歐陽(yáng)慧，　夏忠勝，　楊洪生，　于　濤，　盧錫基，　許稷豪，　陳其奎

(中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院消化內(nèi)科，廣東 廣州 510120)

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胰島素受體亞型改變及相關(guān)通路活化在糖尿病小鼠腸上皮細(xì)胞過(guò)度增殖中的作用*

歐陽(yáng)慧，夏忠勝，楊洪生，于濤△，盧錫基，許稷豪，陳其奎

(中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院消化內(nèi)科，廣東 廣州 510120)

[摘要]目的： 探討胰島素受體亞型改變及其相關(guān)下游通路活化情況在糖尿病小鼠腸上皮細(xì)胞異常增殖中的作用。 方法: 用腹腔注射鏈脲霉素的方法制作糖尿病小鼠模型，采用增殖細(xì)胞核抗原標(biāo)記法比較糖尿病小鼠及對(duì)照組小鼠腸上皮細(xì)胞的增殖情況。利用RT-PCR法測(cè)定胰島素受體亞型表達(dá)比例在2組中的差異。采用real-time PCR及Western blot法分別從mRNA和蛋白質(zhì)水平檢測(cè)2組之間胰島素受體相關(guān)通路各分子MEK1/2、ERK1/2、PI3K以及Akt的表達(dá)情況。 結(jié)果: 糖尿病組小鼠的小腸上皮細(xì)胞增殖指數(shù)顯著升高(P<0.05)，且細(xì)胞中胰島素受體亞型IR-A/IR-B的比值也明顯升高(P<0.05)。糖尿病小鼠腸上皮細(xì)胞中MEK1、MEK2和ERK1/2的mRNA水平及磷酸化蛋白水平均高于對(duì)照組(P<0.05)。 結(jié)論: 糖尿病小鼠腸上皮細(xì)胞過(guò)度增殖可能與其中胰島素受體亞型IR-A/IR-B的比值增高及其相關(guān)MEK/ERK通路的激活有關(guān)。

[關(guān)鍵詞]糖尿??； 腸上皮細(xì)胞； 胰島素受體； 細(xì)胞增殖

近年來(lái)，我國(guó)糖尿病(diabetes mellitus，DM)的患病率迅速增長(zhǎng)，而糖尿病腸病作為DM常見(jiàn)的并發(fā)癥之一也越來(lái)越受到關(guān)注。DM患者中有大約10%～20%具有消化道癥狀，主要表現(xiàn)為胃腸道的功能障礙，如腹脹、頑固性腹瀉和吸收不良等。越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病腸病患者的腸道除了功能異常，其腸上皮細(xì)胞(intestinal epithelial cells，IECs)還呈現(xiàn)出過(guò)度增殖的狀態(tài)，但其機(jī)制尚未完全闡明[1-2]。

胰島素受體(insulin receptors，IR)在體內(nèi)廣泛分布于肝臟、脂肪、肌肉、腸道上皮等組織中，其結(jié)構(gòu)與胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體相似，具有IR-A和IR-B 2個(gè)亞型，其亞型比例的改變與后續(xù)下游信號(hào)通路的活化密切相關(guān)[3-4]。近年來(lái)許多研究發(fā)現(xiàn)胰島素樣生長(zhǎng)因子與細(xì)胞增殖、分化及多種腫瘤的發(fā)生有關(guān)，而IR是胰島素樣生長(zhǎng)因子系統(tǒng)的重要組成部分，這提示著IR亞型比例的改變也可能在細(xì)胞增殖、分化及腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中也起著重要的作用[5-6]。然而，目前IR受體亞型比例改變對(duì)促進(jìn)DM腸道上皮細(xì)胞增殖作用的研究報(bào)道較少，具體機(jī)制尚不明確。因此，本研究旨在觀察IR受體亞型的改變及其下游相關(guān)通路的活化情況與DM小鼠IECs過(guò)度增殖的關(guān)系。

材料和方法

1主要試劑

鏈脲霉素購(gòu)自Sigma；EDTA和DTT購(gòu)自上海碧云天生物技術(shù)有限公司；增殖細(xì)胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen，PCNA)、IR、相關(guān)MEK/ERK和PI3K/Akt通路中關(guān)鍵分子的多克隆抗體，HRP標(biāo)記山羊抗兔IgG(H+L)，U0126均購(gòu)自CST；TRIzol?試劑盒購(gòu)自Life Technology； mRNA逆轉(zhuǎn)錄試劑盒和RT-PCR試劑盒購(gòu)自TaKaRa；ECL試劑盒購(gòu)自Santa Cruz；其它生化試劑均為進(jìn)口分裝或國(guó)產(chǎn)分析純；相關(guān)引物由上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司根據(jù)設(shè)計(jì)合成。

2實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為SPF級(jí)C57BL/6J小鼠，共40只，雌雄各半，鼠齡8周，體重19～20 g，購(gòu)于中山大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的所有實(shí)驗(yàn)過(guò)程均在中山大學(xué)實(shí)驗(yàn)倫理委員會(huì)的監(jiān)督指導(dǎo)下完成，符合實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理學(xué)要求。

3主要方法

3.1DM小鼠模型的建立及處理40只C57BL/6J小鼠隨機(jī)分為2組，一組為DM組(30只)，另外一組為正常對(duì)照組(10只)。DM組小鼠給予腹腔內(nèi)注射鏈脲霉素(70 mg/kg)，每天1次，連續(xù)5 d，正常對(duì)照組給予相同體積的0.1 mol/L檸檬酸緩沖液腹腔注射，每天1次，連續(xù)5 d。小鼠血糖值隨機(jī)測(cè)得大于16.7 mmol/L至少超過(guò)3次，并持續(xù)穩(wěn)定在該水平以上為DM小鼠造模成功[7]。于第10周時(shí)發(fā)現(xiàn)30只DM小鼠血糖仍維持在16.7 mmol/L以上，選取DM小鼠與正常對(duì)照小鼠各10只斷頸處死，沿腹部正中線切開(kāi)腹腔，分離完整小腸(從幽門(mén)至回盲部)進(jìn)行后續(xù)研究。

選取造模成功的DM小鼠20只，隨機(jī)分為二甲基亞砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)組(10只)和U0126組(10只)。其中U0126為MEK激酶抑制劑，特異性抑制MEKK1激活，抑制MAPKs級(jí)聯(lián)反應(yīng)，溶解于DMSO，經(jīng)尾靜脈注射(4 d注射1次)，連續(xù)10周。

3.2PCNA法測(cè)定腸上皮細(xì)胞增殖指數(shù)將4%多聚甲醛固定后的小腸組織進(jìn)行石蠟包埋，制備組織切片。切片組織經(jīng)常規(guī)脫蠟、水化，過(guò)氧化酶阻斷劑孵育10 min，非免疫羊血清孵育10 min，PCNA I抗(1∶250稀釋)4 ℃孵育過(guò)夜，II抗37 ℃室溫孵育30 min，鏈霉素抗生物素-過(guò)氧化物酶孵育10 min，DAB顯色5 min，磷酸鹽緩沖液終止顯色，蘇木素復(fù)染30 s，常規(guī)脫水、封片后置于顯微鏡下觀察。光鏡下觀察PCNA陽(yáng)性細(xì)胞的位置及表達(dá)情況。在400倍的觀察條件下，計(jì)算每個(gè)視野中小腸隱窩內(nèi)PCNA陽(yáng)性細(xì)胞的數(shù)目。隨機(jī)選擇10個(gè)視野計(jì)數(shù)分析，取均值做后續(xù)統(tǒng)計(jì)。

3.3原代小鼠IECs的分離及鑒定去除小腸系膜，沿縱軸切開(kāi)小腸，用預(yù)冷的無(wú)菌PBS清洗數(shù)次，加入分離液I(DPBS + 30 mmol/L EDTA + 1.5 mmol/L DTT)，冰上放置20 min，之后將整段小腸轉(zhuǎn)移至分離液II(DPBS + 30 mmol/L EDTA)中，37 ℃水浴10 min，劇烈搖晃30 s，棄去殘留的腸段，將余下的液體以2 500 r/min離心5 min，沉淀重懸于10 mL的PBS中，重復(fù)該步驟2次。沉淀重懸液為所分離的小腸上皮細(xì)胞，在倒置顯微鏡下進(jìn)行觀察。對(duì)上述分離到的原代小腸上皮細(xì)胞進(jìn)一步消化,制備單細(xì)胞懸液, 以 CD24 作為 IECs 的表面標(biāo)志，以 CD45 作為混雜的間質(zhì)細(xì)胞的表面標(biāo)志, 分別在 PE 及 APC 熒光抗體標(biāo)記后,使用流式細(xì)胞儀分選CD24lowCD45-細(xì)胞組分。

3.4半定量RT-PCR及real-time PCR提取上述兩組IECs總RNA，采用分光光度法測(cè)定總RNA質(zhì)量及濃度。各取0.5 μg總RNA，逆轉(zhuǎn)錄成cDNA。按照下述條件行IR的PCR分析(共35個(gè)循環(huán))：94 ℃ 30 s；59 ℃ 30 s；72 ℃ 1 min。回收PCR產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳及半定量分析IR-A/IR-B的比值。采用2.5%瓊脂糖凝膠，電泳條件為90 V(恒壓)電泳30 min，結(jié)束后進(jìn)行凝膠圖像記錄及分析。Real-time PCR按照試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行，反應(yīng)條件為95 ℃ 15 s；60 ℃ 1 min,共40個(gè)循環(huán)。以18S rRNA為內(nèi)參照計(jì)算基因的相對(duì)表達(dá)量。PCR反應(yīng)的引物序列見(jiàn)表1。

表1　PCR的引物序列

3.5Western blot實(shí)驗(yàn)收集上述各組的IECs，用組織蛋白裂解液裂解細(xì)胞，置于冰上30 min，然后12 000 r/min離心20 min。用BCA法測(cè)定總蛋白濃度。定量后上樣，進(jìn)行SDS-PAGE，然后以200 mA恒流電轉(zhuǎn)2 h后，用5%脫脂牛奶封閉1 h，加入I抗(IR、p-MEK、MEK、p-ERK、ERK、PI3K、p-Akt和Akt均為1∶1 000稀釋；β-actin為1∶5 000稀釋)4 ℃孵育過(guò)夜，TBST洗膜3遍，在HRP標(biāo)記的II抗(1∶5 000稀釋)中室溫孵育1 h，TBST洗4遍，曝光、顯影與定量分析。

4統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示，兩組間均數(shù)比較采用獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

1DM小鼠小腸上皮增殖過(guò)度

采用免疫組化染色的方法對(duì)DM組及對(duì)照組小鼠小腸上皮表達(dá)PCNA的情況進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果顯示，DAB染色陽(yáng)性的細(xì)胞主要分布于兩組小腸上皮隱窩的底部及下段。與對(duì)照組小鼠相比，DM小鼠小腸上皮組織PCNA增殖指數(shù)顯著升高，見(jiàn)圖1。

Figure 1.Abnormal proliferation of IECs in the DM mice (PCNA immunohistochemical staining,×400, scale bar=25 μm). The arrow heads indicate PCNA positive cells.Mean±SD.n=10.*P<0.05vscontrol group.

圖1DM小鼠小腸上皮組織出現(xiàn)增殖過(guò)度的改變

2原代小鼠IECs的鑒定

采用EDTA分離及差異離心法分離到的原代小鼠IECs組分中含有大量隱窩細(xì)胞及絨毛。流式細(xì)胞技術(shù)的檢測(cè)結(jié)果顯示，原代分離的小鼠IECs中CD24lowCD45-細(xì)胞比例為10.99%，見(jiàn)圖2。

3DM小鼠原代IECs中IR表達(dá)上調(diào)及IR亞型比例改變

Western blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，DM組小鼠小腸上皮表達(dá)IR的蛋白質(zhì)水平顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。RT-PCR結(jié)果顯示，DM小鼠的原代IECs內(nèi)IR亞型IR-A/IR-B的比值高于正常對(duì)照小鼠(P<0.05)，見(jiàn)圖3。

4DM小鼠小腸上皮內(nèi)IR下游相關(guān)通路MEK/ERK及PI3K/Akt的變化

MEK/ERK及PI3K/Akt通路是IR下游重要的相關(guān)信號(hào)通路。結(jié)果顯示，DM組小腸上皮內(nèi)MEK1、MEK2和ERK1/2的mRNA水平表達(dá)均較正常對(duì)照組明顯升高(P<0.05)。蛋白質(zhì)水平上，DM組小腸上皮內(nèi)磷酸化狀態(tài)的p-MEK1/2及p-ERK1/2與其總的表達(dá)水平的比值也較正常組明顯升高(P<0.05),見(jiàn)圖4A、B。

Figure 2.The identification of primary IECs of mice (×400,scale bar=25 μm).The arrow head indicates intestinal crypt cell, while the arrow indicates intestinal villus cell.

圖2原代小鼠IECs的鑒定

另一下游通路的重要分子PI3K和Akt的mRNA水平在DM組和對(duì)照組小腸上皮內(nèi)的表達(dá)之間無(wú)顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。蛋白質(zhì)水平上，PI3K、Akt及p-Akt的水平在兩組間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性，見(jiàn)圖4C、D。

Figure 3.The IR protein expression (A) and IR-A/IR-B mRNA ratio (B) in the IECs of DM mice. Mean±SD.n=10.*P<0.05vscontrol group.

圖3DM小鼠IEC高表達(dá)IR及IR亞型比例改變

Figure 4.The activation of MEK/ERK (A，B) and PI3K/Akt(C，D) pathways in the IECs of DM mice. Mean±SD.n=10.*P<0.05vscontrol group.

圖4IR下游相關(guān)通路MEK/ERK及PI3K/Akt的活化情況

5U0126對(duì)糖尿病小鼠IECs中MEK/ERK通路的影響及其對(duì)糖尿病小鼠IECs異常增殖的影響

U0126是MEK激酶抑制劑，特異性抑制MEKK1激活，抑制MAPKs級(jí)聯(lián)反應(yīng)。Western blot結(jié)果顯示，U0126組小鼠小腸上皮內(nèi)磷酸化狀態(tài)的p-MEK1/2及p-ERK1/2與其總蛋白水平的比值也較DMSO組明顯升高(P<0.05)。免疫組化顯示，與DMSO小鼠相比，U0126組小鼠小腸上皮組織的PCNA增殖指數(shù)顯著降低(P<0.05)，見(jiàn)圖5。

Figure 5.Down-regulation of the MEK/ERK pathway by U0126 (A) normalized the abnormal proliferation (B) of IECs in DM mice (PCNA immunohistochemical staining,×400, scale bar=25 μm). Mean±SD.n=10.*P<0.05vsDMSO group.

圖5U0126對(duì)糖尿病小鼠IECs中MEK/ERK通路的影響及其對(duì)糖尿病小鼠IECs異常增殖的影響

討論

糖尿病腸病作為糖尿病患者常見(jiàn)并發(fā)癥之一，其發(fā)病機(jī)制可能為內(nèi)臟神經(jīng)疾患、腸道的運(yùn)動(dòng)功能失常、腸道菌群失調(diào)、腸道激素分泌紊亂等。此外，Sano等及本研究組均發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者除了表現(xiàn)出胃腸功能障礙的臨床表現(xiàn)，還存在罹患腸道腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)增加及結(jié)腸上皮過(guò)度增殖的現(xiàn)象[7-9]。這些研究提示了糖尿病患者腸道上皮增殖過(guò)度也是一個(gè)重要的病理改變，但其具體的機(jī)制尚未完全闡明。

本次研究以本研究組既往成果為基礎(chǔ)，采用PCNA標(biāo)記法評(píng)價(jià)DM小鼠及對(duì)照組小鼠小腸上皮細(xì)胞的增殖情況。結(jié)果顯示，DM小鼠小腸上皮組織中PCNA陽(yáng)性細(xì)胞均位于隱窩下段及底部，同時(shí)，增殖指數(shù)明顯高于正常對(duì)照小鼠，進(jìn)一步證實(shí)了DM小鼠腸道存在增殖過(guò)度的現(xiàn)象[7]。目前，DM導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞異常增殖的具體機(jī)制未明，過(guò)去的研究發(fā)現(xiàn)，胰高血糖素樣肽-2(glucagon-like peptide-2, GLP-2)在DE腸上皮異常增殖過(guò)程中起著重要的作用[10]。另有研究也發(fā)現(xiàn)，腸上皮隱窩中的Paneth細(xì)胞分泌的EGF可在局部作用于臨近的腸上皮干細(xì)胞并促進(jìn)后者的增殖和分化[11]。DM狀態(tài)下腸上皮細(xì)胞的異常增殖是個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，上述提到的研究成果可能只是其機(jī)制的一部分，其具體機(jī)制尚有待進(jìn)一步的研究。

IR屬于酪氨酸激酶超家族，由2個(gè)α亞基和2個(gè)β亞基共同組成四聚體跨膜糖蛋白。IR有2種亞型：缺少外顯子11的IR-A和包含外顯子11的IR-B，這兩者由IR轉(zhuǎn)錄蛋白選擇性剪切而來(lái)[12]。胰島素與IR胞外的α亞基結(jié)合后，激活I(lǐng)R的酪氨酸激酶自身磷酸化，然后通過(guò)2條主要信號(hào)通路發(fā)揮生物學(xué)作用：(1) PI3K/Akt通路，PI3K由一個(gè)調(diào)節(jié)亞基p85和一個(gè)催化亞基p110組成，通過(guò)磷酸肌醇依賴性激酶1使Akt活化，激活A(yù)kt下游一些酶的活化，如GSK-3、蛋白激酶C等，參與蛋白質(zhì)的合成和細(xì)胞的增殖、分化；(2) MEK/ERK通路。IR活化后可以激活Ras，Ras是一個(gè)具有GTP酶活性的GTP結(jié)合蛋白，和GTP結(jié)合后，活化的Ras可募集激活甘/絲氨酸激酶Raf至細(xì)胞膜，繼而激活MEK激酶，再進(jìn)一步磷酸化甘氨酸/絲氨酸殘基激酶ERK1/2，ERK1/2轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，以控制蛋白合成和細(xì)胞生長(zhǎng)[13]。這2條通路是IR發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)的主要途徑。

為進(jìn)一步闡明DM小鼠IECs出現(xiàn)過(guò)度增殖的機(jī)制，我們對(duì)IR受體亞型的表達(dá)及下游的MEK/ERK、PI3K/Akt通路進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果顯示，IR-A/IR-B的比值在DM組顯著增高，這一表達(dá)特征與其在一些高度增殖狀態(tài)的細(xì)胞中表達(dá)的情況相一致，如乳腺癌、結(jié)腸癌、肺癌等[14]。而接下來(lái)對(duì)于IR下游2條主要與細(xì)胞增殖有關(guān)通路活化情況的研究表明，與對(duì)照組相比，DM小鼠IECs中MEK/ERK通路的活化狀態(tài)顯著升高，而PI3K/Akt通路卻與對(duì)照組水平一致，無(wú)明顯改變。進(jìn)一步的研究結(jié)果表明，利用U0126抑制MEK/ERK通路能有效降低DM小鼠IEC的異常增殖。這一結(jié)果提示，在DM小鼠IECs增殖過(guò)度的過(guò)程中IR亞型改變(IR-A亞型上調(diào))所激發(fā)的下游通路是MEK/ERK通路，這一通路的激活直接引起了DM小鼠IECs的過(guò)度增殖,相反，另外一條通路——PI3K/Akt通路在DM中并未受到激活，說(shuō)明其與這一病理改變關(guān)系不大。然而，更深入的調(diào)控機(jī)制還需要在今后的研究中進(jìn)一步完善。

綜上所述，DM小鼠小腸上皮出現(xiàn)了IR亞型比例的改變(IR-A亞型相對(duì)上調(diào))，這一改變可能通過(guò)激活下游的MEK/ERK通路導(dǎo)致小腸上皮出現(xiàn)增殖過(guò)度，而使用MEK/ERK通路抑制劑U0126能有效抑制這種異常增殖，這一結(jié)果為臨床上DM患者腸道腫瘤高發(fā)的研究提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

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(責(zé)任編輯： 盧萍， 羅森)

MEK/ERK pathway activated by changing insulin receptor isoform is associated with abnormal proliferation of intestinal epithelial cells in diabe-tic mice

OUYANG Hui, XIA Zhong-sheng, YANG Hong-sheng, YU Tao, LU Xi-ji, XU Ji-hao, CHEN Qi-kui

(DepartmentofGastroenterology,SunYat-senMemorialHospital,SunYat-senUniversity,Guangzhou510120,China.E-mail:yutao2014@126.com)

[ABSTRACT]AIM: To investigate the role of insulin receptor (IR)-A/IR-B ratio and the downstream pathway in abnormal proliferation of intestinal epithelial cells (IECs) in diabetic mice. METHODS: Diabetes mouse models were induced by intraperitoneal streptozocin injection. The proliferating cell nuclear antigen (PCNA) proliferation rates in the small intestine tissue were evaluated by immunohistochemical methods. The expression of IR isoforms was detected by RT-PCR. To ensure that the downstream pathways of IR are involved, real-time PCR and Western blot were performed to detect the expression of MEK1/2, ERK1/2, PI3K and Akt. RESULTS: In diabetic mice, the PCNA proliferation rates were higher than those in control group (P<0.05), and a high ratio of IR-A/IR-B was detected in the IECs (P<0.05). The mRNA expression of MEK1, MEK2, ERK1/2 and their phosphorylated protein levels in the diabetic mice were significantly higher than those in control group (P<0.05). CONCLUSION: The over-proliferation of IECs in the diabetic mice is associated with high IR-A/IR-B ratio and up-regulation of IR/MEK/ERK pathway.

[KEY WORDS]Diabetes mellitus; Intestinal epithelial cells; Insulin receptor; Cell proliferation

[文章編號(hào)]1000- 4718(2016)05- 0874- 06

[收稿日期]2015- 11- 09[修回日期] 2016- 01- 11

*[基金項(xiàng)目]國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.81370475)

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[中圖分類號(hào)]R363

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

doi:10.3969/j.issn.1000- 4718.2016.05.018

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