楊琪,董佳萍,謝琳琳,王鶴霖,劉殊凡,遲曉星,2*
(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江大慶 163319)(2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)國家雜糧工程技術(shù)研究中心,黑龍江省農(nóng)產(chǎn)品加工工程技術(shù)研究中心,黑龍江大慶 163319)
多囊卵巢綜合征(Polycysticovarysyndrome,PCOS)是一種異質(zhì)性綜合征[1,2],是生育期女性最常見的內(nèi)分泌代謝紊亂。胰島素抵抗(Insulin Resistance,IR)是指細(xì)胞、組織和器官等對(duì)胰島素的敏感性下降,對(duì)葡萄糖的吸收代謝能力降低,代償性的刺激胰島β細(xì)胞分泌更多的胰島素以維持體內(nèi)葡萄糖水平,它與心血管疾病、糖尿病和代謝綜合征有密切關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)50%~70%的PCOS患者存在胰島素抵抗現(xiàn)象,而且其中有40%以上會(huì)發(fā)展成為葡萄糖耐受紊亂甚至?xí)l(fā)展成Ⅱ型糖尿病[3],但是目前胰島素抵抗發(fā)生的具體過程和確切機(jī)制仍不完全清楚。最近發(fā)現(xiàn)許多因子如脂聯(lián)素(Adiponectin,APN)、內(nèi)脂素等,與PCOS的病理和IR的發(fā)生緊密相關(guān),還有一些蛋白質(zhì)如抵抗素、視黃醇結(jié)合蛋白-4(Retinol-Binding Protein 4,RBP4),已經(jīng)成為評(píng)價(jià)PCOS-IR的新標(biāo)記物,但是它們的具體作用機(jī)制仍然存在爭(zhēng)議,其中APN和RBP4是影響PCOS女性代謝紊亂的最主要因子[4,5]。脂聯(lián)素在哺乳動(dòng)物體內(nèi)是一種來源于脂肪的因子[6],在體內(nèi)以多聚體形式存在,包含低、中、高分子量脂聯(lián)素(HMW)[7],其可以通過增強(qiáng)棕色脂肪的活性,來改善胰島素抵抗從而參與調(diào)控POCS[8,9]。研究[10]發(fā)現(xiàn),脂聯(lián)素也可以通過調(diào)控糖脂代謝參與代謝過程,發(fā)揮有益作用。最近研究[11,12]發(fā)現(xiàn)RBP4也是由脂肪細(xì)胞分泌的一種蛋白質(zhì),RBP4水平的升高已經(jīng)被證明與嚙齒類動(dòng)物的肥胖和胰島素抵抗相關(guān),但是具體的生理功能尚未完全明確。APN與RBP4這兩種脂肪細(xì)胞因子間存在何種關(guān)系,目前研究尚少。
金雀異黃素(Genistein,Gen)是大豆異黃酮的主要活性成分,其分子結(jié)構(gòu)與人體自身雌激素相同。Gen進(jìn)入身體后,可與雌激素受體結(jié)合,進(jìn)而發(fā)揮雌激素的作用,所以Gen被認(rèn)為是雌激素的天然替代品。相關(guān)文獻(xiàn)[13,14]報(bào)道大豆異黃酮(包括Gen和大豆黃素)可改善高糖血癥與高胰島素血癥,具有抗氧化、抗炎、改善血糖血脂等多種生理功能[15,16]。目前,金雀異黃素對(duì)多囊卵巢綜合征并發(fā)胰島素抵抗大鼠胰島素抵抗改善作用的報(bào)道較少。因此,本實(shí)驗(yàn)研究金雀異黃素對(duì)脫氫表雄酮(Dehydroepiandrosterone,DHEA)和人絨毛膜促性腺激素(Human Chorionic Gonadotropin,HCG)結(jié)合高脂飼料誘導(dǎo)建立的PCOS-IR大鼠胰島素抵抗的改善作用,并研究其具體調(diào)節(jié)機(jī)制,旨在為PCOS-IR的發(fā)病機(jī)制研究提供新思路,為治療提供新的藥物靶點(diǎn)。
金雀異黃素(純度99.99%),上海融合有限公司;去氫表雄酮、二甲雙胍,上海麥克林生化科技有限公司;注射用大豆油,浙江山雨田有限公司;人絨毛膜促性腺激素,深圳海思安生物技術(shù)有限公司;花生油,山東魯花集團(tuán)有限公司;HE染液,南京建成生物技術(shù)有限公司;胰島素(Insulin,INS)、APN、含pH域銜接因子蛋白(Adaptor Protein,Phosphotyros Ineinteraction,PH Domain and Leucine Zipper Containing 1,APPL1)、RBP4、磷酸烯醇丙酮酸羧基激酶(Phosphoenolpyruvate Carboxykinase,PEPCK)、檢測(cè)試劑盒,南京建成生物工程研究所;動(dòng)物組織總RNA提取試劑盒、反轉(zhuǎn)錄試劑、實(shí)時(shí)定量PCR試劑,碧云天生物技術(shù)有限公司;引物由上海生工生物工程有限公司合成;APPL1抗體、RBP4抗體、PEPCK抗體、AMP依賴蛋白激酶(AMP-Activated Protein Kinase,AMPK)抗體、磷酸化AMP依賴蛋白激酶(p-AMP-Activated Protein Kinase,p-AMPK)抗體,β-actin抗體,正能生物有限公司。
SPF級(jí)22日齡雌性SD大鼠(體質(zhì)量180~220 g),購買于遼寧長(zhǎng)生生物技術(shù)股份有限公司,許可證號(hào):SCXK(遼)2020-0001。高脂飼料由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院自制,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:78.8%普通飼料、10.0%豬油、10.0%蛋黃粉、0.2%膽酸鈉、1.0%膽固醇;配料購自河南萬邦化工科技有限公司。本實(shí)驗(yàn)遵循黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動(dòng)物倫理委員會(huì)原則。
GA3型血糖儀,三諾生物傳感股份有限公司;酶標(biāo)儀,中國Mindrary邁瑞醫(yī)療公司;實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀、PCR擴(kuò)增儀、ChemiDoc XRS+化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng),美國Bio-Rad公司。
1.3.1 造模方法
參考Wang等[17]確立PCOS-IR大鼠模型方法:60只22日齡雌性Sprague Dawley(SD)大鼠按體質(zhì)量隨機(jī)分為對(duì)照組(10只)和PCOS-IR造模組(50只),造模組大鼠每日皮下注射DHEA 6 mg/100 g(以體質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì))和0.2 mL注射用大豆油,腹部皮下注射1.5 U HCG,每日一次,共42 d。同時(shí),模型組的大鼠喂飼高脂飼料,誘導(dǎo)PCOS-IR模型。對(duì)照組大鼠皮下注射相同體積的注射用油、生理鹽水和正常飲食。給藥并高脂飲食后的第33天開始,大鼠陰道涂片確立PCOS模型的建立,通過陰道涂片檢查顯示PCOS大鼠沒有性周期(即一直處于動(dòng)情間期),表明沒有排卵。第42天,大鼠尾部取血測(cè)定空腹血糖值和胰島素抵抗的穩(wěn)態(tài)模型評(píng)估(HOMA-IR)指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。HOMA-IR≥1.66用于確定IR大鼠的依據(jù)。
1.3.2 分組及給藥
60只22日齡雌性SD大鼠按質(zhì)量隨機(jī)分為對(duì)照組(10只)和PCOS-IR造模組(50只),造模成功的大鼠分成模型組、Gen-低、中、高劑量組、二甲雙胍組,每組8只。造模結(jié)束后,對(duì)照組和模型組不加Gen治療,給予等體積花生油;各Gen劑量組分別給予Gen(溶于花生油)10、20、30 mg/(kg·d),陽性對(duì)照組給予二甲雙胍200 mg/(kg·d),每日一次,連續(xù)21 d。
1.3.3 指標(biāo)檢測(cè)
1.3.3.1 大鼠陰道涂片方法
將待檢測(cè)大鼠放到操作臺(tái)上,清理身上墊料雜物,安撫至大鼠情緒穩(wěn)定不反抗,用拇指和食指捏住尾巴,其余三指輕輕壓住后腰和背部,然后翻起尾巴露出陰道口,將糞便清理干凈,用蘸有少量生理鹽水的棉簽在大鼠陰輕輕道涂抹數(shù)次,涂片[18],并用HE染液染色,顯微鏡觀察。
1.3.3.2 血清指標(biāo)測(cè)定
末次給藥后,禁食禁水12 h,血糖儀測(cè)定大鼠空腹血糖值,試驗(yàn)結(jié)束后用乙醚對(duì)大鼠進(jìn)行麻醉,腹主動(dòng)脈取血,室溫靜置,以2000 r/min離心10 min,取血清,ELISA法檢測(cè)定各組血清INS、APN、APPL1、PEPCK、RBP4表達(dá)水平。
1.3.3.3 RT-PCR檢測(cè)卵巢組織內(nèi)mRNA檢測(cè)
8月17日,筆者走進(jìn)馮新云的樓房,她正在給母親按摩,她說,母親把她養(yǎng)大不容易,現(xiàn)在是報(bào)答母親的時(shí)候了,她要為母親撐起一片藍(lán)天。
按照動(dòng)物組織RNA提取試劑盒說明書提取大鼠卵巢中RNA,測(cè)定RNA濃度,按照反轉(zhuǎn)錄試劑盒說明書將RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA,再以cDNA為模板進(jìn)行熒光定量PCR分析。引物序列見表1。
1.3.3.4 Western blot檢測(cè)卵巢組織內(nèi)蛋白檢測(cè)
各組大鼠卵巢組織按照每30 mg組織樣本加入250 μL體積的NP-40裂解液,裂解30 min,每間隔10 min渦旋振蕩10 s使裂解更充分;裂解完成后,12 000 r/min離心10 min,然后取上清液,BCA法測(cè)定蛋白濃度。配制凝膠及電泳液,電泳后轉(zhuǎn)膜至PVDF膜,5%脫脂奶粉封閉1 h,加入APPL1、RBP4、PEPCK、AMPK、p-AMPK一抗(均按1:500稀釋),4 ℃孵育過夜,TBST洗滌5次,加入相應(yīng)二抗(1:1 000),37 ℃孵育1 h,TBST洗滌5次,滴加ECL化學(xué)發(fā)光液顯影,凝膠成像系統(tǒng)進(jìn)行分析,計(jì)算目的蛋白相對(duì)表達(dá)量。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0分析,結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,組間比較采用ANOVA單因素分析,p≤0.05為差異性顯著,p≤0.01為差異性極顯著。
表1 引物序列Table 1 Primer sequence
2.1.1 造模后大鼠動(dòng)情周期
大鼠動(dòng)情周期觀察如圖1所示,動(dòng)情前期(圖1a),相當(dāng)于人體月經(jīng)周期的卵泡早期,此期主要存在膨大橢圓、有核的上皮細(xì)胞,也有少量角化細(xì)胞或白細(xì)胞;動(dòng)情期(圖1b)相當(dāng)于人體月經(jīng)周期的排卵期,多見大量不規(guī)則、無核角化鱗狀上皮細(xì)胞,呈樹葉堆積狀;動(dòng)情后期(圖1c)相當(dāng)于人體月經(jīng)周期的黃體期,會(huì)有白細(xì)胞、角化細(xì)胞和有核上皮細(xì)胞三種細(xì)胞形態(tài),且三種細(xì)胞數(shù)量相當(dāng);動(dòng)情間期(圖1d)相當(dāng)于人體月經(jīng)周期的黃體后期,以白細(xì)胞為主,也可見少量上皮細(xì)胞。造模后,和對(duì)照組大鼠相比,PCOS大鼠連續(xù)處于動(dòng)情間期(圖1d)10 d,表明沒有排卵,動(dòng)情周期紊亂,而且PCOS大鼠形態(tài)肥胖,毛發(fā)濃密、體質(zhì)量明顯增加。上述結(jié)果表明PCOS大鼠建模成功。
圖1 大鼠動(dòng)情期Fig.1 Estrous period of rats
2.1.2 造模后各組大鼠胰島素抵抗指數(shù)
圖2 造模后各組大鼠胰島素抵抗指數(shù)Fig.2 Insulin resistance index of rats in each group
2.2.1 Gen對(duì)大鼠體質(zhì)量的影響
灌胃期間各組大鼠體質(zhì)量變化如圖所示,第7天各組大鼠體質(zhì)量與第0天相比變化都為上升趨勢(shì),其中對(duì)照組和模型組體質(zhì)量增長(zhǎng)20~25 g,其他劑量組和二甲雙胍組增加量較??;到第14天,對(duì)照組和模型組仍然處于上升趨勢(shì),但各劑量組和二甲雙胍組有下降趨勢(shì),其中Gen-低劑量組下降25 g;經(jīng)過21 d灌胃后,模型組體質(zhì)量顯著高于對(duì)照組62.17 g,與模型組相比,各劑量組體質(zhì)量顯著降低,其中Gen-低、中劑量組分別降低14.72%和12.51%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Gen可有效減輕PCOS大鼠體質(zhì)量。
圖3 灌胃期間各組大鼠體質(zhì)量Fig.3 Body weight of rats in each group during gavage
2.2.2 Gen對(duì)大鼠血糖指標(biāo)的影響
表2 各組大鼠空腹血糖、胰島素及胰島素抵抗指數(shù)Table 2 FBG, Fins and HOMA-IR of rats in each group
各由表2可知,與對(duì)照組相比,模型組大鼠血清中FBG顯著上升25.46%(p<0.01),F(xiàn)ins含量和HOMA-IR指數(shù)分別顯著增加1.95倍和2.71倍(p<0.01),經(jīng)過Gen灌胃21 d后各劑量組血糖值比模型組顯著下降(p<0.05),其中Gen-中劑量組降低了13.95%(p<0.05);Gen各劑量組空腹胰島素與模型組相比有所下降,其中Gen-中、高劑量組分別降低45.80%、51.80%(p<0.01);與模型組相比,Gen各劑量組胰島素抵抗指數(shù)顯著下降(p<0.01),其中Gen-高劑量組降低了57.20%。文獻(xiàn)[19,20]報(bào)道,大豆異黃酮可有效防止糖尿病大鼠的氧化應(yīng)激反應(yīng)。Jayagopal等[21]給32例Ⅱ型糖尿病絕經(jīng)后婦女飲食中添加12周植物雌激素(異黃酮132 mg/d),也發(fā)現(xiàn)植物雌激素可顯著降低空腹血糖、空腹胰島素水平,改善IR。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)不同劑量Gen可以降低PCOS-IR大鼠的空腹血糖值、空腹胰島素及胰島素抵抗指數(shù)。
各組大鼠血清中APN、APPL1、RBP4和PEPCK含量如表3所示。與對(duì)照組相比,模型組中脂聯(lián)素、APPL1含量分別顯著下降48.73%(p<0.01)、27.86%(p<0.05),Gen灌胃21 d后,與模型組比較,Gen低、中、高劑量組中APN、APPL1含量有不同程度的提高(p<0.05),其中Gen-中劑量顯著增加APN含量69.43%(p<0.05)、顯著增加APPL1含量36.57%(p<0.05),且改善效果與二甲雙胍組相當(dāng)。脂聯(lián)素是一種具有胰島素增敏、抗動(dòng)脈粥樣硬化作用的脂肪因子,它可以通過與脂聯(lián)素受體1(AdipoR1)和AdipoR2的相互作用進(jìn)而調(diào)節(jié)卵巢功能[22-24]。含有PH結(jié)構(gòu)域、PTB結(jié)構(gòu)域和亮氨酸拉鏈基序1(APPL1)的接頭蛋白是介導(dǎo)脂聯(lián)素和胰島素信號(hào)通路所必需的接頭信號(hào)蛋白。APPL1在胰島素和脂聯(lián)素的幾個(gè)靶組織,包括肝臟、骨骼肌、內(nèi)皮、白色脂肪組織和胰島中廣泛表達(dá)[25]。研究[26]發(fā)現(xiàn)PCOS患者體內(nèi)血清脂聯(lián)素水平與胰島素抵抗之間存在顯著的負(fù)相關(guān),而且體質(zhì)指數(shù)(BMI)和脂聯(lián)素之間無相關(guān)性,這表示胰島素敏感性可能是脂聯(lián)素水平的主要決定因素,而不是肥胖。Panidis等[27]研究發(fā)現(xiàn)PCOS患者血清中脂聯(lián)素水平低于正常人群。Yildiz等[28]也有類似的發(fā)現(xiàn),他們證明了胰島素抵抗增加與脂聯(lián)素水平降低之間的關(guān)系,證實(shí)脂聯(lián)素可能是IR和由IR導(dǎo)致的糖尿病和代謝綜合征的一個(gè)合適的標(biāo)志物。本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果與上述結(jié)果一致,模型組大鼠血清中的脂聯(lián)素顯著低于對(duì)照組,與脂聯(lián)素變化趨勢(shì)一致,APPL1含量顯著低于對(duì)照組,經(jīng)過Gen灌胃后有所改善。
表3 各組大鼠血清中APN、APPL1、RBP4和PEPCK水平Table 3 APN, APPL1, RBP4 and PEPCK levels of rats in each group
與對(duì)照組相比,模型組中RBP4、PEPCK含量顯著上升63.83%、30.70%(p<0.05),Gen灌胃21 d后,與模型組相比,Gen-低、中、高劑量組中RBP4、PEPCK含量有不同程度降低(p<0.05),其中Gen-高劑量組RBP4含量顯著下降59.01%(p<0.05),Gen-中劑量組顯著PEPCK含量顯著下降22.63%(p<0.05)。視黃醇結(jié)合蛋白4(RBP4)是一種與肥胖及Ⅱ型糖尿病的胰島素抵抗有關(guān)的脂肪因子[29]。在肝臟中直接通過PEPCK途徑對(duì)肝臟糖代謝產(chǎn)生影響[30],抑制胰島素信號(hào)的表達(dá),改善胰島素抵抗。Li等[31]發(fā)現(xiàn)PCOS患者的RBP4水平與胰島素敏感性呈正相關(guān),該蛋白是脂肪組織與胰島素抵抗之間的重要蛋白。本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了上述研究?jī)?nèi)容,模型對(duì)照組的RBP4水平高于正常對(duì)照組,經(jīng)過金雀異黃素灌胃后,各劑量組RBP4、PEPCK含量降低。
Pearson法分析顯示,PCOS大鼠血清脂聯(lián)素含量與HOMA-IR呈負(fù)相關(guān)(p<0.01),與Fins含量呈負(fù)相關(guān)(p<0.05)RBP4含量與HOMA-IR、Fins含量呈正相關(guān)(p<0.01),結(jié)果見表4。在多種遺傳和飲食誘導(dǎo)的IR小鼠模型中,血清RBP4含量均顯著升高,此后臨床研究中發(fā)現(xiàn)血清RBP4與IR正相關(guān)[32],故認(rèn)為RBP4是一種參與IR發(fā)生的脂肪細(xì)胞因子[33]。而脂聯(lián)素是目前發(fā)現(xiàn)的唯一對(duì)人體有保護(hù)作用的脂肪細(xì)胞因子,具有改善IR、改善糖代謝的作用。Shin等[34]報(bào)道血清RBP4與脂聯(lián)素呈顯著負(fù)相關(guān),且多元逐步回歸分析顯示降低的血清脂聯(lián)素含量是RBP4的獨(dú)立相關(guān)因素。結(jié)果表明,PCOS-IR大鼠血清RBP4含量明顯升高且與IR呈正相關(guān),脂聯(lián)素含量明顯降低且與IR呈負(fù)相關(guān),兩種脂肪細(xì)胞因子在IR及糖代謝方面作用相反。
表4 脂聯(lián)素、RBP4和胰島素含量、胰島素抵抗指數(shù)相關(guān)性Table 4 Correlation of adiponectin, RBP4 and Fins, insulin resistance index
圖4 卵巢組織APPL1(a)、RBP4(b)、PEPCK(c)、AMPK(d)mRNA相對(duì)表達(dá)量Fig.4 Relative mRNA expression of APPL1 (a), RBP4 (b), PEPCK (c), AMPK (d) in ovarian
各組大鼠卵巢組織中mRNA相對(duì)表達(dá)量如圖4所示,模型組中APPL1、AMPK相對(duì)表達(dá)量顯著低于對(duì)照組(p<0.01、p<0.01),Gen灌胃21 d后,Gen-低、中、高劑量組均可顯著提高APPL1、AMPK含量(p<0.01);與對(duì)照組相比模型組中RBP4、PEPCK含量顯著上升(p<0.01)。與模型組相比,Gen低、中、高劑量組中RBP4、PEPCK含量有不同程度降低(p<0.01)。
各組大鼠卵巢組織中APPL1、RBP4、PEPCK、AMPK、P-AMPK蛋白相對(duì)表達(dá)量如圖5所示,模型組中APPL1、AMPK、P-AMPK相對(duì)表達(dá)量顯著低于對(duì)照組(p<0.01),Gen灌胃21 d后,Gen-低、中、高劑量組均可顯著提高APPL1、AMPK、P-AMPK水平(p<0.05或p<0.01);與對(duì)照組相比,模型組中RBP4、PEPCK水平顯著上升(p<0.01),與模型組相比,Gen-低、中、高劑量組中RBP4、PEPCK水平有不同程度降低(p<0.01),Gen-中、高劑量組和二甲雙胍組有著相似的治療效果。
研究表明RBP4能夠誘導(dǎo)PEPCK的表達(dá)量水平上升,另有文獻(xiàn)顯示脂聯(lián)素能直接使PEPCK的表達(dá)下降[35]。研究發(fā)現(xiàn),脂聯(lián)素增加胰島素敏感性,改善胰島素抵抗,機(jī)制可能是通過由含pH域銜接因子蛋白(APPL1)介導(dǎo)的脂聯(lián)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,其可與脂聯(lián)素受體相結(jié)合,進(jìn)而激活A(yù)MP依賴蛋白激酶(AMPK)通路調(diào)糖代謝[36]?;谝陨涎芯拷Y(jié)果,本實(shí)驗(yàn)表明,Gen可以提高PCOS-IR大鼠卵巢組織中APPL1 mRNA和蛋白表達(dá),降低RBP4、PEPCK mRNA和蛋白表達(dá),激活A(yù)MPK通路,改善PCOS-IR大鼠空腹血糖血糖、胰島素胰島素抵抗現(xiàn)象。
圖5 卵巢組織APPL1(a)、RBP4(b)、PEPCK(c)、AMPK(d)、P-AMPK(e)蛋白相對(duì)表達(dá)量Fig.5 Relative protein expression of APPL1 (a), RBP4 (b), PEPCK (c), AMPK (d), P-AMPK (e) in ovarian
本研究結(jié)果表明,金雀異黃素對(duì)PCOS-IR大鼠糖代謝具有顯著的調(diào)節(jié)作用,具體表現(xiàn)為降低大鼠血糖、胰島素水平和胰島素抵抗指數(shù)。此外,金雀異黃素可顯著增加PCOS-IR大鼠血清中脂聯(lián)素、APPL1含量,降低血清中RBP4、PEPCK含量,激活A(yù)MPK通路抑制PCOS-IR的胰島素抵抗指數(shù),改善糖代謝紊亂癥狀。綜上,金雀異黃素具有調(diào)節(jié)PCOS-IR大鼠胰島素抵抗的作用,該結(jié)論為金雀異黃素相關(guān)保健食品的開發(fā)和臨床應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)。