硫化氫對2型糖尿病脂代謝的作用及其機制.pdf

1、硫化氫(hydrogen sulfide，H2S)是一種有強烈臭雞蛋氣味的無色氣體，它一直被人們認為是毒性氣體。直到1989年，科學(xué)家在大鼠和人腦中檢測到了內(nèi)源性的H2S，提示H2S可能具有一定的生理作用。隨著對H2S研究的深入，發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性H2S對心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)均有重要的生理調(diào)節(jié)功能，如它可以調(diào)節(jié)KATP通道從而使血管平滑肌舒張，降低血壓，它也具有抗氧化、抗凋亡、保護線粒體的功能從而可以發(fā)揮細胞保護作用等。在體

2、內(nèi)，H2S由內(nèi)源性關(guān)鍵酶胱硫醚-β-合成酶（cystathionine-β-synthase，CBS）和胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionine-γ-lyase，CSE）催化產(chǎn)生并受其調(diào)節(jié)，生理濃度時具有明確的功能并可被外源性氣體模擬。因此，H2S成為繼一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之后的第三個氣體信號分子，從此人們對H2S展開了新的認識。
　　糖尿病是世界上發(fā)病率較高的一種疾病，且呈上升趨勢。糖尿病患者主要死于心血管疾

3、病，脂代謝紊亂是糖尿病并發(fā)心血管疾病的首要危險因子之一，然而其病因并不是很清楚，因此研究糖尿病脂代謝紊亂具有極其重要的意義。
　　據(jù)報道，2型糖尿病、過度肥胖、非肥胖型糖尿病(non-obese diabetic，NOD)小鼠體內(nèi)H2S合成減少。而在Zucker糖尿病大鼠體內(nèi)胰腺中有大量內(nèi)源性的H2S產(chǎn)生，且給予外源性低濃度H2S通過調(diào)節(jié)KATP通道的開放抑制胰腺β細胞的胰島素釋放。但是外源性H2S對2型糖尿病脂代謝是否有作用，目

4、前尚未報道。因此，本文通過對H2S在糖尿病脂代謝方面的研究，將更深入地認識這個新的氣體信號分子。
　　首先，以db/db糖尿病小鼠為模型，觀察外源性H2S對2型糖尿病小鼠脂代謝的作用。實驗中使用硫氫化鈉(NaHS)作為H2S的供體，從8周齡開始（糖脂代謝已紊亂），每天腹腔注射不同濃度NaHS(10、50、100μmol/kg/d)，持續(xù)4周，觀察H2S對2型糖尿病小鼠糖脂代謝的影響。結(jié)果顯示，給藥1周后高血糖開始得到緩解，2周時血

5、糖進一步回落，對體重?zé)o影響;給藥4周結(jié)束后，NaHS100μmol/kg/d組小鼠胰島素的敏感性提高;血漿中低密度脂蛋白（low-density lipoprotein，LDL）、C-反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）、天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（asparagine aminotransferase，AST）的水平降低。提示，H2S對2型糖尿病脂代謝具有一定的調(diào)節(jié)作用，且能改善肝功能的異常。
　　其次，我們通過H

6、E和蘇丹Ⅲ染色，以及GPO-POD氧化酶法檢測db/db糖尿病小鼠肝臟中脂肪堆積情況和甘油三酯（triglyceride，TG）含量，結(jié)果顯示，NaHS50μmol/kg/d和100μmol/kg/d治療組小鼠肝細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)基本正常，肝細胞中脂滴聚集減少，但TG含量在各組間無統(tǒng)計學(xué)差別。利用PAS染色(PeriodicAcid-Schiff stain)和葸酮法測肝臟中糖原含量，顯示NaHS100μmol/kg/d組小鼠肝臟中肝糖原減

7、少。以上結(jié)果提示，H2S可以使2型糖尿病肝臟損傷得到部分改善。
　　然后，為了闡明上述現(xiàn)象的機制，我們還在整體水平對H2S改善2型糖尿病肝臟損傷進行了初步探討。結(jié)果顯示，NaHS50μmol/kg/d組db/db糖尿病小鼠肝臟中過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferators-activatedreceptor gamma，PPAR-γ）、過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisomeprolif

8、erators-activated receptor alpha，PPAR-α) mRNA的水平降低，但其蛋白表達無變化。NaHS10、50、100μmol/kg/d組小鼠肝臟中固醇調(diào)節(jié)元件-1(sterolregulatory element-binding protein-1c，SREBP-1c)、羥甲基戊二酰輔酶A還原酶（3-hydroxy-3-methylglutary coenzyme A reductase，HMGCoA還原

9、酶）、過氧化物增殖激活受體協(xié)同激活子(peroxisome proliferative activated receptor coactivator1，PGC-1、PGC-1α、或PPARGC1)mRNA的水平下降。NaHS100μmol/kg/d組小鼠肝臟中腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)和乙酰輔酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）磷酸化水平升高，N

10、aHS50μmol/kg/d組ACC mRNA水平下降。提示，H2S可能通過調(diào)節(jié)AMPK/ACC、SREBP-1c、 HMGCoA還原酶、PGC-1α以及PPAR-γ、PPAR-α改善脂代謝紊亂對肝臟的損傷。
　　以上的實驗結(jié)果表明，H2S通過影響肝臟AMPK/ACC、PPAR等信號分子來改善脂代謝紊亂，減少脂代謝紊亂對肝臟的損傷。
　　最后，為了進一步探討H2S改善糖尿病小鼠脂代謝紊亂的作用機制，我們運用原代分離培養(yǎng)正常C

11、57BL/6小鼠肝細胞，研究H2S在高糖環(huán)境下對肝細胞脂代謝是否有影響。結(jié)果表明，給予NaHS50μmol/L可促進肝細胞葡萄糖消耗，減少肝細胞中甘油三酯的含量。之后，western blot和RT-PCR結(jié)果顯示，H2S可時間和濃度依賴性地促進細胞內(nèi)信號分子AMPK和ACC的磷酸化，時間依賴性地促進細胞胞漿和細胞核內(nèi)PPAR-γ、PPAR-α蛋白表達量。提高細胞PPAR-γPPAR-α、葡萄糖激酶(glucosekinase，GCK)

12、 mRNA水平，降低脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，F(xiàn)AS）、ACC mRNA水平，對SREBP-1cmRNA水平無影響。提示，H2S改善脂代謝紊亂的作用可能與AMPK/ACC、FAS、GCK、PPAR-γ、PPAR-α有關(guān)。H2S是否通過AMPK影響PPAR-γ、PPAR-α的表達，還需要以后的實驗來證明。
　　綜上所述，本文在整體水平觀察到外源性H2S能改善2型糖尿病脂代謝紊亂，從而有助于減輕肝臟損傷的發(fā)