王顺意 张军 刘颖 陈伟 魏锦花 王保苍 刘文超
摘要目的:探討益气养阴活血方改善2型糖尿病(T2DM)大鼠胰岛分泌功能的作用机制。方法:选取无特定病原体(SPF)级雄性SD大鼠66只,随机分为对照组11只及造模组55只。造模组用高糖高脂饲料喂养联合链脲佐菌素建立T2DM模型,对照组给予标准颗粒饲料喂养及等体积0.1 mmol/L柠檬酸柠檬酸钠缓冲液。造模成功的大鼠分为模型组、益气养阴活血方低、中、高剂量组及西药组,每组11只。模型组及对照组给予蒸馏水,益气养阴活血方低、中、高剂量组给予0.43 g/mL、0.86 g/mL、1.72 g/mL益气养阴活血方;西药组予以20 mg/mL二甲双胍悬液;各组灌胃剂量10 mL/kg,1次/d,连续12周。检测比较空腹血糖(FBG)、空腹胰岛素(FINS)、胰岛素分泌指数(HOMAβ)、胰岛细胞凋亡指数、胰岛微小核糖核酸375(miR375)及B淋巴细胞瘤2(Bcl2)、胱天蛋白酶3(Caspase3)表达水平。结果:与模型组比较,各组FBG水平、胰岛细胞凋亡指数、胰岛组织miR375及Caspase3表达水平较低,FINS、HOMAβ水平及胰岛组织Bcl2表达水平较高,差异均有统计学意义(P<0.05),且益气养阴活血方组呈一定量效关系。结论:益气养阴活血方能剂量依赖性的降低T2DM大鼠血糖,改善胰岛分泌功能,抑制胰岛细胞凋亡,其作用机制可能与抑制胰岛组织miR375表达,调节凋亡相关蛋白Bcl2、Caspase3表达有关。
关键词益气养阴活血方;2型糖尿病;链脲佐菌素;微小核糖核酸375;空腹血糖;胰岛分泌功能;胰岛细胞凋亡;胱天蛋白酶3
Mechanism of Yiqi Yangyin Huoxue Formula on Improving Islet Secretion Function in Type 2 Diabetic Rats
WANG Shunyi,ZHANG Jun,LIU Ying,CHEN Wei,WEI Jinhua,WANG Baocang,LIU Wenchao
(1 Department of Rheumatism,Immunology and Metabolism,Tangshan Hospital of traditional Chinese Medicine,Tangshan 063000,
China; 2 The First Department of Endocrinology,Tangshan Hospital of Traditional Chinese Medicine,Tangshan 063000,China)
AbstractObjective:To explore the mechanism of Yiqi Yangyin Huoxue Formula on improving islet secretion function in rats with type 2 diabetes mellitus(T2DM).Methods:A total of 66 SPF male SD rats were selected,and were randomly divided into a control group with 11 rats and a model building group with 55 rats.The model was fed with highsugar and highfat feed combined with streptozotocin to establish a T2DM model.The control group was fed with standard pellet feed and an equal volume of 0.1 mmol/L citric acidsodium citrate buffer.The successfully modeled rats were divided into a model group,a low,medium and high concentration group of Yiqi Yangyin Huoxue Formula,and the Western medicine group,each with 11 rats.The model group and the control group were given distilled water,the low,medium and high concentration groups of Yiqi Yangyin Huoxue Formula of 0.43 g/mL,0.86 g/mL,1.72 g/mL; the Western medicine group was given 20 mg/mL metformin suspension; the intragastric dose of each group was 10 mL/kg,once a day,for 12 consecutive weeks.Fasting blood glucose(FBG),fasting insulin(FINS),insulin secretion index(HOMAβ),islet cell apoptosis index,islet microribonucleic acid375(miR375) and B lymphoma2(Bcl2) The expression level of Caspase3 containing cysteine were tested and compared.Results:Compared with the model control group,the levels of FBG,apoptotic index of islet cells,miR375 and Caspase3 expression levels in islet tissues were lower,the levels of FINS and HOMAβ,and Bcl2 expression levels in islet tissues were higher in each group,the differences were all statistically significant(P<0.05),and Yiqi Yangyin Huoxue Formula group showed a certain dose effect relationship.Conclusion:Yiqi Yangyin Huoxue Formula can reduce blood sugar level in rats with type 2 diabetes mellitus in a dosedependent manner,improve islet secretion function and inhibit islet cell apoptosis,the effect may be related to inhibiting the expression of miR375 in islet tissue,and then regulating the expression of apoptosisrelated proteins Bcl2 and Caspase3.
KeywordsYiqi Yangyin Huoxue Formula; Type 2 diabetes mellitus; Streptozotocin; Microribonucleic acid375; Fasting blood glucose; Islet secretion function; Islet cell apoptosis; Cysteinecontaining aspartate proteolytic enzyme3
中图分类号:R289.5;R587.1文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1673-7202.2022.04.007
2型糖尿病(Type 2 Diabetes Mellitus,T2DM)是由于胰岛素相对或绝对缺乏导致的以碳水化合物、脂肪、蛋白质等代谢异常为特点的临床综合征,属于内分泌代谢系统最常见的疾病之一[1]。T2DM在45岁以上中老年人群高发,国际糖尿病联盟(IDF)有资料称[2],至2014年,全球糖尿患者已达3.87亿,T2DM占到85%~95%,我国目前为糖尿病第一大国,发病率约11.6%[3],而且逐年增加并有年轻化趋势。T2DM已经成为重大的公共健康问题,目前尚无根治方法,除胰岛素外,临床上主要采用二甲双胍、磺脲类药物、α葡萄糖苷酶、格列奈类药物、噻唑烷二酮类等口服药物来控制血糖水平[4]。但是,上述药物并不能从根本上阻止病情进展,随着T2DM发病机制的研究日益深入,相关新药研发成为研究的热点,中医药以其安全、有效的优点成为新药研究的主要方向。益气养阴活血法是中医治疗T2DM的主要疗法之一,刘波[5]研究显示,益气养阴活血法治疗T2DM的临床疗效理想且安全性高,但具体到某中药复方还须进行深入研究。本研究主要探讨益气养阴活血方对T2DM大鼠胰岛分泌功能及微小核糖核酸375(miR375)表达的影响。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1动物选取6~8周无特殊病原体(SPF)级健康SD大鼠66只,均为雄性,体质量170~210 g,平均体质量(192.12±9.15)g,购自赛业模式生物研究中心(太仓)有限公司,动物许可证号:SCXK(苏)20180003。所有大鼠每笼4只饲养于动物实验室内,将温度控制在20~22 ℃,湿度控制在50%~60%,光照时间为6:00—18:00,安静、通风,大鼠在笼内自由活动并摄入标准颗粒饲料及蒸馏水,每周打扫鼠笼3次、更换垫料并消毒。动物实验伦理审批号:20180119。
1.1.2药物益气养阴活血方,药物组成:黄芪20 g,麦冬、茯苓、女贞子、墨旱莲、葛根、玄参各15 g,白术、山萸肉、知母、川芎各12 g,五味子、红花各10 g,桃仁9 g,深州市鑫旺中药饮片有限公司生产,加水浸泡30 min后煎煮2次,混合浓缩并配制成生药剂量为0.43 g/mL、0.86 g/mL、1.72 g/mL益气养阴活血方药液,4 ℃保存备用。盐酸二甲双胍片(中美上海施贵宝制药有限公司,生产批号:20180521)规格:0.5 g/片,研末后用蒸馏水配制成剂量为20 mg/mL二甲双胍悬液,现用现配。
1.1.2试剂与仪器链脲佐菌素(STZ)(常州贝源鑫生物科技有限公司,货号:BYX455A);高糖高脂饲料(上海锐赛生物技术有限公司,货号:RD12492);大鼠空腹胰岛素(FINS)ELISA试剂盒(深圳市安提生物科技有限公司,货号:AT0689EL1);TUNEL检测试剂盒(FITC标记POD法)(江苏凯基生物技术股份有限公司,货号:KGA703);miR375引物、U6引物(赫澎(上海)生物科技有限公司,货号:HEPENGBIOTG624;HEPENGBIOTG596);TRIzol法總RNA提取试剂盒(南京赛泓瑞生物科技有限公司,货号:R683401);兔抗大鼠B淋巴细胞瘤2(Bcl2)、胱天蛋白酶3(Caspase3)、肌动蛋白(βactin)单克隆抗体(武汉益普生物科技有限公司,货号:ATA25316;ATA25878;ATA40111);二喹啉甲酸(BCA)蛋白质检测试剂盒(深圳子科生物科技有限公司,货号:zk2896);磷酸盐缓冲液(PBS)、TBST缓冲液(上海联硕宝为生物科技有限公司,货号:AS16049;N/A429),购自上海联硕生物科技有限公司;十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶(SDSPAGE)配制试剂盒(上海沪震实业有限公司,货号:hz37021);超敏ECL化学发光检测试剂盒[爱必信(上海)生物科技有限公司,货号:abs920]。全自动化分析仪(BECKMAN CLOUTER公司,美国,型号:LX20);全自动酶标仪(Thermo Fisher Scientific公司,美国,型号:Multiskan Sky);荧光显微成像系统(Thermo Fisher Scientific公司,美国,型号:EVOS M7000);微量分光光度计(Thermo Fisher Scientific公司,美国,型号:Multiskan Sky);实时荧光定量PCR系统(Thermo Fisher Scientific公司,美国,型号:ABI 7500);电泳仪(Biometra公司,德国,型号:Compact L);凝胶成像系统(UVItec公司,英国,型号:Alliance Chroma)。
1.2方法
1.2.1分组与模型制备经过5 d的适应性饲养后,采用随机数字表法将所有大鼠分为对照组11只及造模组55只。造模组饲以高糖高脂饲料,对照组饲以标准颗粒饲料,2周后,造模组给予1%链脲佐菌素(STZ)溶液(采用pH值为4.2~4.4的0.1 mmol/L柠檬酸柠檬酸钠缓冲液溶解STZ配制而成)30 mg/kg腹腔注射,对照组给予等体积0.1 mmol/L柠檬酸柠檬酸钠缓冲液腹腔注射;继续按照原方案饲养大鼠,1周后,测定大鼠随机血糖,若随机血糖≥16.7 mmol/L,即为成功建立2型糖尿病大鼠模型,此次造模组所有大鼠均建立模型成功[6]。然后,将造模组大鼠随机分为模型组、益气养阴活血方低、中、高剂量组及西药组,每组11只。
1.2.2给药方法模型组、益气养阴活血方低、中、高剂量组及西药组继续饲以高糖高脂饲料,对照组继续饲以标准颗粒饲料。模型组及对照组分别给予蒸馏水10 mL/kg,1次/d,灌胃;益气养阴活血方低、中、高剂量组给予0.43 g/mL、0.86 g/mL、1.72 g/mL益气养阴活血方药液10 mL/kg,1次/d,灌胃;西药组给予20 mg/mL二甲双胍悬液10 mL/kg,1次/d,灌胃。所有大鼠均连续给药12周。
1.2.3检测指标与方法
1.2.3.1标本采集与处理药物干预结束后,各组大鼠禁食不禁水12 h,断头采血4 mL,室温静置30 min,以1 000×g,离心力离心10 min,制备血清,-20 ℃保存;完整摘取大鼠胰腺组织,取1/2胰腺组织采用4%多聚甲醛固定24 h,经全自动脱水机脱水后进行石蜡包埋,制备4 μm石蜡切片,以备TUNEL检测;剩余1/2胰腺组织采用液氮速冻,后转移至-80 ℃冰箱保存,以RTPCR及Western blotting检测[7]。
1.2.3.2大鼠血清生化指标及胰岛分泌功能检测取出1.2.3.1中制备的血清,缓慢融化恢复至室温,采用全自动生化分析仪,通过酶法测定空腹血糖(FBG)水平;采用全自动酶标仪,通过酶联免疫吸附测定(ELISA)法测定血清空腹胰岛素(FINS)水平[8]。胰岛素分泌指数(HOMAβ)=20×FINS(mIU/L)/[FBG(mmol/L)-3.5]×100%,计算HOMAβ。
1.2.3.3TUNEL染色法观察大鼠胰岛细胞凋亡情况取出步骤1.2.2中制备的胰腺组织石蜡切片→常规二甲苯脱蜡、梯度浓度乙醇水合→PBS漂洗3 min×2次→室温下,蛋白酶K工作液处理切片30 min→PBS漂洗3 min×2次→室温下,3%过氧化氢甲醇溶液封闭10 min→PBS漂洗3 min×2次→采用TUNEL试剂盒对切片进行标记、显色→PBS漂洗3 min×3次→苏木精染液复染3 min→常规脱水、透明、中性树胶封片[9]。在200倍荧光显微成像系统下观察染色结果:正常细胞核被染成蓝紫色,凋亡细胞核被染成绿色;每张切片随机选取5个不重复视野采集图像,用Image J图像处理软件计数凋亡细胞数和总细胞数,凋亡指数=凋亡细胞数/总细胞数×100%,5个视野平均值即为凋亡指数。
1.2.3.4RTPCR法检测大鼠胰腺組织miR375表达情况取出步骤1.2.3.1中冻存的胰腺组织50 mg→剪碎后充分匀浆→按照试剂盒说明,采用TRIzol法提取总RNA→用微量分光光度计确定RNA样本的浓度和及纯度→分别以miR375、内参U6 RNA为模板,采用逆转录试剂盒进行逆转录,合成相应的特异cDNA第一链→避光建立扩增反应体系(cDNA 2 μL+上游引物1 μL+下游引物1 μL+荧光染料SYBR Green 10 μL+焦碳酸二乙酯水6 μL)→采用实时荧光定量PCR系统进行扩增实验,获得miR375、内参U6 RNA扩增曲线和溶解曲线[9]。根据扩增曲线分析miR375及内参U6 RNA的Ct值,根据2-△△Ct方法,采用公式△△Ct=观察组(目的基因Ct值-内参U6 Ct值)+对照组(目的基因Ct值-内参U6 Ct值),计算miR375的相对表达量。
1.2.3.5Western blotting法检测大鼠胰腺组织Bcl2、Caspase3表达水平取出步骤1.2.3.1中冻存的胰腺组织→剪碎后加入组织蛋白裂解液200 μL于冰上匀浆20 min→4 ℃条件下[9],以12 000×g离心力离心15 min→采用BCA蛋白质检测试剂盒检测上清液中总蛋白水平以确定上样量→按照试剂盒说明配制SDSPAGE凝胶,灌注于电泳装置上→上样→电泳(5%浓缩胶80 V,10%分离胶100 V)分离目的蛋白→转印至硝酸纤维素膜上→室温下,5%封闭液封闭1 h→TBST漂洗5 min×3次→4 ℃条件下,Bcl2(1:200稀释)、Caspase3(1∶200稀释)、βactin(1∶500稀释)一抗工作液孵育过夜→TBST漂洗5 min×3次→室温下,羊抗兔二抗(1∶1 000稀释)工作液孵育1 h→TBST漂洗5 min×3次→采用ECL化学发光检测试剂盒使蛋白条带显影,然后曝光、定影。采用Alliance Chroma型凝胶成像系统对蛋白条带进行扫描并拍照,分析各蛋白条带灰度值,计算Bcl2、Caspase3相对βactin的表达量。
1.3统计学方法采用SPSS 22.0统计软件对所有实验数据进行分析,符合正态性的计量资料采用均数±标准差(±s)表示,多组间比较采用单因素方差分析,组间多重比较采用LSDt检验,以P<0.05为差异有统计学意义。
2结果
2.1各组大鼠FBG、FINS、HOMAβ水平比较与对照组比较,模型组大鼠FBG水平明显升高,FINS、HOMAβ水平显著降低,差异有统计学意义(P<0.05)。与模型组比较,各给药组大鼠FBG水平均较低,且益气养阴活血方低剂量组>益气养阴活血方中剂量组>益气养阴活血方高剂量组和西药组,差异有统计学意义(P<0.05)。与模型组比较,各给药组大鼠FINS、HOMAβ水平均较高,且益气养阴活血方低剂量组<益气养阴活血方中剂量组<益气养阴活血方高剂量组和西药组,差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。
2.2各组大鼠胰岛细胞凋亡指数比较与对照组比较,模型组大鼠胰岛细胞凋亡指数明显升高,差异有统计学意义(P<0.05)。与模型组比较,各给药组大鼠胰岛细胞凋亡指数较低,且益气养阴活血方低剂量组>益气养阴活血方中剂量组>益气养阴活血方高剂量组和西药组,差异有统计学意义(P<0.05)。见表2,图1。
2.3各组大鼠胰腺组织miR375表达水平比较与对照组比较,模型组大鼠胰腺组织miR375表达水平明显升高,差异有统计学意义(P<0.05)。与模型组比较,各给药组大鼠胰腺组织miR375表达水平均较低,且益气养阴活血方低剂量组>益气养阴活血方中剂量组>益气养阴活血方高劑量组和西药组,差异有统计学意义(P<0.05)。见表3,图2~5。
2.4各组大鼠胰腺组织Bcl2、Caspase3表达水平比较与对照组比较,模型组大鼠胰腺组织Bcl2表达水平显著降低,Caspase3表达水平明显升高,差异有统计学意义(P<0.05)。与模型组比较,各给药组大鼠胰腺组织Bcl2表达水平较高,且益气养阴活血方低剂量组<益气养阴活血方中剂量组<益气养阴活血方高剂量组和西药组,差异有统计学意义(P<0.05)。与模型组比较,各给药组大鼠胰腺组织Caspase3表达水平较低,且益气养阴活血方低剂量组>益气养阴活血方中剂量组>益气养阴活血方高剂量组和西药组,差异有统计学意义(P<0.05)。见表4,图6。
3讨论
T2DM的发病机制十分复杂且尚未完全清楚,遗传、代谢、免疫异常、炎症反应等多种因素均参与其发生发展过程,深入研究其发病机制有助于寻找新的治疗靶点,为T2DM的新药寻找提供方向和依据。近年来,随着分子生物学的发展,研究发现,微小RNA在T2DM及其并发症的发生中扮演重要角色。微小RNA属于非编码单链RNA,仅含有22个核苷酸序列,能够直接结合并调节靶基因的表达[1011]。繆洪芸等[12]研究发现,特异性miRNA可以直接通过调节代谢紊乱、B细胞凋亡、炎症反应等,参与T2DM的发病过程,可作为T2DM治疗的新靶点进行探讨。中医认为,该病属于“消渴病”范畴[13],根本病机为肺、脾、肾阴虚燥热,耗伤气津,气阴两虚,血行不畅,久之成瘀,发为本病,治疗上应以益气养阴为主,兼以活血。本研究针对T2DM的中医病机,采用益气养阴活血方对T2DM模型大鼠胰岛分泌功能的影响,并通过研究miR375表达情况,探讨其作用机制。
益气养阴活血方方中黄芪味甘,性微温,可补气固表,利尿消肿,山萸肉味酸、涩,性微温,能补益肝肾,收涩固脱,二者健脾益气、滋养肝肾,共为君药;茯苓味甘、淡,性平,善健脾渗水利湿,白术味苦、甘,温,有健脾益气,燥湿利水之效,麦冬味甘、微苦,性微寒,可泻热生津解渴,葛根味甘,性辛凉,能生津止渴,五味子味酸、甘,性温,善滋肾,生津,收汗,女贞子味甘、苦,性平,可补益肝肾,滋阴益寿,墨旱莲味甘酸,性凉,有凉血,补肾,益阴之功,这几味药既能助君药益气健脾,又能养阴生津止渴,共为臣药;再加上桃仁、红花活血祛瘀,川芎行气活血,玄参、知母清肺、凉胃、泻肾,使补而不滞,同行三焦,共为佐使;全方药物配伍,三焦并补,以泄助补,共奏益气养阴,活血通瘀之效。现代药理研究显示,黄芪中含有黄芪总酮、黄芪总多糖等活性成分,能够通过增强胰岛素敏感性、抗炎、抗氧化、调节免疫功能等作用防治糖尿病[14];麦冬中的有效成分主要为麦冬多糖、甾体皂苷等,有较好的降血糖作用[15]。
本研究采用高糖高脂饲料喂养联合链脲佐菌素腹腔注射,使得模型组大鼠血糖水平升高,胰岛素分泌减少,成功建立了T2DM大鼠模型。各组经不同剂量益气养阴活血方和二甲双胍干预后,大鼠FBG水平低于模型组,FINS、HOMAβ水平高于模型组,且益气养阴活血方低剂量组和西药组较模型组差异最为明显,表明益气养阴活血方可以有效控制T2DM大鼠血糖水平,改善胰岛细胞的分泌功能,防治病情进展,而且药物剂量越大,作用效果越好。
本研究从对miR375及胰岛细胞凋亡调控方面探讨作用机制。胰岛B细胞是机体胰岛素的唯一来源,分泌功能异常是引起胰岛素不足的主要原因,有研究认为,在T2DM患者中,B细胞凋亡增多,正常细胞数量减少是分泌功能缺陷的关键,干预B细胞凋亡在T2DM的治疗中有重要意义[16]。miR375是胰腺特异性微小RNA之一[17],参与糖脂代谢、胰腺生长发育及功能维持等过程。曹月等[18]的体外研究显示,miR375能够通过特异性的抑制早老素1蛋白表达,诱导大鼠胰岛B细胞系INS1细胞凋亡。下调内源性miR375表达,则有助于抑制NIT1胰岛B细胞脂性凋亡。杨庆宇和郜娜[19]的研究提示,糖尿病小鼠胰岛组织中miR375呈过表达状态,其可能通过调节抑制Bcl2表达,促进Caspase3表达来诱导B细胞凋亡。本研究中,各组大鼠胰岛细胞凋亡指数及胰岛组织Caspase3表达水平均低于模型组,Bcl2表达水平高于模型组,且益气养阴活血方低剂量组和西药组变化最明显,表明高剂量益气养阴活血方能有效调控miR375及关蛋白Bcl2、Caspase3表达,抑制胰岛细胞凋亡,这可能是益气养阴活血方改善胰岛分泌功能,治疗T2DM的作用机制之一。
综上所述,益气养阴活血方能剂量依赖性地降低T2DM大鼠血糖水平,改善胰岛分泌功能,抑制胰岛细胞凋亡,其作用可能与抑制胰岛组织miR375表达,进而调节凋亡相关蛋白Bcl2、Caspase3表达有关。
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(2020-08-10收稿本文编辑:杨觉雄)
基金项目:河北省中医药管理局科研计划项目(2017129)
作者简介:王顺意(1988.11—),女,硕士研究生,主治医师,研究方向:中医药治疗糖尿病,Email:ktene3@163.com
通信作者:张军(1968.06—),女,硕士,主任中医师,硕士研究生导师,研究方向:中医药治疗糖尿病,Email:tszhangj@126.com