AKAP1在肥胖型糖尿病发生中的作用及初步机制研究

作     者：赵亚 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王福;邢金良

授予年度：2019年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100201[医学-内科学(含：心血管病、血液病、呼吸系病、消化系病、内分泌与代谢病、肾病、风湿病、传染病)] 10[医学] 

主      题：AKAP1 肥胖型糖尿病 高脂饮食 AKAP1敲除小鼠模型 BAT 

摘      要：目的:线粒体被称为人体的“能量工厂,在调节细胞糖、脂代谢中发挥关键作用。近期研究发现线粒体功能异常与糖尿病及其并发症的发生密切相关。A型激酶锚定蛋白1(AKAP1)定位于线粒体外膜,通过与蛋白或mRNA相互作用调控多种线粒体功能。体外研究发现线粒体AKAP1与脂质代谢相关,且AKAP1表达在脂肪细胞分化过程中显著增加,但AKAP1究竟在机体脂代谢中发挥何种作用,线粒体功能是否参与其中尚未可知。本研究拟利用AKAP1敲除小鼠,构建高脂饮食诱导的糖尿病模型,研究AKAP1在肥胖型糖尿病发生中的作用和具体机制。材料及方法:长期高脂饮食喂养野生型小鼠及AKAP1敲除小鼠,并且在喂养期间每两周检测一次小鼠的体重、空腹血糖。饲养24周后,利用双能X射线骨密度仪分析小鼠的体脂率,进行葡萄糖耐量、胰岛素耐量实验,并检测小鼠甘油三酯、胆固醇以及游离脂肪酸水平,H&E染色观察小鼠脂肪及肝脏组织形态变化。进一步,为初步研究AKAP1影响肥胖型糖尿病发生的机制,我们采用代谢笼监测小鼠能量收支变化,利用自动化应用热像仪测定小鼠体温及肩胛棕色脂肪温度,并利用小动物直肠温度检测器测定小鼠直肠温度,利用Micro-PET/CT检测小鼠F-FDG葡萄糖摄取情况,又通过蛋白免疫印迹、实时定量PCR及免疫组织化学检测相关分子的表达情况,再通过透射电镜观察高脂饮食诱导的AKAP1敲除小鼠模型的各组织线粒体形态、数目及面积变化。最后,我们利用腺相关病毒恢复AKAP1敲除小鼠棕色脂肪组织中AKAP1的表达,并高脂喂养,检测小鼠体重、胰岛素敏感性及组织形态学改变。结果:我们发现,与野生型小鼠相比,AKAP1敲除可显著缓解高脂饮食诱导的糖尿病发生,具体表现为:(1)体重增长较慢;(2)体脂率较低;(3)血清中甘油三酯、胆固醇及游离脂肪酸含量更少;(4)改善高脂饮食诱导的脂肪肝。随后,利用代谢笼研究发现与野生型对照相比,AKAP1敲除小鼠食物摄入量无显著差异,但产热增加。进一步,我们发现敲除小鼠肩胛区体温升高,且急性冷刺激6h后敲除小鼠体温显著高于对照组,提示AKAP1敲除小鼠肩胛区棕色脂肪组织(BAT)产热增加。进一步研究发现寒冷刺激下AKAP1敲除小鼠BAT的F-FDG葡萄糖摄取能力增强,提示其代谢活性增强。此外,免疫组化和Western Blot结果均显示AKAP1敲除小鼠BAT中UCP1表达显著增多。上述结果提示AKAP1敲除小鼠BAT产热活性增加。最后,我们利用腺相关病毒恢复敲除小鼠BAT组织的AKAP1表达,发现高脂饮食饲养六个月后,与注射对照病毒的AKAP1敲除小鼠相比,恢复棕色脂肪组织中AKAP1表达后小鼠体重增加,发生胰岛素抵抗,且全身产热减少,提示AKAP1可通过抑制棕色脂肪组织线粒体产热促进高脂饮食诱导的肥胖及糖尿病发生。结论:在本研究中,我们利用AKAP1敲除小鼠构建高脂饮食诱导的糖尿病模型,研究AKAP1在肥胖型糖尿病发生中的作用,并初步探讨其机制。我们发现,AKAP1敲除可以抑制高脂饮食诱导的肥胖,改善高脂饮食诱导的代谢紊乱、血糖异常变化以及血脂增高。进一步,我们发现AKAP1敲除小鼠BAT线粒体UCP1表达增多,且产热活性增加。最后,恢复AKAP1敲除小鼠BAT中AKAP1表达可逆转上述效应,提示AKAP1可通过抑制BAT线粒体产热促进高脂饮食诱导的肥胖型糖尿病发生。