活性维生素D通过抑制细胞衰老改善胰岛素抵抗的机制研究

Epidemic investigation indicated that vitamin D deficiency was associated with insulin resistance, whereas the supplementation of active vitamin D could decrease the incidence of insulin resistance, however, the mechanisms are unclear. active vitamin D is a powerful antioxidant, mice with active vitamin D deficiency display increase oxidative stress. To our knowledge, oxidative stress is an important cause to cell senescence. Excessive ROS due to oxidative stress increase the expression of P53 as well DNA damage, which consequently lead to cell senescence by P53-P21 signaling pathway. Meanwhile senescent cells could express and secrete many inflammation factors, which probably provoke insulin resistance. However whether active vitamin D deficiency induce insulin resistance through the accelerating cellular senescence is unclear. Therefore we will raise 1α(OH)ase-/- mice which lack of active vitamin D and their wild-type littermate, and treat them with rescue diet, NAC, 1,25(OH)2D3 and delete P53 gene respectively. Then we assess and compare oxidative stress, DNA damage, cellular senescence, SASP, insulin signaling pathway, glucose metabolism, insulin resistance and glucose tolerance in all the mice above by histology, cytobiology and molecular biology techniques to confirm the hypothesis that active vitamin D deficiency induce insulin resistance by provoke oxidative stress and DNA damage, then up regulate P53, active P53-P21 signaling pathway, induce cellular senescence, consequently SASP and inflammation, which finally lead to insulin resistance.

流行病学调查发现维生素D缺乏胰岛素抵抗相关，补充活性维生素D改善胰岛素抵抗，机制不明。活性维生素D是强抗氧化剂，活性维生素D缺乏小鼠表现为氧化应激增加，氧化应激造成的DNA损伤可上调P53表达，从而激活P53-P21通路，诱导细胞衰老，分泌衰老相关炎性因子。而胰岛素抵抗与炎症反应密切相关。因此我们推测维生素D缺乏可能通过增加氧化应激和DNA损伤，激活P53-P21通路，诱导细胞衰老，分泌衰老相关炎性因子，诱导胰岛素抵抗。为此，我们饲养活性维生素D缺乏的1α(OH)ase-/-小鼠，并分别给予高钙磷饮食，抗氧化剂NAC，P53基因敲除，以及1,25(OH)2 D3补充。利用组织病理学、细胞生物学和分子生物学方法比较分析以上小鼠氧化应激相关指标、DNA损伤情况、细胞衰老指标、细胞衰老相关分泌炎性因子表达和释放、胰岛素信号通路分子表达、糖代谢通路相关分子表达以及胰岛素抵抗和糖耐量情况。

既往的临床和动物研究发现维生素D缺乏与糖尿病相关，维生素D补充能够降低空腹血糖，提高胰岛素敏感性。但是1,25(OH)2 D3缺乏导致糖耐量异常的机制还不明确。. 近年来，研究证实氧化应激在糖尿病患者和糖尿病动物模型中都明显增加。而维生素D缺乏小鼠表现出氧化应激增加。本研究的目标是证实1,25(OH)2D3缺乏增加氧化应激和细胞DNA损伤，激活P53-P21通路，加速肝脏、脂肪和肌肉细胞衰老，分泌衰老相关分泌蛋白及炎性反应分子，诱导胰岛素抵抗。我们分别在细胞系和小鼠中进行了验证。在LO肝细胞系中敲除1α(OH)ase后在表现出GLUT4表达减少，葡萄糖转运障碍，氧化应激水平增加，给予抗氧化剂NAC或者维生素D后氧化应激以及胰岛素抵抗，糖耐量异常均得到了部分纠正。我们检测了1α(OH)ase-/-小鼠的肝脏细胞，发现肝糖元合成途径G6PC和PCK1的mRNA和蛋白表达均下降，p-IRS1、p-ERK1/2和p-AKT表达均下降，GLUT4表达也下降，氧化应激水平增加，给予抗氧化剂NAC或者活性维生素D以上氧化应激水平，氧化应激水平，胰岛素抵抗均能部分纠正。本研究还检测了155例初发2型糖尿病患者和120例正常人，发现初发的2型糖尿病患者中的血清维生素D水平（17.78±6.73ng/ml）低于正常人（42.7±11.46ng/ml），并具有统计学意义。.本研究的在细胞和动物水平证实阐明1,25(OH)2D3缺乏可以导致肝脏细胞氧化应激增加，胰岛素通路障碍，葡萄糖代谢障碍，胰岛素抵抗，给予抗氧化剂NAC以及维生素D补充后能部分纠正胰岛素通路异常，葡萄糖代谢障碍以及胰岛素抵抗。本研究证实了维生素D缺乏导致胰岛素抵抗，促进糖尿病发生的部分机制是促进氧化应激增加，为完整揭开糖尿病的发病机制提供了线索，为进一步研究维生素D缺乏促进胰岛素抵抗的深层机制提供了研究基础，并为临床上进行维生素D补充防治提供了理论依据。