肠道糖异生预防肥胖相关的肝脂肪变性和非酒

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研究背景

过去的几十年里，世界范围内的肥胖发病率出现了惊人的增长，目前已被世界卫生组织列为流行病。这种代谢状态与许多并发症有关，包括2型糖尿病（T2D）和非酒精性脂肪肝（NAFLD）。此外，它还是许多健康问题的重要危险因素，如视网膜病变、肾病、心血管疾病和各种类型癌症。

在肥胖的发展过程中，过量的食物会造成肝内脂肪的异位储存，从而导致肝内胰岛素敏感性缺陷以及T2D的发展，T2D建立的同时也促进了肝脏内脂质的积累。肝脏可以通过各种途径从脂质积累逐步演变为非酒精性脂肪性肝炎（NASH），进一步恶化可能导致肝硬化甚至肝癌。因此，研究肝脂肪变性和非酒精性脂肪肝的发生机制并寻找预防的方法是目前非常重要的研究课题。

近来所报道的肠道糖异生（IGN）可以有效地调节葡萄糖和能量之间的平衡，从而发挥抗糖尿病和抗肥胖的作用。先前的研究主要是在基于宏观营养素条件下发现的诱导IGN具有减少肝葡萄糖的产生，改善胰岛素敏感性和整体血糖控制的作用，而且这些营养诱导的代谢益处在肠道糖异生特异性基因敲除的小鼠中明显减弱，但这并不能明确评估IGN本身在这些益处中的作用，IGN对肝脏脂肪变性的干预以及有害饮食诱导的NAFLD仍然是一个尚未解决的问题。所以作者在独立于上述营养诱导的基础上探究了IGN本身对肝脏代谢的影响。

Result1诱导肠道糖异生可防止高脂高糖饮食小鼠肥胖和血糖控制的恶化

为了评估IGN本身是否能阻止肥胖及其相关并发症的发展，作者在Rosa26位点插入其催化亚基(G6pc)的互补DNA(cDNA)，建立了小鼠肠道靶向葡萄糖6磷酸酶（G6Pase）过表达模型，其中切除lox序列以移除停止盒，从而产生在肠道过表达G6pc的小鼠（I.G6pcoverexp）（图A）。WB分析显示I.G6pcoverexp小鼠G6pc蛋白在肠中的表达高了四倍，而在肝和肾中没有变化（图B）。此外，G6Pase的酶活性在肠中大约增加了三倍，肝和肾中同样没有变化（图C）。证明了G6pc在这一新的小鼠模型中肠道过表达的特异性。

接下来，作者将I.G6pcoverexp和野生型（WT）小鼠在高脂高糖饮食下喂养12周，发现在食物摄入相当的情况下，I.G6pcoverexp小鼠的体重增加明显减弱（图A，B），此外，也表现出更好的葡萄糖耐量（图C，D），这可能是由于I.G6pcoverexp小鼠的胰岛素敏感性相比于野生型小鼠有所改善（图E，F）。

另外，I.G6pcoverexp小鼠在食物去除后6小时的血浆胰岛素浓度低于WT小鼠（上图G），这与小鼠体内AKT的基础磷酸化水平较高有关（上图H），以上所有结果均证明了I.G6pcoverexp的胰岛素敏感性高于WT小鼠。最后，作者测量了在葡萄糖和胰岛素耐受性测试前小鼠的空腹血糖，可以发现，在HF-HS喂养的前两个月，WT和I.G6pcoverexp小鼠的血糖均逐渐升高，但在3个月喂养后，空腹血糖的发展有明显的缓和(上图I)。这些结果表明，IGN本身的激活可以保护小鼠免于由HF-HS饮食引起的肥胖和葡萄糖控制的恶化。

Result2肠内糖异生防止HF-HS饮食促进肝脂肪变性的发生

然后，作者评估了IGN是否会干扰长期有害喂养下肝脏脂肪变性的发展，在HF-HS饮食5个月后，发现I.G6pcoverexp小鼠在肝糖原含量没有变化的情况下表现出较低的肝重量和肝甘油三酯含量（图A）。为了阐明I.G6pcoverexp小鼠肝脏脂肪变性减弱的机制，作者研究了脂肪生成的从头合成和β-氧化途径，结果发现，在I.G6pcoverexp小鼠中，肝脏脂肪变性的减少与一些脂肪生成相关的基因表达减少有关（图B），此外，I.G6pcoverexp小鼠肝脏中Cd36（分化簇36）的表达显著降低（图C），表明肝脏脂肪生成减少，脂质摄取也减少。同时肝脏的组织学分析显示，I.G6pcoverexp小鼠肝脏中的脂滴数量显著减少（图D），在I.G6pcoverexp小鼠中一些参与或调节脂肪酸氧化的蛋白质的mRNA表达水平却降低（图E）。

作者先前报道过IGN是通过下丘脑传递后自主神经系统来调动参与能量平衡的关键外周功能，因此作者观察了肝脏TH表达神经元，评估神经通路在肝脏脂质相关事件中的作用。结果发现I.G6pcoverexp小鼠肝脏中TH表达神经元的数量增加了2.7倍。综上所述，IGN的激活与局部交感神经支配的发展有关，并可阻止HF-HS饮食引起的肝脏脂质积聚。

Result3肠道糖异生预防非酒精性脂肪肝的发生

已知NAFLD可能向炎症和纤维化前状态发展，最终导致肝硬化和肝癌，于是作者评估了在HF-HS饮食下，IGN是否能够调节NAFLD发展为NASH的第一阶段。可以发现，与野生型小鼠相比，I.G6pcoverexp小鼠的Mcp1、Tnfa和Il6等促炎标记物的基因表达减少（图A）。此外，IGN的诱导对HF-HS饮食诱导的促纤维化过程也有影响，I.G6pcoverexp小鼠肝脏中关键纤维化标记物（如Acta2）的表达明显减少（图B），胶原纤维染色也显示，在扩散到WT小鼠肝实质的血管周围存在纤维化，而在I.G6pcoverexp小鼠的肝脏中则看不到这种情况（图C）。最后，Ⅰ型胶原α1和Ⅲ型胶原α1亚型表达的减少也证实了IGN对纤维化过程的有益影响，而纤维化过程在HF-HS饮食中得到促进（图D），可见肠道糖异生可以预防HF-HS饮食诱导下非酒精性脂肪性肝炎的发生。

Result4标准饮食下，肠道糖异生的缺乏足以促进肝脂肪变性的发生

在之前的研究中，作者发现在标准饮食下，缺乏IGN对葡萄糖代谢有负面影响，于是作者探究了在正常饮食下缺乏IGN是否会导致NAFLD的发生。结果发现，尽管肝脏重量和糖原含量没有变化，I.G6pc?/?小鼠肝脏甘油三酯含量却明显高于野生型小鼠，且I.G6pc?/?小鼠血浆甘油三酯水平也升高（图A），此外I.G6pc?/?小鼠肝脏脂肪酸合成关键基因的mRNA水平也有所增加（图B），I.G6pc?/?小鼠肝脏中FAS蛋白表达的增加证实了脂肪生成的激活（图C）。I.G6pc?/?小鼠肝脏Cd36基因和蛋白表达的显著增加(图D)，表明除脂肪生成途径增加外，脂质摄取也增加。然而，I.G6pc?/?小鼠肝脏中编码调节脂肪酸氧化的关键蛋白基因表达没有改变（图E）。所有结果表明，缺乏IGN足以通过增加正常饮食小鼠脂肪酸的摄取和合成来诱导肝脂肪变性的发生。

最后，作者研究了在标准喂养下，IGN缺乏引起的肝脏脂质代谢紊乱是否与NAFLD或NASH的发生有关，结果发现，IGN缺乏导致促炎标记物的表达增加，如Tnfa和Il-1（图F）。然而，主要肝纤维化标志物的表达没有因缺乏IGN而改变（图G）。因此，这些数据说明IGN的缺乏足以引起肝脏的促炎状态，与NAFLD的发生存在一定联系。

总结与讨论

肥胖显然已经越来越受到人们的