硫化氫對胰島素抵抗的作用及其機制.pdf

1、硫化氫(H2S)是一種無色有臭雞蛋味的氣體，大量吸入會導致中毒。然而，很多種哺乳動物細胞自身能產生H2S，在正常大鼠的血液中H2S濃度達到46μmol/L。體內的H2S主要通過含硫氨基酸的代謝產生，胱硫醚-β-合酶(cystathionineβ-synthase，CBS)和胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionineγ-lyase,CSE)是兩個能分解L-半胱氨酸產生硫化氫的酶。
　　內源性H2S已被證實與心血管系統(tǒng)、神經系統(tǒng)、

2、胃潰瘍和感染等的發(fā)病相關，最近的研究提示H2S與糖尿病有一定的相關性。研究發(fā)現(xiàn)，在STZ誘導的糖尿病大鼠中，胰腺中內源性H2S的產量顯著增加。但也有文獻報道非肥胖糖尿病小鼠(NOD)體內H2S的生物合成隨著病情進展而逐漸減少。最新研究提示H2S可以通過開放ATP敏感的鉀離子(KATP)通道影響胰島素的釋放。但到目前為止，還沒有文獻證實H2S是否對葡萄糖代謝以及胰島素抵抗有影響。
　　胰島素抵抗是2型糖尿病重要的病理生理特征，主要表

3、現(xiàn)為胰島素的靶組織（肝臟、肌肉、脂肪組織）對胰島素敏感性及反應性降低。胰島素抵抗是糖尿病及其并發(fā)癥發(fā)病的中心環(huán)節(jié)，因而，改善胰島素抵抗具有重要的臨床意義。目前已經有報道H2S可能參與糖尿病的病理過程，那么H2S是否對胰島素抵抗有影響呢？我們通過研究H2S與胰島素抵抗的關系可以更全面的了解這個新型氣體信號分子。
　　本課題選用L6骨骼肌細胞和3T3-L1脂肪細胞進行相關研究。MTT結果表明高濃度(500-1000μmol/L)的H2

4、S供體硫氫化鈉(NaHS)使細胞活力顯著下降，而低濃度(10-200μmol/L)則對細胞活力沒有影響，說明高濃度的H2S可能存在細胞毒性。所以在之后的葡萄糖消耗和葡萄糖攝取實驗中NaHS給藥濃度都在此范圍內(≤200μmol/L)。
　　我們選用葡萄糖消耗和葡萄糖攝取的方法來評價細胞對葡萄糖的攝取和利用能力。葡萄糖消耗結果顯示，對于脂肪細胞和骨骼肌細胞，低濃度(10-100μmol/L)的H2S供體硫氫化鈉(NaHS)可以在胰島

5、素刺激下增加培養(yǎng)基中葡萄糖的消耗，但對于基礎狀態(tài)的葡萄糖消耗沒有影響。葡萄糖攝取實驗可以準確的評價細胞對胰島素的敏感性。為了全面了解H2S對正常和病理狀態(tài)下脂肪細胞和骨骼肌細胞的葡萄糖攝取，我們參照文獻中的方法建立了胰島素抵抗細胞模型（IR模型）。我們檢測了H2S對正常細胞和胰島素抵抗模型細胞(IR模型)中基礎狀態(tài)和胰島素刺激情況下的葡萄糖攝取的作用。結果表明，低濃度(10-100μmol/L)的H2S供體硫氫化鈉(NaHS)可以顯著提

6、高骨骼肌細胞和脂肪細胞在胰島素刺激作用下的葡萄糖攝取，且這種作用在正常細胞和IR模型細胞中都存在。說明H2S可以在一定劑量范圍內增加這兩種細胞的葡萄糖攝取，且這種作用依賴于胰島素的存在。
　　在此基礎上，我們進一步探討了H2S促進葡萄糖攝取的機制。葡萄糖攝取實驗結果表明H2S只有在胰島素刺激下才能增加兩種細胞的葡萄糖攝取，提示H2S的作用可能與胰島素的信號通路有關。我們檢測了H2S對胰島素信號通路關鍵蛋白的磷酸化的影響。Weste

7、rn blot方法顯示H2S能促進胰島素信號轉導通路的胰島素受體、PI3K、Akt的磷酸化，并具有時間和濃度依賴性。預先給予骨骼肌細胞和脂肪細胞PI3K的阻斷劑LY294002后，H2S在胰島素刺激下的促進葡萄糖攝取的效應被完全阻斷。說明H2S增加葡糖攝取的作用可能通過IR/PI3K/Akt通路。對于另外兩條通路中的關鍵蛋白，Cb1、ERK、P38和JNK，H2S未能促進其磷酸化。
　　胰島素受體信號通路轉導促使葡萄糖轉運蛋白4(

8、glucose transporter，GLUT4)從細胞漿內轉位至細胞膜，將葡萄糖從胞外攝入細胞內，協(xié)助維持機體血糖的穩(wěn)定。可見，GLUT4在葡萄糖的轉運和攝取中起著很關鍵的作用。H2S可以增加IR/PI3K/Akt通路的信號轉導，那么H2S是否可以影響GLUT4的表達及轉位呢？我們發(fā)現(xiàn)H2S確實可以增加胰島素刺激引起的GLUT4的轉位，但對其表達沒有影響。
　　最后，在整體水平觀察H2S對2型糖尿病GK大鼠體內胰島素抵抗的影響

9、。不同濃度NaHS(30，60以及120μmol/kg/d)通過腹腔注射給藥，持續(xù)8周。我們發(fā)現(xiàn)低劑量NaHS(30μmol·kg-1·d-1)可以改善GK大鼠的胰島素抵抗，降低空腹血糖(FBG)，增加葡萄糖耐量和胰島素敏感性。而高劑量NaHS(120μmol·kg-1·d-1)給藥后則加重了GK大鼠的胰島素抵抗，空腹血糖升高，葡萄糖耐量降低。與文獻報導不同的是，NaHS對GK大鼠的胰島素分泌沒有影響。以上結果說明H2S在不同劑量時對于