CNC-bZIP蛋白Nrf1调节胰岛β细胞葡萄糖刺激胰岛素分泌功能的研究

2型糖尿病是由遗传因素、环境因素和不良生活方式等共同作用而引发的代谢性疾病。目前，2型糖尿病已经成为全球性的公共卫生问题，其发病通常是胰岛素抵抗和胰岛β细胞功能障碍共同作用的结果，而胰岛β细胞胰岛素分泌功能障碍则是糖尿病发生的直接原因之一。转录因子CNC-bZIP蛋白Nrf1(Nuclear factor E2-related factor 1)在抗氧化、组织发育、蛋白酶体稳态、线粒体呼吸、细胞凋亡、炎症反应、脂质代谢和细胞分化等多种生理过程中发挥重要调节作用，但Nrf1在胰岛β细胞中的功能到目前为止尚无文献报道。中国医科大学公共卫生学院皮静波教授课题组与美国和日本相关专家合作，利用Nrf1基因稳定沉默MIN6细胞和β细胞特异性Nrf1敲除小鼠模型，证实了Nrf1在胰岛β细胞胰岛素分泌功能中发挥关键调节作用。研究发现，Nrf1在胰岛β细胞中的缺失导致糖尿病早期症状，即β细胞糖代谢紊乱，胰岛素分泌功能障碍，继发严重的高胰岛素血症和葡萄糖不耐受。进一步机制研究发现，Nrf1缺失导致胰岛β细胞内高亲和力的己糖激酶1（Hexokinase 1,HK1)和低亲和力的葡萄糖激酶（Glucokinase,GCK)表达失衡，进而出现糖代谢途径改变，即葡萄糖摄取增强和有氧糖酵解升高。本研究首次报道了Nrf1在胰岛β细胞糖代谢和胰岛素分泌功能中的关键调节作用，提示Nrf1可能是一个有价值的糖尿病预防和治疗的新靶点。

UCP2介导的线粒体逆向信号抑制肿瘤细胞增殖和肿瘤产生

肿瘤细胞在恶性的进程中会将能量产生途径从氧化磷酸化转变为糖酵解，即使在有氧条件下也是如此。这一过程又称瓦伯格效应，而翻转这一效应可能为肿瘤治疗提供一种新的广谱策略。本文的研究人员将立足点放在了肿瘤细胞中的解偶联蛋白2（UCP2）这一线粒体膜转运蛋白。与其他家族成员相似，UCP2具有经典的解偶联效应，能将线粒体呼吸与ATP产生这一过程解偶联。

一氧化碳释放分子-2对复苏后心功能的影响

目的 探讨一氧化碳释放分子-2(CORM-2)对大鼠复苏后心功能不全可能的保护机制.方法 建立致颤法建立大鼠心肺复苏模型,健康雄性SD大鼠随机(随机数字法)分为模型(Control)组、CORM-2组、无活性CORM-2(iCORM-2)组和假手术(Sham)组,复苏成功后分别静脉注射等体积(1 mL) 0.2％ DMSO溶液、50 μmol/kg CORM-2、50μmol/kg iCORM-2及0.2％DMSO溶液.复苏后12 h心脏彩超测量射血分数(EF)和心肌功能指数(MPI)评估心功能,Clark氧电极测定心肌线粒体呼吸,Western blot检测心肌胞浆及线粒体蛋白细胞色素c(cyt c)及caspase-3表达.组间比较采用方差分析.结果 与Control组比较,复苏后12 h CORM-2组EF增高,MPI降低,线粒体Ⅲ态呼吸速率、呼吸控制率(RCR)增高,胞质caspase-3及胞质/线粒体cyt c比例降低(P＜0.05).iCORM-2组上述指标与Control组比较,组间差异无统计学意义(P＞0.05).结论 CORM-2可能通过释放CO,抑制心肌线粒体途径细胞凋亡改善线粒体呼吸功能及复苏后心功能不全.

高血糖对2型糖尿病和线粒体呼吸的影响

糖尿病心脏收缩功能障碍与线粒体功能受损相关

Circulation杂志2014年6月13日在线发表的一项研究发现，糖尿病心衰患者左心房心肌线粒体呼吸减少，氧化应激增加，表明线粒体功能障碍在糖尿病心衰病理生理过程中扮演着一定的角色。无独有偶，心脏线粒体功能障碍和氧化损伤与肥胖之间也存在关联。但由于肥胖和高血糖之间存在重叠，上述研究无法严格意义上区分线粒体功能改变到底与肥胖相关还是与糖尿病相关，抑或只与胰岛素抵抗相关。

番茄红素对原代培养大鼠皮层神经细胞低糖无氧损伤的保护与线粒体作用分析

目的:考查番茄红素(lycopene)对原代培养大鼠皮层神经细胞低糖氧损伤的保护作用,并对其可能的线粒体作用进行分析.方法:原代培养大鼠皮层神经细胞于培养d7分为正常组、低糖无氧损伤组(95％N2/5％ CO2饱和的低糖DMEM培养基)、番茄红素低、中、高剂量组(10+7,10-6和10-5 mol·L-1).番茄红素在低糖氧损伤的同时加入培养液.观察细胞坏死与凋亡、ATP水平、线粒体总量、线粒体膜电位及线粒体呼吸功能.结果:番茄红素能明显减少低糖氧损伤导致的神经细胞坏死与凋亡,提高细胞内ATP水平和线粒体总量,提高线粒体膜电位水平,并明显改善线粒体呼吸功能.结论:番茄红素对原代培养大鼠皮层神经细胞低糖氧损伤具有明显保护作用,这一作用与其保护和改善线粒体呼吸功能和能量代谢密切相关.

低强度激光治疗对大鼠脑缺血引起的长期神经学损伤的作用

低强度激光治疗(LLLT)可以调节不同的生物学过程,比如可以增加线粒体呼吸、ATP合成、帮助伤口愈合以及增加骨骼、肌肉和血管发生.有实验证明,在左侧下行冠状动脉闭塞4～6周后,LLLT具有心脏保护作用,可以减少心肌梗死面积50%～70%.这是由于激光增加了完整的线粒体数量及ATP容量,可诱导热休克蛋白和过氧化氢酶的数量.同时也有实验证明LLLT参与神经系统中的生物调节过程,如对外周神经损伤的功能性恢复.

慢性肝炎的致肝癌机制

一、线粒体基因人们早就注意到,随着年龄的增长而癌症、老年病和生活习惯病的发病率亦见增高.在此类病症之际,脂质过氧化反应与核DNA氧化性损害等活性氧所致机体成分损害倍受瞩目.由体重比能量代谢速度愈高的动物其寿命愈短这一观点看来,可以理解越是线粒体呼吸活跃的物种,其组织的氧化性损害速度越大,其细胞的老化也越快.于细胞内耗费的氧约90%以上均为线粒体所利用,其中约1%经常变换为活性氧.

大气细颗粒物对SH-SY5Y细胞能量代谢的影响

[目的]研究大气细颗粒物(PM2.5)对人神经母细胞瘤(SH-SY5Y)细胞能量代谢的影响.[方法]用不同质量浓度(下称浓度)PM2.5(0、20、40、80、160、320 mg/L)染毒SH-SY5Y细胞24h,MTT法检测细胞存活率,丙二醛(MDA)试剂盒检测MDA的含量,XFp细胞能量代谢分析仪检测细胞线粒体呼吸功能及糖酵解功能.[结果] PM2.5各浓度组SH-SY5Y细胞存活率均低于对照组(均P＜0.05);80、160、320 mg/L PM2.5组细胞内MDA含量高于对照组(均P＜0.05).PM2.5各浓度组细胞基础耗氧率、ATP偶联的有氧呼吸速率低于对照组(P＜0.05),分别下降了13.8％、19.7％、25.1％、35.8％、45.2％和17.0％、21.9％、28.3％、39.2％、47.9％;40、80、160、320 mg/L PM2.5组细胞有氧呼吸大值较对照组下降了19.0％、24.2％、28.5％、40.7％(均P＜0.05).80、160、320 mg/L PM2.5组细胞糖酵解水平和糖酵解大值低于对照组(均P＜0.05),分别下降了15.9％、22.1％、26.1％和16.5％、19.6％、21.5％.SH-SY5Y细胞基础耗氧率、ATP偶联的有氧呼吸速率、质子漏耗氧速率、有氧呼吸大值、糖酵解水平及糖酵解大值与细胞存活率呈正相关(r在0.65～0.86之间,P＜0.01),与MDA值呈负相关(r为-0.53～-0.86,P＜0.05或P＜0.01).[结论] PM2.5可引起SH-SY5Y细胞的氧化损伤,降低细胞线粒体呼吸功能及糖酵解功能.

苯并[α]芘对人神经母细胞瘤细胞能量代谢的影响

[目的]研究苯并[α]芘(BaP)对人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞能量代谢的影响,进一步探讨BaP的神经毒性.[方法]不同浓度BaP染毒SH-SY5Y细胞24h,采用MTI法检测细胞活力;细胞丙二醛(MDA)测定试剂盒测定细胞内MDA含量;超氧化物歧化酶(SOD)分型测试盒测定细胞内锰(Mn)-SOD含量;Seahorse XFp细胞能量分析仪检测细胞耗氧率(OCR)及胞外酸化率(ECAR).[结果]随着BaP染毒浓度的增大,细胞活力明显下降(P趋势＜0.01);随着BaP染毒浓度的增大,细胞内MDA水平升高(P趋势＜O.01),Mn-SOD水平降低(P趋势＜0.01),1.0、10.0、100.0 μmol/LBaP组细胞内MDA含量明显高于对照组,Mn-SOD含量明显低于对照组(P＜0.05);随着BaP染毒浓度的增大,细胞的基础有氧呼吸、ATP偶联有氧呼吸速率、有氧呼吸大值、糖酵解水平、糖酵解大值及糖酵解储备值均呈下降趋势(P趋势＜0.01),各浓度组基础有氧呼吸、ATP偶联有氧呼吸速率明显低于对照组(P＜0.05);10.0、100.0 μmol/L BaP组有氧呼吸大值、有氧呼吸储备值、糖酵解水平、糖酵解大值及糖酵解储备值明显低于对照组(P＜0.05).不同浓度BaP处理组MTT光密度值及Mn-SOD含量与基础有氧呼吸、ATP偶联有氧呼吸速率、有氧呼吸大值、有氧呼吸储备值、糖酵解水平、糖酵解大值及糖酵解储备值均呈正相关(P＜0.05),细胞内MDA含量与各细胞生物能量参数均呈负相关(P＜0.05).[结论] BaP造成SH-SY5Y细胞氧化损伤,降低线粒体呼吸功能,较高浓度时损伤有氧呼吸储备能力及糖酵解功能.

丁酸钠对尿毒症大鼠脑组织线粒体呼吸功能的影响

目的:探讨丁酸钠对5/6肾切除诱导的尿毒症大鼠脑组织线粒体功能的影响.方法:雄性SD大鼠45只,随机分为假手术组、模型组、10 mg/kg氯沙坦钾组、低剂量丁酸钠组(0.4 g/kg)和高剂量丁酸钠组(0.8 g/kg),除假手术组外,其余各组大鼠行5/6肾切除手术.术后第7周开始给药,模型组每天水饲,高剂量丁酸钠组和低剂量丁酸钠组每天分别灌胃,共给药两周.第9周始处理大鼠,比色法测定血清肌酐、尿素氮,Clark 氧电极法测定线粒体呼吸功能、试剂盒测定线粒体琥珀酸脱氢酶(SDH)与细胞色素C氧化酶(CCO)活性;RT-PCR测定脑组织SDHB、COXII、Gadd45b.结果:与模型组相比较,丁酸钠组血清肌酐、尿素氮含量都有降低,SDH和CCO活性均有升高,脑组织线粒体呼吸控制率(RCR)提高,SDHB、COXII、Gadd45b的表达量均有不同程度的上升,且高剂量组结果优于低剂量组,差异有统计学意义(P＜0.01).结论:丁酸钠能增加尿毒症大鼠脑组织中与呼吸功能相关基因(SDHB、COXII)的表达,提高脑组织线粒体呼吸链关键酶SDH和CCO活性,改善脑组织线粒体呼吸功能.

树鼩脑局部血栓性缺血的扩布性抑制机制探讨

目的:观察树鼩血栓性脑缺血时,对侧神经元血小板活化因子(PAF)受体活化和神经元线粒体呼吸功能改变,探讨皮层扩布性抑制的可能机制.方法:采用光化学法诱导脑血栓形成,分别观察脑缺血对侧神经元超微结构、脑细胞膜PAF受体、单胺氧化酶(MAO)活性、单胺类递质含量以及神经元线粒体呼吸功能.结果:树鼩脑缺血时对侧皮层淤血,神经元线粒体肿胀;脑缺血4 h对侧神经元PAF受体亲和量降低,其变化以24 h为显著(P＜0.01);缺血区线粒体Ⅲ态呼吸速率、呼吸控制率(RCR)及氧化磷酸化效率(P/O)均明显降低;缺血对侧皮层的P/O降低(P＜0 05),Ⅲ态呼吸速率明显抑制(P＜0.01);伴随着对侧脑组织MAO活性的升高(P＜0.01),对侧皮层的去甲肾上腺素(NA)和5-羟色胺(5-HT)含量降低而5-羟吲哚乙酸(5-HIAA)含量明显升高(P＜0.01).结论:树鼩脑缺血时对侧皮层神经元PAF受体的活化以及MAO活性的增强可能在扩布性抑制的发生中具有重要作用.

缺血后适应心肌线粒体能量代谢研究

目的 研究缺血后适应心肌线粒体能量代谢特点.方法 以Langendorff离体心脏灌注系统构建缺血后适应大鼠模型,随机分为对照组,再灌注组和后适应组,每组16只.平衡20 min后,对照组灌注60 min;再灌注组停灌30 min,冉灌注30 min;后适应组停灌30 min之后,循环6次冉灌注10 s,停灌10 s,再灌注28 min.记录心率和冠状动脉流量.再灌注末取心肌,用高效液相色谱法测定高能磷酸化合物三磷腺苷、二磷腺苷和一磷腺苷含量;用差速离心法提取心肌线粒体,用氧电极法测定线粒体3态呼吸、4态呼吸和线粒体呼吸控制率.结果 与冉灌注组比较,后适应组明显提高冉灌注末的心率和冠状动脉流量,明显提高心肌内二磷腺苷和一磷腺苷含量,三磷腺苷在各组差异无统计学意义.线粒体3态呼吸和线粒体呼吸控制率改善.结论 心肌线粒体能虽代谢改善,是缺血后适应心肌保护的町能机制之一.

两种记忆障碍模型对脑组织过氧化及线粒体呼吸功能损伤的影响

目的:评估脑组织线粒体呼吸功能作为轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)药效学评价指标的可能性.方法:采用自然衰老(16月龄)大鼠和东莨菪碱所致记忆障碍大鼠进行morris水迷宫实验,以评估其宏观空间学习记忆损伤情况;检测两种模型动物脑组织SOD活性和MDA含量,并利用Clark氧电极法对其脑组织线粒体呼吸功能进行评价.结果:与正常成年动物相比,两种记忆障碍模型动物在水迷宫实验中表现为逃避潜伏期延长,穿越平台次数降低,以及在原平台所在象限游泳时间比例减少,脑组织SOD活性降低、MDA含量增高,线粒体Ⅲ态呼吸速率、RCR及P/O、OPR值均明显下降.结论:线粒体呼吸功能损伤可在早期自然衰老和东莨菪碱致记忆障碍大鼠模型脑组织中被检测,是一种较灵敏的检测指标,并可与脑组织过氧化和宏观空间学习记忆能力损伤等指标共同用于MCI的药效学研究.

降低恶性肿瘤生存环境中葡萄糖浓度的临床对策

约20％的恶性肿瘤患者伴有高血糖,在切除或缩小肿瘤负荷后,部分患者高血糖可得到缓解甚至恢复正常.荷瘤机体的应激反应与胰岛素抵抗关系密切,通常与肿瘤异位产生胰岛素的拮抗激素,机体/肿瘤组织产生炎性细胞因子影响胰岛素敏感性有关.长期高血糖状态致线粒体呼吸膜受损,糖酵解加强,为肿瘤细胞的增殖提供营养基.恶性肿瘤组织合成代谢所需能量(三磷酸腺苷,adenosine triphosphate,ATP),几乎全部来自糖酵解,肿瘤细胞活跃摄取葡萄糖,进行有氧糖酵解(Warburg效应),这种不经济能量供给方式是肿瘤细胞所必需的[1-3].