生物素对糖脂代谢的影响及其机制研究

In recent years, more and more researches has shown that the forgotten vitamin biotin plays essential roles in the nutrition metabolism and gene expression. In the tissue culture and animal study, biotin functions in fatty acid metabolism and the production of glucose. Some research has shown encouraging results for the use of biotin in the management of diabetes. However, the current evidence is not sufficient, and the mechanism is not clear. Further research on the effects of biotin on blood sugar, lipid maintenance and diabetes in humans is warranted. Especially, the study on these fields is almost blank in our country. In this work we hope to use the animal experiments and biochemical techniques, establish the pregnancy rat model, biotin deficiency rat model, impaired fasting glucose rat model and diabetic rat model to investigate: the biotin potential deficiency; the dose response relation between biotin and glucolipid metabolism; the molecular mechanisms of biotin in the regulation of glucolipid metabolism (especially the PI-3K pathway); provide technical support for the establishment of biotin recommended guidance intake.

生物素是被人遗忘的维生素，但是近年来有关生物素对基因表达的影响以及对营养代谢调控的证据越来越多,生物素在组织、细胞以及基因水平上对血糖/血脂的调控效应及其作用机制逐渐清晰,在尝试用于糖尿病患者的辅助治疗中也得到惊喜的结果。然而目前证据还不充分，机理尚不明确，国内对生物素功能量效关系和应用的研究更是空白。本课题拟利用动物实验和生化技术，通过孕期、生物素缺乏、糖耐量减低和糖尿病等大鼠模型，探讨不同生理及病理状态下：生物素潜在的缺乏性；生物素供给量与糖脂代谢的作用关系；以及生物素在调节糖脂代谢的分子机制（尤其是PI-3K途径）；为探讨生物素建议指导值提供技术支持。

近年来，关于孕期妇女以及特殊人群可能处于边缘性生物素缺乏的报道越来越多，考虑到生物素缺乏的严重后果，使得生物素需要量研究及生物素营养状况评价面临严峻的挑战。目前国内外还缺乏对生物素需要量的研究，包括人体实验和动物实验等均少有报道。因此本研究通过参考《中国居民膳食营养素参考摄入量（2013）》中关于营养素平均需要量（EAR）的方法，尝试进行生物素需要量的动物实验研究。首先，建立评价机体生物素营养状况指标：利用超高效液相色谱-质谱联用仪建立了一种适用于血浆、尿液等生物样品快速测定3HIA-肉碱的UPLC-MS/MS检测方法。其次，建立了生物素缺乏大鼠模型。然后，初步探讨了生物素需要量，由本研究动物实验结果初步推导人体生物素需要量为20µg/d。通过胰岛素抵抗大鼠模型和糖尿病大鼠模型，初步探讨了生物素对血糖调节的有效作用剂量，推算生物素在人体的有效用量应该为28.8mg/d，稍高于国外人体研究的剂量。再次，通过不同阶段孕鼠缺乏模型，探讨生物素对孕鼠及子代的影响。实验结果表明，生物素缺乏可能导致大鼠吸收胎甚至不孕。本研究还从模型血生化代谢特点、组织形态学和基因组学特征，从整体到组织再到分子基因水平全方位深入研究生物素对糖脂代谢的影响以及其作用机制。大鼠全基因组表达谱芯片分析显示生物素对大鼠脂肪酸合成、代谢相关基因表达的影响最显著，尤其在Fatty acid degradation、PPAR signaling pathway、Fatty acid metabolism、Arachidonic acid metabolism 和Biosynthesis of unsaturated fatty acids 等通路中有显著影响。综上，本研究通过不同大鼠模型针对生物素的营养评价指标、生理需要量、调节血糖的有效作用剂量以及分子机制方面进行了初步探讨，并提供了基础数据。