基于肠道菌群-炎症反应途径探讨黄连大黄药对干预2型糖尿病的作用机制研究

来源 :成都中医药大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:w4444w4444
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目的:评价黄连大黄药对干预自发性2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus,T2DM)大鼠模型-Goto-Kakizaki(GK)大鼠的疗效,并从肠道菌群-炎症反应途径探索其潜在的作用机制,以期为黄连大黄药对治疗T2DM的临床应用提供新的科学证据。方法:本实验研究采用高脂饲料喂养的雄性GK大鼠构建T2DM大鼠模型(HFD组),以正常Wistar大鼠作为空白对照(NCD组),观察给予盐酸二甲双胍(MET组)和低、中、高剂量黄连大黄药对(CRL、CRM和CRH组)干预8周后实验大鼠的一般情况(精神、反应、毛发、摄食饮水量、体重等)、血糖、血脂和肝肾功能等代谢指标的变化;采用口服葡萄糖耐量试验(Oral Glucose Tolerance Test,OGTT)、腹腔注射胰岛素耐量试验(Intraperitoneal Insulin Tolerance Test,IPITT)、稳态模型-胰岛素抵抗(Homeostasis Model Assessment-Insulin Resistance,HOMA-IR)指数等评估其胰岛素敏感性;采用网络药理学方法预测黄连大黄药对治疗T2DM的潜在作用靶点;采用苏木精-伊红(Hematoxylin-eosin,HE)染色法观察大鼠肝脏、胰腺组织形态学改变;采用ELISA试剂盒检测其炎性细胞因子白介素1β(Interleukin 1β,IL-1β)、白介素18(Interleukin 18,IL-18)、白介素10(Interleukin 10,IL-10),内毒素(Endotoxin,ET)及空腹血清胰岛素(Fasting serum insulin,FINS)等的水平;采用蛋白质免疫印迹法(Western Blot)检测其肝脏和胰腺组织中NLRP3炎性小体(NLRP3、ASC、Caspase 1)以及胰岛素信号转导通路中关键蛋白(IRS 2,p-IRS 2,AKT,p-AKT)的表达;采用免疫荧光法(Immunofluorescence,IF)检测其胰岛β细胞的变化;采用免疫组织化学法(Immunohistochemistry,IHC)检测其回肠组织中ZO-1和Occludin的蛋白表达;采用16S r RNA扩增子粪便测序检测其肠道菌群结构的变化。结果:1、黄连大黄药对对T2DM大鼠代谢指标的影响(1)与NCD组相比,HFD组大鼠精神较差,懒动,烦躁易激惹,皮毛干枯萎黄,小便量增多,大便干结而量少,各干预组大鼠上述表现均有不同程度改善;(2)整体而言,相较于HFD组,各药物干预对减少GK大鼠的摄食及饮水量、控制体重增长均具有一定作用,其中MET、CRM和CRH组效果较优;(3)与NCD组相比,HFD组大鼠空腹血糖(Fasting blood glucose,FBG)和随机血糖(Random blood glucose,RBG)水平显著升高,FINS水平显著降低(p<0.01);较之HFD组,MET、CRM和CRH组大鼠FBG与RBG水平降低,MET和CRM组FINS水平升高(p<0.01或p<0.05);(4)相较于NCD组,HFD组大鼠血清ET、IL-1β、IL-18水平显著升高,而IL-10水平则明显降低(p<0.01);较之HFD组,MET、CRM和CRH组大鼠的ET、IL-1β水平有效降低,MET和CRM组IL-10水平有效升高(p<0.05),除MET组外,各中药干预组大鼠IL-18水平虽有一定程度的降低,但与HFD组差异并不显著;(5)相较于NCD组,HFD组大鼠血清总胆固醇(Total Cholesterol,TC)、甘油三酯(Triglyceride,TG)、低密度脂蛋白胆固醇(Low density lipoprotein chesterol,LDL-C)水平均升高(p<0.01或p<0.05),高密度脂蛋白胆固醇(High density lipoprotein chesterol,HDL-C)水平虽降低但无显著差异;较之HFD组,MET、CRM和CRH组TG水平降低,MET和CRH组LDL-C水平亦降低(p<0.01或p<0.05),但各干预组TC和HDL-C水平无显著差异;(6)与NCD组相比,HFD组大鼠肝肾功能指标有不同程度的升高,各药物干预虽有一定降低作用,但与HFD组差异并不显著。2、黄连大黄药对治疗T2DM的网络药理学研究网络药理学研究显示,黄连大黄药对治疗T2DM的核心靶点基因可能有AKT、IL-1β等,潜在作用机制可能涉及PI3K/AKT信号通路、NOD样受体信号通路等。3、黄连大黄药对对T2DM大鼠肝脏IR的影响(1)与NCD组相比,HFD组大鼠葡萄糖耐量受损,对注射胰岛素反应降低,HOMA-IR指数明显升高(p<0.01);与HFD组比较,MET、CRM和CRH组糖耐量及胰岛素敏感性得到有效改善,HOMA-IR指数有效降低(p<0.01或p<0.05);(2)与NCD组相比,HFD组大鼠肝脏组织炎性细胞浸润及脂质异位沉积增多,肝脏指数显著增高;较之HFD组,各药物干预改善了上述病理变化,其中MET、CRM和CRH组效果较优;(3)相较于NCD组,HFD组大鼠肝脏促炎细胞因子IL-1β、IL-18水平增加(p<0.01),而抗炎细胞因子IL-10水平降低(p<0.05),NLRP3炎性小体(NLRP3、ASC、Caspase 1)的蛋白表达显著升高(p<0.01);较之HFD组,MET、CRM和CRH组大鼠肝脏IL-1β、IL-18水平及NLRP3和Caspase 1蛋白的表达均降低(p<0.01或p<0.05),但各组IL-10水平无显著差异,ASC蛋白表达仅MET组有效降低(p<0.05);(4)相较于NCD组,HFD组大鼠肝脏总IRS 2和AKT的蛋白表达量无显著差异,但p-IRS 2Ser731水平增加,p-AKT水平降低(p<0.01);较之HFD组,MET、CRM和CRH组p-IRS 2Ser731水平降低,p-AKT水平增加(p<0.05)。4、黄连大黄药对对T2DM大鼠胰岛β细胞的影响(1)与NCD组相比,HFD组大鼠胰岛形态紊乱,胰岛细胞数目减少,并可见变性坏死,较多炎性细胞浸润;较之HFD组,各药物干预改善了上述病理变化,其中MET和CRM组效果较优;(2)与NCD组相比,HFD组大鼠胰岛β细胞阳性表达及胰岛素分泌量显著减少(p<0.01);与HFD组比较,MET和CRM组胰岛β细胞的阳性表达及FINS水平均增加(p<0.01或p<0.05),CRL和CRH组变化不显著;(3)相较于NCD组,HFD组大鼠胰腺IL-1β、IL-18水平,NLRP3、ASC和Caspase 1的蛋白表达显著升高,而IL-10水平明显降低(p<0.01);较之HFD组,MET和CRM组胰腺IL-1β、IL-18水平,NLRP3、ASC和Caspase 1蛋白的表达均降低,IL-10水平增加(p<0.05);(4)相较于NCD组,HFD组大鼠胰腺总IRS 2和AKT的蛋白表达量无显著差异,但p-IRS 2Ser731水平增加(p<0.05),p-AKT水平降低(p<0.01);较之HFD组,MET和CRM组p-IRS 2Ser731水平降低,p-AKT水平增加(p<0.05)。5、黄连大黄药对对T2DM大鼠肠道菌群及肠道屏障的影响(1)相较于NCD组,HFD组大鼠的菌群多样性降低,在不同分类水平上物种相对丰度发生改变;较之HFD组,各药物干预可一定程度上增加菌群多样性,重塑菌群结构,在门和属分类水平上可上调Bacteroidetes、Parabacteroides、Odoribacter、Papillibacter、Bacteroides、Alistipes、Anaeroplasma、Akkermansia等相对丰度,下调Firmicutes、Blautia等相对丰度;(2)Odoribacter、Papillibacter、Akkermansia菌属相对丰度与血糖、ET、IL-1β水平呈负相关,与IL-10水平呈正相关(p<0.01或p<0.05),而Blautia菌属相对丰度与血糖、ET及IL-1β水平呈正相关(p<0.05);(3)与NCD组相比,HFD组大鼠回肠ZO-1和Occludin的蛋白表达显著降低(p<0.01);较之HFD组,MET和CRM组ZO-1、Occludin蛋白表达均增加(p<0.05),CRH组仅ZO-1蛋白表达增加(p<0.05)。结论:1、黄连大黄药对干预可以改善T2DM GK大鼠的糖脂代谢紊乱;2、黄连大黄药对对T2DM GK大鼠的代谢调控作用可能是通过抑制肝脏和胰腺组织NLRP3炎性小体活化介导的炎症反应,促进肝脏和胰腺胰岛素信号转导,改善肝脏IR,保护胰岛β细胞来实现的;3、黄连大黄药对干预可以调节T2DM GK大鼠肠道菌群的失衡状态,修复肠道屏障损伤,这可能参与黄连大黄药对调控代谢紊乱、减轻炎症反应作用的发挥;4、黄连大黄药对是中医胃肠积热T2DM病机观指导下,体现清热逐浊法的一种治疗T2DM安全而有效的配伍组合。
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