生长分化因子11对2型糖尿病小鼠胰岛β细胞保护作用的研究

修贤杰 辛 恬 张 萍

佳木斯大学医学部临床医学院，黑龙江省佳木斯市 154000

2型糖尿病(Type 2 diabetes，T2DM)是临床常见病和多发病，关于其研究受到了社会的广泛关注。研究发现，在T2DM患者病情发展过程中，进行性β细胞数量的减少及其功能紊乱扮演着非常重要的角色，是造成病情恶化的重要病机之一[1]。生长分化因子11(Growth differentiation factor 11，GDF-11)属于转化生长因子β家族不可缺少的一员，对人体器官的作用集中表现在调控作用方面[2]。近年来，大量学者研究发现，外源性补充GDF-11能够有效改善多种与年龄相关的器官衰老表现，常见的如心肌肥厚、骨骼及损伤等[3]。另有研究报道显示，对于老龄小鼠心脏的损伤，给予GDF-11能够有效促进损伤修复[4]。目前，临床对于GDF-11作用于小鼠血脂代谢紊乱的报道较多，但是关于对小鼠胰岛β细胞的作用机制研究相对较少，外源性补充GDF-11对T2DM小鼠胰岛β细胞的保护作用如何仍旧值得探究。为此，本研究以T2DM小鼠作为研究对象展开相关分析，现将情况报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料 8周龄的SPF级雄性C57BL/6J野生型小鼠共30只，体重15～20g，平均体重(17.45±3.26)g，均购于常州卡文斯实验动物有限公司。高脂饲料、链脲佐菌素(STZ)分别购于北京华阜康生物科技股份有限公司、美国Sigma公司。人重组GDF-11蛋白购于美国Pepro Tech公司。其他材料主要为实验操作所需的材料，如小鼠胰岛素、ELISA试剂盒、血糖仪及试纸、血脂生化指标检测试剂盒、糖化血红蛋白(HbA1c)试剂盒、兔抗人胰升血糖素抗体(1∶100，美国Ab-cam公司)等。

1.2 实验方法

1.2.1 GDF-11的注射：将30只小鼠分为3组，其中采用GDF-11干预的视为干预组，余下10只未采用GDF-11干预视为未干预组，另外10只不进行造模视为正常对照组。正常对照组实施普通饲料喂养，干预组和未干预组给予高脂饲料喂养，均持续喂养4周。4周后，对干预组一次性腹腔注射STZ(100mg/kg)，未干预组注射等量柠檬酸盐缓冲液。STZ注射14d后，剪尾测定各组小鼠血糖水平，连续2d血糖≥13.9mmol/L的小鼠被视为造模成功。

1.2.2 生化指标检测：小鼠禁食12h，腹腔注射60mg/kg戊巴比妥钠麻醉，打开腹腔，后腔静脉采血，离心后取血清，采用酶联免疫吸附法(ELISA)检测血清胰岛素、胰升糖素、TG、TC、FFA、HbA1c水平,按照相应说明书进行操作。剥离完整胰腺，用液氮保存，用于测定组织中胰岛素及胰升糖素含量。

1.2.3 小鼠胰岛分离：小鼠麻醉并剖腹，利用手术钳将胆管末端予以夹闭，在肝管汇合处(左、右汇合处)，对胆总管行穿刺处理，将胶原酶溶液2.3ml缓慢注射其中，其目的是促使胰腺能够均匀膨胀，而后对胰腺进行迅速分离，并置于备好的Ⅴ型胶原酶的 Hank’s平衡液中消化。

1.2.4 RT-PCR检测：采用Trizol试剂提取胰岛总RNA，逆转录成cDNA，荧光实时定量聚合酶链式反应(RT-PCR)对肌腱膜的纤维肉瘤肿瘤基因同系物A(MafA)、胰岛胰腺十二指肠同源盒1(Pdx-1)、Nkx6转录因子相关1(Nkx6.1)等β细胞关键转录因子表达水平。

2 结果

2.1 各组生化指标水平比较 干预4周后，与正常对照组相比，干预组体重、摄食量、FBG、HbA1c和血脂指标水平更高(P<0.05)；与未干预组相比，干预组体重、摄食量、FBG、HbA1c和血脂指标水平明显更低(P<0.05)。详情如表1所示。

表1 各组生化指标水平比较

注：与正常对照组相比，*P<0.05；与未干预组相比，△P<0.05。

2.2 GDF-11上调T2DM小鼠胰岛β细胞功能重要基因表达 干预组Pdx-1、MafA、Nkx6.1的表达明显高于未干预组(P<0.05)，且与正常对照组差异不明显(P>0.05)，详情如表2所示。

表2 各组GDF-11对胰岛β细胞特异性转录因子基因表达的影响

注：与正常对照组相比，*P>0.05；与未干预组相比，△P<0.05。

3 讨论

T2DM在临床上较为常见，属于代谢性疾病的一种，具有较高的发病率，近年来受到人口老龄化趋势加剧、人们生活和工作方式以及饮食结构转变等因素影响，其发病率呈现出逐年上升的趋势[5]。对于T2DM患者而言，随着病情的不断进展，若血糖控制不理想可导致病情恶化，引发相关并发症，如糖尿病足、糖尿病肾病等，甚至造成患者死亡，严重威胁到了人们的健康乃至生命安全[6]。因此，加强对T2DM相关发病机制的研究至关重要。

在T2DM的发生和发展过程中，胰岛素扮演着非常重要的角色，是T2DM患者病情改善和加重的重要风向标[7]。研究表明[8]，在胚胎发育过程中，对于胰岛素的成熟及机体代谢的改善，GDF-11均可在其中发挥重要的作用，而这临床相关研究也比较常见，但是关于GDF-11对成年胰岛β细胞的作用研究很少。研究发现，在糖尿病患者机体循环中，GDF-11水平与不良事件(如并发症、死亡等)的发生率呈负相关[8]。另有关于心血管疾病的研究认为，患者的GDF-11水平与糖尿病发生的风险呈正相关[9-11]。本研究结果显示，补充循环中的GDF-11对糖尿病小鼠FBG及HbA1c有明显的降低作用，可促进糖耐量的改善，但是进一步对体重和摄食量进行分析后发现随着GDF-11的变化并无明显改变，提示GDF-11的降糖作用不依赖于体重及食欲的改变。对于正常小鼠的血糖HbA1c及糖耐量而言，GDF-11的变化对其造成的影响并不明显，表明GDF-11对正常小鼠作用是安全的，这与临床相关文献报道一致。在李欢等[12-13]学者的研究中，针对GDF-11对胰岛β细胞的影响进行了分析，结果发现GDF-11可改善胰岛β细胞功能及维持β细胞含量，进而延缓糖尿病的发生发展。研究发现，胰岛β细胞数量对于维持机体正常糖代谢稳态具有重要意义[14]。在糖尿病中，除了β细胞功能紊乱外，β细胞数量下降也是导致高血糖的主要原因。因此，找到维持β细胞数量的方法对于延缓糖尿病进展十分重要[15]。本实验中，GDF-11不仅可以修复正常胰岛形态结构，而且可能通过维持β细胞含量改善高血糖，但是由于相关方面的研究报道并不多见，本研究结果得出该结论的可信度仍旧有待提升，这需后续研究的进一步挖掘和深化。

综上所述，GDF-11对糖尿病小鼠胰岛β细胞具有显著的保护作用，其作用机制可能与降低血脂，抑制胰升血糖素的释放，上调重要β细胞转录因子，进而改善β细胞功能及维持β细胞数量有关。