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    研究背景
    WHO1997年報告1995年全世界有糖尿病患者1.25億 ,並預計2025年將達2.99億 ,而新增加的患者主要集中在中國等發展中國家 。糖尿病已成為世界第5位死亡主因 ,並且還可能引發多種並發症 ,因此吸引了眾多的中外學者對其發病機理和治療方法的研究 。糖尿病有明顯的遺傳傾向並存在顯著遺傳異質性 。除少數患者是由於單基因突變所致外 ,大部分1型糖尿病(胰島素依賴性糖尿病 ,insulin-dependent diabetes mellitus ,IDDM)及2型糖尿病(非胰島素依賴性 ,non-insulin-dependent diabetes mellitus ,NIDDM)患者是多基因及環境因子共同參與及相互作用引起的多因子病(也稱為複雜病)
    1型糖尿病其發病機製主要是由於遺傳以及環境因素中病毒 、化學物質所致的胰島β細胞自身免疫性疾病(Ⅳ型超敏反應引起) ,t輔助細胞(Th)分為Th1和Th2兩個亞型 ,分別促進細胞免疫和體液免疫 ,細胞因子(cytokine ,CK)對Th1/Th2比例的調節作用與IDDM有關 。病毒 、化學物質及死亡的β細胞被巨噬細胞吞噬 ,產生Th1刺激因子(IL-12) ,使Th1占優勢 ,繼而IL-2和IFN-γ ,在胰島局部促進炎性細胞浸潤並釋放IL-1β 、TNF-α 、TNF-β 、IFN-γ及自由基NO 、H2O2- 、O2- ,殺傷少量β細胞 。這些β細胞以自身抗原被提呈給Th ,產生針對胰島β細胞的抗體(ICA) 、穀氨酸脫羧酶(GAD)抗體 、INS自身抗體及酪氨酸磷酸酶抗體等 ,釋放CK ,募集更多的炎性細胞 ,放大β細胞損傷效應 ,使血漿中的胰島素(insulin ,INS)水平下降 ,最終導致IDDM 。

    2型糖尿病過去研究 ,主要與INS分泌缺陷 、肝糖(HGO)輸出增多和周圍胰島素抵抗(IR)等因素有關 ,現在研究發現它還與多種基因突變有關 。(1)胰島β細胞的葡萄糖轉運蛋白2(Glucose Transporter2 ,GluT2)在使細胞內外葡萄糖快速平衡中起重要作用 ,它保證了胰島β細胞感受葡萄糖刺激 、應答分泌INS 。β細胞的葡萄糖敏感性異常與GluT2缺失程度相關聯 ,這種缺失包括GluT2基因突變和翻譯錯誤等 。(2)糖原合成酶(GS)是糖原合成的限速酶 ,基因定位在19q13.3 。對GS的生化和遺傳學研究表明 ,INS對GS的活化障礙NIDDM胰島素抵抗的主要原因 ;對GS基因多態性與NIDDM群體關聯性研究 、家係連鎖分析及GS基因的分子掃查表明 ,GS基因與部分種族NIDDM的發病密切相關 ,GS基因變異提高了人群NIDDM易感性,GS基因突變可能NIDDM的病因之一 。(3)胰高血糖素受體(GCG-R)基因突變也是2型糖尿病原因之一 。突變產物Ser40 GCG-R與胰高血糖素(GCG)親和力較Gly40 gCG-R降低三倍 ,而使肝糖輸出降低 ,並參與介導INS分泌的下調 。如下圖所示 。

    特異性糖尿病共有8種 ,多數臨床表現為1型糖尿病及2型糖尿病 ,其中由單基因突變所致的有 :(1)胰島素基因(INS-G)突變性糖尿病 :iNS-G位於第11號染色體短臂的1區5帶(11P1.5) ,它的突變導致兩種臨床類型 :高胰島素血症型和高胰島素原血症型 。變異INS的生物活性低 ,不能循正常途徑代謝 ,半衰期延長 ,而血中濃度增高 。我國檢出的第一例突變為B25(TTC→TTG)苯丙→亮 。血漿INS水平與靶細胞上INSR數量相關聯 。在高胰島素血症時 ,INSR數量減少 ,INS調節作用增強 ;若因基因突變INSR缺陷 ,而不能與INS結合 ,同時使細胞內合成代謝不能進行 ,發生INS抵抗 ,胰島β細胞代償性地分泌大量INS ,形成高胰島素血症 ,由此形成惡性循環 。最終使胰島β細胞功能衰竭 ,導致糖尿病 。(2)胰島素受體基因(INSR-G)突變性糖尿病 :iNSR是由2個α亞基和2個β亞基組成的四聚體糖蛋白 ,α亞基位於細胞膜 ,富含Cys ,可特異識別並結合INS ;β亞基穿過質膜 ,具有胞內近膜區 、PTK活性Q區和C端的自身磷酸化位點 。與INS結合後 ,首先自身酪氨酸磷酸化 ,然後PTK被激活 ,繼而通過多條信號途徑 ,引起多種生物效應 。iNSR-G位於19P13.2~1.3 ,其突變多為點突變 ,少數為拚接錯誤和缺失 ,引發INSR功能異常 ,使之不能介導INS的作用 ,產生靶細胞對INS的抵抗 。(3)葡萄糖轉運蛋白基因(GluT-G)突變性糖尿病 :gluT是結構相似功能不同的多基因(GluT1-gluT4)家族 ,GluT-G的突變影響糖代謝的進行 ,使胰島β細胞分泌INS能力降低,肌肉 、脂肪和肝髒組織利用葡萄糖的能力降低 ,外周組織產生INS抵抗而導致糖尿病 。glu-7基因突變可致GluT2表達減少或產生異常GluT2 ,使胰島β細胞對循環血糖水平的敏感性下降 ,INS分泌減少 。而GluT4-G突變所致的GluT4表達減少或異常GluT4合成 ,可引起周圍組織INS抵抗 。另外 ,GluT1和GluT4有限製性片段長度多態性(RECP)變化 。

    糖尿病機理過去多為糖的定性臨床狀態與DNA位點研究 ,現在是基因與定量中間性狀 ,尤其是胰島β細胞分泌功能 、周圍組織INS敏感性 、體脂含量及分布相關研究增多 。對於易感位點的研究過去多用群體相關途徑和家係連鎖途徑 ,較新為家係內聯分析方法和鄰位表達序列標簽(EST) ,但較多用的是全基因組隨即化位點標記ASP分析,但多結合相關途徑進行複核及定位克隆 。糖尿病機理研究和方法研究還在進一步的發展中 。

    研究模型

    南宮娛樂已經掌握了胰島β細胞的原代分離培養 :采用醫用複方氯化鈉注射液經胰總管灌注大鼠胰腺 ,0.5 mg/mLⅤ型膠原酶消化後,分別采用濃度為27.0% 、23.0% 、20.5%和11.0%的Ficoll 400形成不連續密度梯度介質 ,離心純化胰島細胞 。如下圖所示 。

    南宮娛樂建立了葡萄糖刺激胰島素釋放實驗模型 :RPMI1640培養基培養3 d後 ,分別用低糖和高糖行葡萄糖刺激胰島素釋放實驗檢測胰島細胞功能 。如下圖所示 。

    研究案例
    目的 :探討酒精對胰島細胞分泌胰島素功能的影響及對胰島細胞凋亡的影響
    結論 :酒精對胰島細胞胰島素分泌的影響與酒精作用時間 、劑量有關 。低劑量短時間作用 ,胰島素分泌量增加 ,但隨著酒精作用時間的延長及酒精劑量的增加 ,胰島細胞功能受損 ,胰島素分泌減少 ;酒精通過誘導胰島細胞凋亡使胰島細胞功能障礙可能是酒精導致糖尿病發生的重要機製之一 。
    路線 : :
    • 建立大鼠胰島的原代培養方法
    • 觀察不同劑量酒精作用不同時間後葡萄糖刺激的胰島素分泌情況 ,從而揭示酒精對胰島細胞分泌胰島素功能影響的規律
    • 檢測酒精對INS、COX II表達的影響 觀察酒精對胰島細胞凋亡的影響
    • 從氧化應激的角度探討酒精誘導胰島細胞凋亡機製 :檢測脂質過氧化及抗氧化指標MDA/GSH/SOD/GSH-Px ,檢測Bcl2/Bax/Caspase3基因表達
    核心文獻
    • Genetic predisposition for beta cell fragility underlies type 1 and type 2 diabetes. Nat Genet. 2016 Mar 21;ng.3531.
    • p16(Ink4a)-induced senescence of pancreatic beta cells enhances insulin secretion. Nat Med. 2016 Mar 7;nm.4054. 10.1038/nm.4054. https://dx.doi.org/10.1038/nm.4054
    • SerpinB1 Promotes Pancreatic β Cell Proliferation. Cell Metab. 2015 Dec 14;S1550-4131(15)00616-6. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1550-4131(15)00616-6
    • TCF1 links GIPR signaling to the control of beta cell function and survival. Nat Med. 2015 Dec 7;nm.3997.
    • Pancreatic β cell enhancers regulate rhythmic transcription of genes controlling insulin secretion. Science. 2015 Nov 6;350(6261):aac4250.

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