高原低氧抑制胰島素分泌的CRHR1調控機制.pdf

1、科學技術的發(fā)展和人類社會與經(jīng)濟的繁榮，使得越來越多的人前往高海拔地區(qū)探險、旅游、生活和開發(fā)建設。然而，高原低氧影響健康，可導致身體不適反應，甚至發(fā)展成高原病。因此，研究高原與健康、高原與疾病的關系，也越來越受到關注。
　　大量人類與動物研究顯示，急性高原低氧可誘發(fā)急性高原病(Acute mountainsickness，AMS)，還可影響血糖水平和胰島素分泌，使糖代謝和內分泌調節(jié)紊亂。我們實驗室的研究顯示，模擬高原低氧，刺激大鼠下

2、丘腦應激肽—促腎上腺皮質激素釋放激素（Corticotropin releasing hormone，CRH）的分泌和基因表達升高，亞急性低氧（5，000米，5天）降低大鼠血漿胰島素水平，此作用可被CRH1型受體（CRH receptor1，CRHR1）拮抗劑所阻斷，但作用機制尚不完全清楚。CRH是下丘腦-垂體-腎上腺軸（Hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA軸）的中樞調控因子，在低氧應激反應中具

3、有重要作用，參與行為、內分泌、免疫網(wǎng)絡的調控。已有報道，CRHR1在胰島β細胞表面表達，糖依賴性的增加胰島素分泌。本文研究低氧下CRHR1介導胰島素分泌抑制的調節(jié)機制。
　　我們采用低壓低氧模擬高原低氧、體外培養(yǎng)大鼠胰島以及人類急進高原，闡述低氧下CRHR1信號通路介導胰島素分泌抑制的機制。研究發(fā)現(xiàn)，急性8小時5，000米海拔低氧暴露，升高大鼠血漿CRH、皮質酮(Corticosterone，CORT)和血糖水平，降低胰島素水平;

4、CRHR1拮抗劑預處理，可反轉血糖和CORT的升高和胰島素水平的降低。急性（8小時）和亞急性（5天）5，000米低氧暴露，導致胰腺組織乳酸生成增加，ATP/ADP比值下降，AMP/ATP比值升高，提示低氧暴露使胰島細胞處于低氧代謝和ATP不足的狀態(tài)。體外大鼠胰島實驗結果顯示，常氧(21％O2)下，CRH通過刺激胰島β細胞表面的CRHR1，刺激胰島素分泌，該作用依賴于糖和CRH水平。CRH促胰島素分泌作用，是通過激活CRHR1的cAMP/

5、PKA信號通路和L-型鈣通道，引起外鈣流入細胞實現(xiàn)的。在5％ O2低氧條件下，雖然胰島Crhr1 mRNA處于高表達，但CRH的促胰島素分泌作用消失。用魚藤酮（線粒體電子傳遞鏈Ⅰ抑制劑）模擬線粒體低氧代謝，可抑制胰島細胞ATP生成，進而抑制胰島素分泌，支持在體實驗結果。魚藤酮劑量依賴性地降低胰島素分泌，1nM魚藤酮導致胰島ATP減少，可完全消除1nMCRH的促胰島素分泌作用。魚藤酮導致的ATP生成缺乏，阻斷了CRHR1激活導致的胞內cA

6、MP水平和ATP/ADP比值的增加。常氧下，CRH可增加胰島β細胞鈣振蕩頻率，而在低氧下，ATP缺乏時，β細胞鈣振蕩頻率下降，CRH失去刺激作用。因此，我們提出，CRH促胰島素分泌作用具有O2和ATP依賴性;低氧時，由于胰島細胞由有氧代謝轉化為無氧代謝，不能提供充足的ATP，從而阻斷了CRHR1激活的cAMP/PKA和L-鈣通道，最終因胞內鈣水平下降，導致CRH的促胰島素分泌作用消失，胰島素分泌降低。
　　低氧不僅升高血漿CRH，

7、也升高CORT水平。體外大鼠原代胰島實驗顯示，地塞米松（Dexamethasone，DEX）處理胰島，能抑制胰島素分泌，且不受5％ O2低氧的影響。魚藤酮誘導ATP生成不足時，DEX仍可抑制胰島素分泌，胰島素分泌量與DEX濃度成反比，與ATP水平成正比。DEX處理上調胰島Sgk1(Serum andglucocorticoid-inducible kinase1)mRNA的表達，下調Glut2（Glucose transporter2）

8、和Crhr1 mRNA的表達，這些作用不受低氧及ATP缺乏的影響。低氧下，糖皮質激素受體（Glucocorticoids receptor，GR）拮抗劑預處理可使降低的大鼠血糖、胰島素恢復至正常對照水平，胰島內升高的SGK1表達消失。由此，低氧激活的HPA軸，通過CORT激活胰島SGK1表達，導致胰島素分泌抑制，這是胰島素分泌被抑制的另一通路。
　　在人類，我們發(fā)現(xiàn)健康男性志愿者（19-23歲）快速到達海拔3，860米高原兩天后，

9、血氧飽和度降低、CRH上升、血漿胰島素水平不變。AMS組血糖升高、胰島素敏感性降低，而非AMS組血糖、胰島素敏感性沒有變化，低氧下血糖升高與AMS有一定關系。服用紅景天藥物，可能使血漿皮質醇水平下降。由此，不僅高原低氧增高的血漿CRH失去刺激胰島素分泌的作用，同時糖皮質激素缺乏，也撤除了抑制胰島分泌的作用。
　　綜上所述，低氧環(huán)境下，由于胰島糖代謝生成的ATP不足，導致CRH的促胰島素分泌作用因CRHR1信號通路cAMP/PKA減

10、弱，胞外鈣內流減少而消失;低氧還可激活CRH，升高血漿CORT，刺激胰島SGK1上調，抑制胰島素分泌。人類研究結果顯示，急性高原低氧暴露，升高血漿CRH水平，但不改變血漿胰島素水平;當患有AMS時，血糖水平升高和胰島素敏感性降低。本研究闡明了由于低氧下CRH促胰島素分泌作用的失活，以及CRH激活的糖皮質激素對胰島素分泌的抑制，導致低氧下胰島素分泌抑制的機制。揭示了CRH促胰島素分泌活性具有胰島O2濃度和ATP水平依賴性。提出了低氧調節(jié)胰