心肌葡萄糖代謝的分子機制探討——AMPK和SNARK信號傳導(dǎo)通路.pdf

1、背景:
　　 近年來，全球糖尿病的發(fā)病率顯著提高，糖尿病是心血管疾病的獨立危險因子，而心血管疾病又是糖尿病病人致死致殘的主要原因之一。糖尿病增加心血管疾病危險性的具體機制目前尚不清楚，但心肌胰島素抵抗及葡萄糖代謝紊亂是糖尿病心肌病變的共同特征和主要發(fā)病機制。因此，探討心肌葡萄糖代謝的具體分子機制迫在眉睫。
　　 肥胖的糖尿病患者常常伴有胰島素抵抗。而富含游離脂肪酸的高脂飲食是導(dǎo)致胰島素抵抗的重要危險因素之一。近來的研究證

2、實，脂代謝紊亂既是胰島素抵抗的原因，又是胰島素抵抗的結(jié)果。隨著生活水平的提高，全世界肥胖患者的發(fā)病率日益增多，其中高脂、低碳水化合物飲食是其常見的原因之一。
　　 研究發(fā)現(xiàn)，高脂、低碳水化合物飲食可導(dǎo)致心肌能量代謝紊亂，然而其具體分子機制尚不清楚。AMP活化的蛋白激酶(AMPK)可以調(diào)節(jié)心肌葡萄糖的利用及能量平衡。AMPK可被其上游激酶LKB1激活，進而激活其下游靶蛋白，例如PPARγ輔激活因子1α（PGC-1α），磷酸果糖激酶

3、2(PFK-2)等，并可促進葡萄糖轉(zhuǎn)運子(GLUT1，GLUT4)的轉(zhuǎn)位，從而調(diào)節(jié)葡萄糖的轉(zhuǎn)運和攝取。
　　 有研究報道，高脂、低碳水化合物飲食13周顯著影響大鼠脂肪細胞及骨骼肌細胞的糖代謝和胰島素敏感性。近年來的報道也表明，高脂、低碳水化合物飲食與心臟功能異常及能量代謝紊亂密切相關(guān)。高脂、低碳水化合物飲食60天可降低附睪脂肪組織中AMPK的磷酸化和活性，以及骨骼肌PGC-1a的表達。此外，AMPK介導(dǎo)的PFK2活化可能參與心肌

4、缺血糖原分解的激活過程。然而，高脂、低碳水化合物飲食對心肌功能及相關(guān)分子機制的研究卻很少。
　　 因此，我們給予大鼠不同的飲食結(jié)構(gòu)，然后研究高脂、低碳水化合物對心臟功能、心肌AMPK活性，以及對LKB1、AMPK、PGC-1α和PFK-2蛋白表達的影響。
　　 目的:
　　 本研究觀察了正常飲食及高脂、低碳水化合物飲食對心臟功能、心肌AMPK活性，以及LKB1、AMPK、PGC-1a和PFK-2蛋白表達的影響;并

5、進一步闡述了高脂、低碳水化合物飲食影響心肌功能及代謝紊亂的可能機制。
　　 具體探討了以下問題:
　　 1.觀察高脂、低碳水化合物飲食對糖脂代謝及心臟功能的影響。
　　 2.觀察高脂、低碳水化合物飲食對心肌組織中AMPK活性的影響。
　　 3.觀察高脂、低碳水化合物飲食對心肌組織中LKB1、AMPK、PGC-1a和PFK-2蛋白表達的影響。
　　 方法:
　　 1.動物分組及喂養(yǎng):

6、　　 雄性Wistar大鼠24只（4周，160-180g），隨機分為2組，每組12只，即實驗組和對照組，在同等熱量的情況下，分別給予高脂、低碳水化合物飲食（59％脂肪，24％碳水化合物及17％蛋白質(zhì)）及對照組飲食（10％脂肪，70％碳水化合物及20％蛋白質(zhì)），喂養(yǎng)時間為22周，每周記錄體重、食物及水量。
　　 2.高脂、低碳水化合物飲食對糖脂代謝及心臟功能的影響:處死之前抽取空腹血，檢測空腹血糖(FPG)、空腹胰島素(FINS

7、)、血清總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL)。采用經(jīng)胸超聲心動圖測量左心室收縮末期直徑(LVESD)，舒張末期直徑(EDD)，收縮期室間隔壁厚度(IVSS)，舒張期室間隔厚度(IVSD)，收縮期后壁厚度(PS)，和舒張期后壁厚度(PD)。
　　 3.高脂、低碳水化合物飲食對心肌組織中AMPK活性的影響:稱量大鼠左心室組織并采用放射性32P測量AMPK的活性。
　　 4.高脂、低碳水化合物飲食對心肌組

8、織中LKB1、AMPK、PGC-1α和PFK-2表達的影響:RT-PCR檢測心肌組織中AMPK催化亞基AMPKα1和α2的mRNA水平。Westernblot檢測Total-LKB1,Phospho-LKB1(Ser431),AMPKα,Phospho-AMPKα(Thr172)，PGC-1α以及Phospho-PFK-2(ser466)的蛋白表達水平。
　　 結(jié)果:
　　 1.觀察高脂、低碳水化合物飲食對糖脂代謝及心臟

9、功能的影響;
　　 1.1.高脂、低碳水化合物飲食對糖脂代謝的影響:
　　 實驗前兩組大鼠的體重?zé)o明顯差異（實驗組:209.50±13.77g，對照組:210.25±12.10g（P＞0.05）），高脂、低碳水化合物喂養(yǎng)22周后，實驗組大鼠的體重比對照組增加了13.2％（P＜0.01）。實驗組大鼠的空腹血糖升高了28.1％（P＞0.05），但未達到統(tǒng)計學(xué)意義。高脂、低碳水化合物飲食顯著升高了空腹胰島素水平（29.3％，P

10、＜0.05)，這表明實驗組大鼠出現(xiàn)了胰島素抵抗。同時，與對照組相比，實驗組大鼠的血清總膽固醇、低密度脂蛋白、甘油三酯分別增加了15.0％(P＞0.05),38.7％(P＜0.01),33.5％(P＜0.01)。
　　 1.2.高脂、低碳水化合物飲食對心臟功能的影響:
　　 兩組大鼠實驗前左心室的各項參數(shù)無明顯差異，然而高脂、低碳水化合物飲食喂養(yǎng)22周后，與對照組相比，實驗組的左心室收縮末期直徑(ESD)及收縮期室間隔壁厚

11、度(IVSS)明顯增加，然而舒張末期直徑(EDD)，舒張期室間隔厚度(IVSD)，收縮期后壁厚度(PS)和舒張期后壁厚度(PD)無明顯變化。實驗組大鼠的縮短分?jǐn)?shù)(FS％)和射血分?jǐn)?shù)(EF％)也相應(yīng)的降低。
　　 2.高脂、低碳水化合物飲食降低心肌組織中AMPK活性及表達:
　　 在高脂、低碳水化合物飲食喂養(yǎng)22周的實驗組大鼠中，心肌AMPKα1和AMPKα2的活性被明顯抑制。與對照組相比，實驗組大鼠的AMPKα1和AMP

12、Kα2基因表達分別下降了43.33％（P＜0.05)，27.52％（P＜0.05);同時實驗組大鼠總的AMPKα蛋白水平及磷酸化AMPKα的蛋白水平也明顯降低，分別降低了54.47％（P＜0.05），58.76％（P＜0.05)。然而，兩組磷酸化AMPKα與總AMPKα蛋白水平的比值無顯著統(tǒng)計學(xué)意義。
　　 3.高脂、低碳水化合物飲食對心肌組織中LKB1、PGC-1α和PFK-2表達的影響:
　　 實驗組及對照組大鼠心肌

13、組織中總的LKB1蛋白水平無明顯差異，然而，與對照組相比，實驗組大鼠心肌組織的磷酸化LKB1顯著降低了59.09％（P＜0.05）。實驗組大鼠心肌組織的PGC-1α及磷酸化PFK-2的蛋白表達水平均顯著下降。
　　 結(jié)論:
　　 1、高脂、低碳水化合物飲食增加了實驗組大鼠的體重，空腹胰島素水平，以及血清總膽固醇、低密度脂蛋白、甘油三酯水平。高脂、低碳水化合物飲食致使大鼠心肌收縮功能受損。
　　 2、高脂、低碳水化