胰岛素抵抗细胞模型研究进展

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胰岛素抵抗细胞模型研究进展

陈梦云;江国荣

【摘 要】Insulin resistance is an important pathophysiological basis of type

2 diabetes and is a dominant feature for metabolic syndrome. Due to the

complex insulin signaling, in order to clarify the specific mechanism of

insulin resistance, targeted at the mechanism of disease development, the

researchers aimed to the establishment of insulin resistant cell model, in

which fat cell and liver cell models were used more often. However, under

different cell types degrees of insulin resistance are different, and so are

the mechanism by the same induction factors. In this paper,the

establishment of insulin resistance model under different cell tryes is

summarized.%胰岛素抵抗是2型糖尿病和代谢综合征共同的重要病理生理基础和显著特征.由于胰岛素信号传递复杂,为阐明胰岛素抵抗产生的具体机制,研究者通过建立胰岛素抵抗细胞模型进行胰岛素抵抗研究,其中脂肪细胞和肝细胞是应用较多的两种细胞模型.然而在相同的诱导因素下不同的细胞类型发生胰岛素抵抗的程度都会不同,其机制也不尽相同.该文就关于不同细胞类型建立胰岛素抵抗模型做个相关综述.

【期刊名称】《安徽医药》

【年(卷),期】2012(016)002

【总页数】3页(P141-143)

【关键词】胰岛素抵抗;靶器官;细胞模型 【作 者】陈梦云;江国荣

【作者单位】南京中医药大学,江苏,南京,210029;南京中医药大学,江苏,南京,210029

【正文语种】中 文

胰岛素抵抗(Insulin Resistance,IR)是指一定量的胰岛素与其特异性受体结合后生物效应低于正常,表现为外周组织尤其是脂肪、肌肉组织对葡萄糖的摄取障碍及肝葡萄糖输出增多[1]。胰岛素作用的靶器官有脂肪、肝脏、肌肉等,然而在同一机体不同组织中胰岛素抵抗的程度存在组织器官特异性,导致了胰岛素抵抗机制的复杂性和研究结果的矛盾性。因此,建立理想的胰岛素抵抗细胞模型对于进一步研究糖尿病及相关疾病发生发展的病理生理机制、治疗及其并发症的转归,以及探索糖尿病防治药物具有重要的临床意义。

1 脂肪细胞IR模型

目前认为,脂肪组织不仅是机体内最大的能量储存器官,更是机体重要的内分泌器官,脂肪组织过多的积累,导致大量脂肪酸溢出,并异位沉积,继而引起脂质代谢紊乱和IR发生[2]。因此,脂肪组织及脂肪酸代谢在IR发生发展中起着关键作用。

目前,对于建立供脂肪细胞体外培养及人脂肪细胞激素长时调控的细胞模型的研究逐渐深入。80年代,已有学者建立鼠源性的前脂肪细胞系,并且证实其在增殖数小时后依然保持对胰岛素的敏感性。在目前现有的脂肪细胞胰岛素抵抗模型中,以诱导3T3-L1前脂肪细胞的胰岛素抵抗模型最为广泛,3T3-L1是小鼠来源性的前脂肪细胞株,于乐等[3]将3T3-L1前脂肪细胞诱导分化为成熟的脂肪细胞,采用高浓度葡萄糖(25 mmol·L-1)、胰岛素(10-6 mol·L-1)联合诱导培养的方法,建立了脂肪细胞胰岛素抵抗模型。曾天舒等[4]采用IL-6与诱导分化成熟的3T3-L1前脂肪细胞共培养48 h后发现,胰岛素刺激的葡萄糖摄取明显受到抑制,说明此时细胞呈现胰岛素抵抗。同时还发现脂肪细胞内IRS-1蛋白水平经IL-6处理后明显减少,伴随着几乎同等水平的胰岛素刺激的IRS-1酪氨酸磷酸化水平下降。杨桂枝[5]将诱导分化成熟的3T3-L1前脂肪细胞,在地塞米松(1μmol·L-1)和胰岛素(10 nmol·L-1)的长时间作用下,以微量化GOD-POD法判定抵抗脂肪细胞摄取葡萄糖的能力显著降低,成功建立了胰岛素抵抗脂肪细胞模型。张汝学等[6]将地塞米松作用于3T3-L1脂肪细胞,96 h后脂肪细胞胰岛素抵抗模型建立,该模型能够在24 h内维持稳定;同时又将HepG2细胞置于(10-6 mol·L-1)胰岛素培养液中36 h,HepG2细胞对胰岛素的抵抗作用更为明显,该特性可维持48 h,并未发现细胞形态学变化。目前也有学者利用SW872细胞建立IR模型,但关于该种细胞的研究报道很少。吴汉荣等[7]采用(25、50 mmol·L-1)葡萄糖刺激分化成熟的3T3-L1和SW872前脂肪细胞,研究发现3T3-L1脂肪细胞的基础葡萄糖转运随葡萄糖浓度的增高相应增加。在低浓度葡萄糖时,胰岛素明显增加葡萄糖的转运;而在高浓度葡萄糖刺激下,细胞对胰岛素的敏感性减弱,发生了胰岛素抵抗。对SW872细胞而言,高糖对SW872细胞的基础糖转运无明显影响,但高糖亦可诱导SW872细胞产生胰岛素抵抗。

越来越多的研究认为脂肪组织是胰岛素抵抗产生的始发部位。一方面循环中FFA升高使脂质过度沉积,导致脂肪细胞体积增大并伴有数目增多,另一方面增大的脂肪细胞通过合成和分泌多种活性物质,包括瘦素、抵抗素、肿瘤坏死因子、白介素、促分裂原活化蛋白激酶等,它们在胰岛素抵抗与DM的发生发展过程中具有重要作用[8]。如出现瘦素抵抗时,瘦素对胰岛素的抑制作用减弱,正常的脂肪—胰岛素反馈机制破坏,胰岛素大量分泌,引起高胰岛素血症,并降低胰岛素受体数量,导致胰岛素抵抗的发生[9,10]。又如,Kubeta等发现脂联素缺乏的杂合子小鼠出现轻度胰岛素抵抗,纯合子小鼠出现中度胰岛素抵抗,证实脂联素能拮抗胰岛素抵抗[11]。由于脂肪细胞的一些生物学特性,注定了它在胰岛素抵抗发生时起着重要作用。

2 肝细胞IR模型

肝脏、骨骼肌和脂肪作为胰岛素作用的经典靶器官,其中肝脏是体内物质代谢的中心,在糖代谢中起着重要作用,且肝脏是人体胰岛素受体最密集的脏器之一,对胰岛素促进葡萄糖摄取作用极为敏感。目前使用的肝细胞模型大多来源于人肝癌细胞,系一种表型与肝细胞极为相似的肝胚胎瘤细胞株,既保留了正常肝细胞的基本生物特性,又排除了正常肝细胞表现的细胞衰亡的现象,而且便于体外培养。但是,也有一些研究表明某些肿瘤细胞本身也存在着胰岛素抵抗[12]。如万学东等[13]采用含(0.25 mmol·L-1)软脂酸或含(100 nmol·L-1)胰岛素的DMEM培养基孵育HepG2细胞24 h,建立胰岛素抵抗模型,并证明细胞产生了胰岛素抵抗且胰岛素信号传导途径存在障碍,并提示胰岛素抵抗的形成可能与IRS-2及PI3K相关分子缺陷有关。Burant等[14]将单层贴壁HepG2细胞置于(10-7 mol·L-1)胰岛素的 DMEM培养液中,孵育24 h,从而成功建立胰岛素抵抗的HepG2细胞模型。李长贵等[15]将HepG2细胞置于(10-7 mol·L-1)胰岛素培养液中24 h发现:下调HepG2细胞胰岛素受体减少了56%,将下调的HepG2细胞置于不同胰岛素培养液中胰岛素受体数目仍明显减少,该胰岛素抵抗状态可维持48 h。此外,陈秋等[16]将HepG2细胞置于(5×10-7 mol·L-1)胰岛素培养液中24 h,或将高胰岛素诱导培养的HepG2细胞置于不含胰岛素的培养液中60 h。研究发现HepG2细胞被孵育24 h后,此时该细胞对胰岛素的生物学效应产生抵抗,其胰岛素抵抗状态可维持60 h。

目前,学者利用原代肝细胞研究糖尿病的报道较少,李晨钟等[17]原代分离大鼠肝细胞采用高浓度胰岛素诱导培养法复制Wistar大鼠原代肝细胞,建立了原代大鼠肝细胞的胰岛素抵抗模型。也有报道部分现代学者利用张氏肝细胞建立一种比较全面反映糖尿病病理的原代肝细胞模型,李铖铖等[18]以张氏肝细胞为研究对象,采用高浓度胰岛素体外诱导法诱发张氏肝细胞胰岛素抵抗,分别在含不同浓度牛胰岛素培养液中培养24 h,发现经(100 nmol·L-1)胰岛素培养的细胞消耗葡萄糖最少,即胰岛素抵抗作用最为显著,该抵抗状态在36 h内维持稳定。张氏肝细胞是人永生化正常肝细胞株,具有人类肝细胞的特征,其表面表达高亲和力的胰岛素受体满足典型胰岛素受体所要求的标准,包括葡萄糖的摄取、糖原合成酶的活性、脂类生成及RNA的合成[19]。张氏肝细胞的研究为胰岛素抵抗和2型糖尿病又提供了一种新的可靠的胰岛素抵抗细胞模型。

3 骨骼肌细胞IR模型

在目前现有的细胞模型中,以诱导3T3-L1前脂肪细胞和HepG2肝癌细胞的胰岛素抵抗模型最为常见,对分布最为广泛靶组织骨骼肌胰岛素抵抗模型国外报道较少,国内仅有原代培养骨骼肌细胞胰岛素抵抗模型相关报道。L6细胞株是骨骼肌发育分化研究中常用的细胞模型,成肌过程是一个成肌诱导增殖和分化的过程,分化成熟后的细胞具有骨骼肌的生物学特性,并在此基础上拟对骨骼肌细胞采用诱导的方法建立胰岛素抵抗模型。张召锋等[20]采用地塞米松诱导L6肌细胞产生胰岛素抵抗。同时发现地塞米松刺激24 h后能显著降低胰岛素刺激后的L6肌细胞葡萄糖转运,另外还发现地塞米松作用24 h后将引起细胞胰岛素受体底物-1的Ser307蛋白磷酸化。穆颖等[21]采用新生SD大鼠四肢进行原代骨骼肌细胞培养,分别与胰岛素和棕榈酸两种因素诱导,发现两者均可成功诱导骨骼肌细胞的抗性模型,且抑制程度呈浓度依赖性的趋势,另外还发现棕榈酸、胰岛素于CO2培养箱中孵育过夜,均能显著抑制骨骼肌细胞胰岛素刺激状态下的葡萄糖转运。研究结果显示,2型糖尿病病人骨骼肌胰岛素刺激下葡萄糖转运明显减少,在胰岛素刺激下,葡萄糖转运总量在骨骼肌约占75%,认为骨骼肌是2型糖尿病患者药物治疗的靶器官[22],同时认为骨骼肌胰岛素依赖的葡萄糖摄取和磷酸化抵抗是2型糖尿病发展历程中的一个早期过程[23]。

目前体外研究胰岛素抵抗的细胞模型与方法较多,但大多集中在依赖胰岛素的葡萄糖利用器官如脂肪、肝脏、骨骼。由于,脂肪细胞的生物学特性,其抗性模型主要适用于胰岛素抵抗发生及糖尿病前期的研究,而肝脏以及骨骼肌的抗性模型更适合于糖尿病及其并发症的研究。目前也有学者采用地塞米松联合胰岛素长时间作用于猪卵巢颗粒细胞,发现细胞摄取葡萄糖能力降低,细胞产生胰岛素抵抗状态[24]。但是,脂肪及外周组织如肝脏、骨骼肌等是胰岛素作用的靶组织,是IR产生的主要部位,目前能有效预防或延缓该病程发展的措施还相当有限。因此,建立体外胰岛素抵抗模型,不仅广泛应用于细胞及分子水平研究胰岛素抵抗的发病机制,更适用于改善胰岛素抵抗药物的筛选及其机制研究。总之,以上介绍的几种常用胰岛素抵抗模型较为稳定、可靠,尤其复制周期较短、易于重复、影响因素易于控制,基本模拟了临床胰岛素抵抗的效应,是目前普遍采用的胰岛素抵抗方面研究的良好模型。