺);肝组织保存方法(-80°C冻存或福尔马林固定)
阅读提示:Methods: Experimental grouping and procedures
生化指标检测
血浆制备条件(3000 rpm,15 min,4°C);各指标检测试剂盒和仪器型号;HbA1c测量仪器
阅读提示:Methods: Plasma preparation and measurement of biochemical parameters
氧化应激和炎症检测
肝组织匀浆条件;MDA、GSH、SOD检测试剂盒及步骤;ELISA试剂盒(DuoSet)
阅读提示:Methods: Measurement of intrahepatic and plasma antioxidant status
组织学分析
染色方法(HE、Oil red O、PAS);切片厚度(4 μm HE,8 mm油红O);评分标准(脂肪变性按Toblli分类)
阅读提示:Methods: Histopathology
分子机制验证
Western blot抗体稀释度;H2S测量方法(分光光度法,波长670 nm);磺烷硫测量方法(冷氰解,波长460 nm)
阅读提示:Methods: Western blotting, Measurement of intrahepatic sulfane sulfur and H2S contents