- реферат
- вступ
- результат
- Вплив таурину на метаболізм глюкози у щурів OLETF з довготривалим діабетом
- Вплив таурину на функцію бета-клітин та резистентність до інсуліну
- Вплив таурину на тканинні цілі секреції та дії інсуліну
- Вплив таурину на рівень ліпідів у сироватці крові та рівень адипокіну
- Вплив таурину на діабетичні судинні ускладнення
- обговорення
- методи
- Тварини та експериментальний дизайн
- Пероральний тест на толерантність до глюкози
- Тест на толерантність до інсуліну
- Лабораторний аналіз зразків крові
- гістопатологія
- Статистичний аналіз
- Додаткова інформація
- Файли PDF
- Додаткова інформація
- глосарій
реферат
Цукровий діабет 2 типу (T2DM) - це метаболічне захворювання, яке характеризується хронічною гіперглікемією та дисліпідемією, які пов’язані з широким спектром ускладнень, таких як ретинопатія, нефропатія, нейропатія та серцево-судинні патології (Hoogwerf et al., 2006). Хоча точні механізми, що сприяють ускладненню діабету, залишаються незрозумілими, нещодавно було висловлено припущення, що дисбаланс між токсичними метаболітами (наприклад, розвинені кінцеві продукти глікації, активація протеїнкінази С), окислювальним стресом та захисними ендогенними факторами (наприклад, інсулін, судинні судини). . ендотеліальний фактор росту, тромбоцитарні фактори росту та адипонектин) можуть відігравати роль у діабетичних ускладненнях (Jeong and King, 2011).
При T2DM гіперглікемія обумовлена резистентністю до інсуліну периферичних тканин та відносною недостатністю інсуліну (Шульман, 2000). Тим часом хронічна інсулінорезистентність підвищує рівень циркулюючих неестерифікованих («вільних») жирних кислот (НЕФА), які є ліпотоксичними для бета-клітин. Погіршення впливу NEFA на стимульовану глюкозою секрецію інсуліну (GSIS) та чутливість до інсуліну було продемонстровано у хворих на цукровий діабет, особливо у людей із ожирінням, схильних до T2DM (Leung et al., 2004). Індукована ліпідами резистентність до інсуліну та дисфункція бета-клітин можна пояснити кількома механізмами, включаючи посилений синтез ліпідних метаболітів (цераміди та діацилгліцериди) (Itani et al., 2002; Holland et al., 2007), хронічне запалення (Hotamisligil, 2006) ., Стресовий ендоплазматичний ретикулум (ER) (Ozcan et al., 2004) та окислювальний стрес (Evans et al., 2002). Крім того, підвищений рівень вільних жирних кислот, тригліцеридів (ТГ) та холестерину ліпопротеїдів низької щільності (ХС ЛПНЩ) та знижений рівень холестерину ліпопротеїнів високої щільності (ЛПВЩ) є атерогенними у пацієнтів із СД2.
У цьому дослідженні ми визначили, чи має таурин сприятливий вплив на метаболізм глюкози, ліпідний обмін та ускладнення діабету у довготривалих діабетичних щурів OLETF. Така знахідка свідчить про те, що добавки таурину можуть бути корисними для здоров’я пацієнтів із діабетом, які зараз лікуються, і навіть можуть допомогти запобігти ускладненню T2DM.
результат
Вплив таурину на метаболізм глюкози у щурів OLETF з довготривалим діабетом
Щоб перевірити, чи покращує таурин метаболізм глюкози та зменшує резистентність до інсуліну у щурів OLETF, які страждали на діабет більше 30 тижнів, дієту щурів OLETF доповнювали таурином (2%) протягом 12 тижнів, починаючи з 50-тижневого віку. Протягом цього періоду кров забирали щотижня з хвостової вени та вимірювали рівень глюкози в плазмі крові після нічного голодування. Глюкоза в плазмі крові була значно знижена у групі таурину (таурину) порівняно з групою, яка не отримувала добавки (контрольна група), хоча в певні моменти часу не було різниці між таурином та контрольною групою (рис. 1А). Особливо у віці 60 тижнів рівень глюкози становив> 300 мг/дл у контрольній групі та приблизно 200 мг/дл у групі таурину. Намагаючись пояснити різницю в рівнях глюкози, ми також виміряли споживання їжі та масу тіла. Однак споживання їжі суттєво не відрізнялося між двома групами (рис. 1В). Вага тіла також суттєво не відрізнявся (дані не наведені). Ці результати опосередковано свідчать про те, що зниження рівня глюкози в крові у групі таурину було результатом фізіологічних ефектів лише таурину, а не зменшення ваги або зменшення споживання їжі.
Вплив добавок таурину на метаболізм глюкози у щурів OLETF з довготривалим діабетом. Дієту, доповнену таурином (2%), годували щурами OLETF протягом 12 тижнів, починаючи з 50-тижневого віку. (А) Рівень глюкози в крові протягом 12-тижневого додаткового періоду. (B) Порівняння споживання їжі між таурином та контрольною групою. Дані виражаються як середнє значення ± стандартна похибка середнього значення (SEM). Відмінності між групами порівнювали за допомогою U-критерію Манна-Уітні. Відмінності вважали статистично значущими для P * P ** P
Вплив добавок таурину на пероральну толерантність до глюкози (OGTT) та гликированний гемоглобін (HbA1c) на щурах OLETF. (А) ОГТТ проводили через 0, 6 та 12 тижнів після початку тауринової дієти. (B) Рівні HbA1c. Дані виражаються як середнє значення ± стандартна похибка середнього значення (SEM). Відмінності між групами порівнювали за допомогою U-критерію Манна-Уітні. Відмінності вважали статистично значущими для P * P
Вплив добавок таурину на резистентність до інсуліну (HOMA-IR) та функцію бета-клітин (HOMA-P) у щурів OLETF. (A) Рівень глюкози та інсуліну через 0, 6 та 12 тижнів після початку дієти з добавками таурину. (B) Порівняння HOMA-IR та HOMA-P між таурином та контрольною групою. (C) Порівняння тесту на толерантність до інсуліну (ITT) між двома групами. Відмінності між групами порівнювали за допомогою U-критерію Манна-Уітні. Відмінності вважали статистично значущими для P * P
Вплив добавок таурину на цілі секреції інсуліну та вплив на щурів OLETF. (А) Тканину підшлункової залози фарбували H&E (верхня панель) та антиінсуліновим антитілом (нижня панель) (збільшення: фарбування H&E, 40x; імунозабарвлення, 10x). (B) Жирові тканини, тканини печінки та м’язів фарбували H&E після 12 тижнів приєднання до тауринової дієти (фарбування H&E, збільшення у 100 разів).
Повнорозмірне зображення
Інсулінорезистентність у печінці, м’язах та жировій тканині також характеризується при T2DM. Грубі морфологічні зміни в жировій, печінковій та м’язовій тканинах оцінювали гістопатологічно (рис. 4В). У цих тканинах специфічних відмінностей між тканинами таурину та контрольної групи не спостерігалося. Тканина печінки демонструвала нормальну архітектуру з трохи збільшеною площею порталу та перипортальним та перисинусоїдним фіброзом порівняно з контрольною групою LETO. Зміни жиру та ядерної вакуолізації не спостерігалося.
Вплив таурину на рівень ліпідів у сироватці крові та рівень адипокіну
Щоб дослідити, чи може дієта з добавкою таурину покращити метаболізм ліпідів у діабетичних щурів, рівень ТГ, ТС, ЛПВЩ і ЛПНЩ натще аналізували під час жертвоприношення (після того, як щурів годували тауриновою дієтою протягом 12 тижнів) ). Рівні TG, TC, HDL-C та LDL-C у сироватці крові були значно знижені у групі таурину порівняно з контрольною групою (рис. 5А). Крім того, такі адипокіни, як адипонектин і лептин, є важливими факторами, що впливають на метаболізм глюкози та ліпідів. Тому ми також дослідили, чи може добавка таурину впливати на адипонектин або сироватковий лептин у діабетичних щурів OLETF (Малюнок 5B). Добавки таурину не впливали на сироватковий адипонектин; однак сироватковий лептин був значно знижений у щурів OLETF у групі таурину порівняно з контрольною групою.
Вплив добавок таурину на рівень ліпідів та адипокінів у сироватці крові у щурів OLETF. (A) Рівні тригліцеридів (TG), холестерину, холестерину ліпопротеїдів високої щільності (HDL-C) та холестерину ліпопротеїдів низької щільності (LDL-C). (B) Рівні адипонектину та лептину в сироватці крові у щурів OLETF після 12 тижнів дотримання тауринової дієти. Відмінності між групами порівнювали за допомогою U-критерію Манна-Уітні. Відмінності вважали статистично значущими для P * P ** P
Вплив добавок таурину на різні тканини, на які негативно впливав діабет. Тканини серця, аорти та нирок фарбували на H&E, а ступінь пошкодження тканин порівнювали між щурами LETO та OLETF після 12 тижнів адгезії на тауриновій дієті (фарбування H&E; збільшення: 200x для нирок, 100x для серця та аорти) . ).
Повнорозмірне зображення
обговорення
У цьому дослідженні 12 тижнів прийому таурину значно покращили чутливість до інсуліну та знизили рівень глюкози та ліпідів у сироватці крові у діабетичних щурів OLETF, яким було 50 тижнів на початку прийому добавок. Однак зниження рівня глюкози та ліпідів у сироватці крові, індуковане таурином, не полегшило діабетичні ускладнення, спричинені гіперглікемією, яка тривала щонайменше 30 тижнів. Ці результати свідчать про те, що, хоча добавки таурину змогли полегшити гіперглікемію та дисліпідемію, було занадто пізно повернути назад діабетичну нефропатію. Крім того, 12 тижнів прийому таурину було недостатньо часу для затримки прогресування ускладнень. Більшість досліджень впливу таурину на діабет проводили на моделях тварин типу 1, викликаних стрептозотоцином, або на ранніх стадіях моделей тварин на Т2DM. Результати цього дослідження свідчать про те, що добавки таурину можуть бути важливою користю для здоров’я пацієнтів з діабетом.
Для подальшого з’ясування фізіологічних механізмів, за допомогою яких таурин надає терапевтичний вплив на рівень глюкози та ліпідів, ми досліджували рівні адипонектину та лептину в сироватці крові у діабетичних щурів, оскільки адіпокіни беруть участь в енергетичному гомеостазі та регуляції обміну глюкози та ліпідів, імунітету, нейроендокринної функції, та серцево-судинної функції. Їх фізіологічні функції були добре описані в попередньому звіті (Gulcelik et al., 2009). Зокрема, вважається, що адипонектин має сенсибілізуючу, протизапальну та антиатерогенну дію на інсулін. Дія адипонектину на придушення глюконеогенезу та збільшення окислення ліпідів пов'язана з активацією аденозинмонофосфат-активованої протеїнкінази (AMPK) та інгібуванням ацетил-КоА карбоксилази (АСС) у печінці та м'язах (Yamauchi et al., 2002). Адипонектин збільшує спалювання жирних кислот та споживання енергії (і зменшує вміст тригліцеридів у тканинах) у м’язах та печінці. За допомогою цих механізмів адипонектин сприяє покращенню індукованої інсуліном передачі сигналу, а отже, і покращенню чутливості до інсуліну (Yamauchi et al., 2001).
Лептин - це гормон, отриманий з жиру, який бере участь в метаболізмі апетиту та енергії. Також було показано, що лептин пов’язаний з інсулінорезистентністю та запальними факторами. У T2DM, як стверджується, резистентність до інсуліну асоціюється з підвищеним рівнем лептину, незалежно від маси тіла (Segal et al., 1996). У цьому дослідженні рівень адипонектину не змінювався; однак рівень лептину був значно знижений у групі таурину. Отже, зниження рівня ліпідів та глюкози в сироватці крові не асоціювалось із будь-якою зміною рівня адипонектину. Ми припускаємо, що зниження лептину може сприяти поліпшенню чутливості до інсуліну в групі таурину. У багатьох випадках лептин значно знижувався після схуднення (Masquio et al., 2012). Однак у цьому дослідженні маса тіла та маса епідидимального жиру суттєво не відрізнялися між таурином та контрольною групою. Це дослідження є першим, щоб оцінити вплив таурину на рівень лептину, і будуть потрібні подальші дослідження для з’ясування можливого впливу таурину на передачу сигналів лептину в жировій тканині.
Щоб пояснити механізми зниження рівня ліпідів у сироватці крові у групі таурину, ми дослідили експресію генів AMPK, АСС, стеароїл-КоА-десатурази 1, гідроксиметилглутарил-КоА-редуктази та синтази жирних кислот, усі вони беруть участь у ліпогенезі. у тканинах печінки методом RT-PCR та вестерн-блот (дані не наведені) (Kim et al., 2009). Ми не спостерігали послідовних і суттєвих змін у тауринової індукції експресії генів. Накая та ін. показали подібні дані (Nakaya et al., 2000). Після лікування таурином вони виявили нижчий рівень холестерину та тригліцеридів, але не мали рівня ЛПНЩ або ЛПВЩ. Вони припустили, що таурин збільшує секрецію холестерину до жовчної кислоти. Муракамі та ін. вони також показали знижений таурином холестерин за рахунок підвищення активності 7-альфа-монооксигенази холестерину, обмежуючого швидкість ферменту в синтезі жовчних кислот та стимулюючого вироблення жовчних кислот (Murakami et al., 1996). Отже, таурин може зменшити катаболізм холестерину, а не синтез холестерину. Введення таурину запобігало жировій печінці через пошкодження клітин, залежних від Купфера (Bruns et al., 2011), та зменшення стеатозу печінки у щурів (Chen et al., 2009).
У цьому дослідженні таурин покращував гіперглікемію та дисліпідемію, покращуючи резистентність до інсуліну та зменшуючи секрецію лептину у щурів OLETF з довготривалим діабетом. Хоча діабетична нефропатія та атеросклероз не були змінені добавками таурину у довготривалих хворих на цукровий діабет, таурин може надавати метаболічно сприятливий вплив на хворих на цукровий діабет. Потрібні подальші дослідження, щоб визначити, чи має лікування таурином такий позитивний вплив на діабет у людей, як це продемонстровано на цій тваринній моделі.
методи
Тварини та експериментальний дизайн
Пероральний тест на толерантність до глюкози
Щури пройшли пероральний тест на толерантність до глюкози (OGTT) після нічного голодування. Щурам давали розчин глюкози (2,0 г/кг, перорально). Для вимірювання глюкози та інсуліну відбирали проби крові з хвостової вени через 0 хвилин (безпосередньо перед пероральним введенням глюкози) та через 30, 60 та 120 хвилин після наповнення глюкозою.
Тест на толерантність до інсуліну
Тест на толерантність до інсуліну проводили після нічного голодування. Після вимірювання глюкози натще глюкометром внутрішньочеревно вводили людський звичайний інсулін (0,1 ОД/кг, Lilly). Глюкозу в крові вимірювали через 0, 3, 6, 9, 12, 15, 30 хвилин після внутрішньовенного введення нормального інсуліну. Постійну швидкості для ITT (KITT) розраховували за формулою KITT (%/хв) = 0,693/т 1/2 × 100, де t 1/2 розраховували з нахилу концентрації глюкози між 3 та 15 хвилинами після інсуліну ін'єкція.
Лабораторний аналіз зразків крові
Оцінку моделі гомеостазу використовували для оцінки функції базальних бета-клітин (HOMA-P) та резистентності до інсуліну (HOMA-IR). Для розрахунку функції бета-клітин та резистентності до інсуліну використовували наступні рівняння: HOMA-β = 20 × інсулін у плазмі натще (мкУ/мл)/[глюкоза в плазмі натще (ммоль/л) -3,5], HOMA-IR = [плазмове голодування натще інсулін (од/мл) × глюкоза в плазмі натще (ммоль/л)]/22, 5.
гістопатологія
Жирову, серцеву, печінкову, підшлункову, м’язову, аортальну та ниркову тканини отримували від кожного щура. Тканини від кожної групи щурів досліджували гістологічно. Тканини фіксували 10% забуференним формаліном, а зрізи, вбудовані в парафін, фарбували гематоксиліном та еозином (H&E). Для чіткої візуалізації бета-клітин підшлункової залози, кровоносних судин та колагену також були укомплектовані інсулін, перйодат-кислота Шиффа, петенамін срібло та трихром Массона.
Статистичний аналіз
Експериментальні дані виражаються як середнє значення ± стандартна похибка середнього значення (SEM). Відмінності між групами порівнювали за допомогою критерію Манна-Уітні. Призма проти програмного забезпечення використовувалося для статистичного аналізу та графіків. 4 (програмне забезпечення Graphpad, Сан-Дієго, Каліфорнія). Відмінності вважали статистично значущими для Р АСС
аденозинмонофосфат-активована протеїнкіназа
стимульована глюкозою секреція інсуліну
холестерин ліпопротеїдів високої щільності
гематоксилін та еозин
холестерин ліпопротеїдів низької щільності
Лонг-Еванс Токусіма Оцука
Оцука Лонг-Еванс Токусіма Товстий
цукровий діабет 2 типу
Додаткова інформація додається до статті на веб-сайті експериментальної та молекулярної медицини