GDF11对2型糖尿病小鼠胰岛β细胞的保护作用及机制研究

摘要

2型糖尿病是一种年龄相关性疾病，随着病程进展，胰岛β细胞功能及含量逐渐衰减。研究发现生长分化因子11(GDF11)可以改善多种器官衰老表型及正向调控胰岛β细胞的分化成熟。但是，尚无关于GDF11对成年胰岛β细胞作用的文献报道。
　　目的：
　　本研究旨在明确GDF11对糖尿病小鼠胰岛β细胞功能及含量的影响及可能机制。
　　方法：
　　购买6周龄雄性SPF级C57BL/6小鼠，用高脂饮食联合链脲佐菌素(STZ)建立诱发性2型糖尿病小鼠模型（即HFD/STZ小鼠）。购买6周龄雄性SPF级db/db小鼠作为自发性2型糖尿病模型。本研究选择了诱发性和自发性2型糖尿病动物模型作为研究对象，通过外源性补充或中和循环中的GDF11水平，观察GDF11对小鼠胰岛β细胞的作用及机制。每周定期测定各组小鼠的摄食量、体重及空腹血糖。干预完成后，各组小鼠行腹腔葡萄糖耐量实验(IPGTT)，并测定基线及糖负荷30min的血浆胰岛素水平。实验结束时，ELISA检测血清生理生化水平;ELISA检测血清及胰腺内胰岛素、胰高血糖素水平;采用RT-PCR分析胰岛PDX-1、MafA、NKX6.1、Insulin2基因转录水平。取胰腺组织行HE染色及免疫荧光定量分析胰岛形态及细胞含量变化。Western blot检测胰岛相关蛋白表达水平。
　　结果：
　　研究结果显示，增加循环内GDF11水平对正常小鼠糖脂代谢无明显影响。但是，补充GDF11可显著降低两种糖尿病模型小鼠的空腹血糖、HbA1c及血脂水平，降低胰高血糖素浓度，改善糖耐量，同时明显增加空腹及糖负荷30min后的胰岛素水平，上调胰岛PDX-1、MafA、NKX6.1、Insulin2基因表达。另外， rGDF11和AAV-GDF11干预后可维持β细胞含量，降低β细胞凋亡率，但是对α细胞含量、β细胞大小及增殖率无明显影响。而且，补充GDF11可以增加胰腺内胰岛素含量，但对胰高血糖素含量无明显作用。另外，中和循环中GDF11对正常小鼠无明显作用，但可进一步加重糖尿病小鼠高血糖，损害糖耐量，抑制胰岛素分泌功能及升高β细胞凋亡率。机制方面，补充GDF11可显著增加P-Smad2表达水平，但对P-Smad3水平无明显作用。同时，补充GDF11可升高P-AKT及P-FoxO1表达水平，但对P-S6K1水平无明显影响。
　　结论：
　　综上所述，本研究首次证实GDF11可能通过激活TGF-β/Smad2及PI3K-AKT-FoxO1信号通路改善糖尿病小鼠糖脂代谢，抑制胰高血糖素的释放，保护胰岛β细胞功能，减少β细胞凋亡。然而，使用抗体中和血液中GDF11可诱导相反作用。GDF11可能在胰岛β细胞功能及含量中扮演重要角色，对探讨糖尿病的防治方法提供了新的思路。

目录

摘要

第一章 GDF11对2型糖尿病小鼠糖脂代谢及胰岛β细胞功能的影响

1．1 前言

1．2 实验器材及试剂

1．2．1 实验主要仪器

1．2．2 实验试剂

1．2．3 溶液配制

1．3 实验方法

1．3．1 实验动物饲养及模型建立

1．3．2 各组小鼠代谢水平测定

1．3．3 ELISA法测定血清胰岛素、胰高血糖素及HbA1c水平

1．3．4 检测血清TC、TG及FFA等水平

1．3．5 分离胰岛

1．3．6 Real-time PCR检测胰岛β细胞关键转录因子mRNA表达水平

1．4 统计分析

1．5 结果

1．5．1 GDF11预处理呈剂量依赖性方式改善HFD／STZ小鼠β细胞功能

1．5．2 GDF11改善糖尿病小鼠糖脂代谢

1．5．3 GDF11改善糖尿病小鼠糖耐量及胰岛素分泌功能

1．5．4 GDF11上调糖尿病小鼠胰岛的β细胞功能重要基因表达

1．6 讨论

1．7 结论

参考文献

第二章 GDF11对2型糖尿病小鼠胰岛形态及β细胞含量的影响

2．1 前言

2．2 实验器材及试剂

2．2．1 实验主要仪器

2．2．2 实验试剂

2．3 实验方法

2．3．1 实验动物饲养及模型建立

2．3．2 胰腺组织取材

2．3．3 HE染色

2．3．4 免疫荧光染色

2．3．5 ELISA检测胰岛内胰岛素及胰高血糖素含量

2．4 统计分析

2．5 结果

2．5．3 GDF11改善糖尿病小鼠胰岛β／α细胞含量及分布

2．5．4 GDF11减少糖尿病小鼠胰岛β细胞凋亡

2．5．5 GDF11提高糖尿病小鼠胰腺内胰岛素含量

2．6 讨论

2．7 结论

参考文献

第三章 GDF11对2型糖尿病小鼠胰岛β细胞作用的机制

3．1 前言

3．2 实验器材及试剂

3．2．1 实验主要仪器

3．2．2 实验试剂

3．2．3 溶液配制

3．3 实验方法

3．3．1 实验动物饲养及模型建立

3．3．2 分离胰岛

3．3．3 Western blot检测胰岛相关蛋白的表达

3．4 统计分析

3．5 结果

3．5．1 GDF11可激活胰岛TGF-β／Smad2信号通路

3．5．2 GDF11可激活胰岛PI3K-AKT-FoXO1信号通路

3．6 讨论

3．7 结论

参考文献

全文结论

综述 TGF-β超家族对胰岛β细胞稳态作用的研究进展

攻读学位期间成果

致谢

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