持续高浓度去甲肾上腺素对胎羊胰岛素分泌的影响和机制研究

Stress causes a significant problem in livestock industry, and norepinephrine plays an important role in responding the stress in animals. Long-term stress induced chronic elevated norepinephrine contributes intrauterine growth restriction and dysregulation of insulin secretion in the fetuses of livestock. Our previous studies showed that chronic norepinephrine infusion in normal fetal sheep contributes compensatory enhanced glucose stimulated insulin secretion responsiveness as well as leads to lower α2-adrenergic receptors in pancreatic islets. However, the insulin secretion responsiveness of pancreatic islets ex vivo is still unknown; the relation between the desensitization of α2-adrenergic receptors and the impaired insulin secretion is not clear; and the underline mechanism of dysregulated pancreatic β-cell function is still not understand. In order to answer these questions, we apply the chronic enhanced norepinephrine treatment in fetal sheep model to study the insulin secretion responsiveness in vivo and ex vivo, analyze the related physiological function of α2-adrenergic desensitization, explore the impact on insulin secretion signaling pathways, and study the morphological and developmental influence in pancreatic islets. This study could provide fundamental information to relief the risk of metabolic complications induced by long-term stress in livestock fetuses, and contribute to the great benefit in health and production in livestock.

应激对畜牧业的危害严重，去甲肾上腺素在家畜应激反应中扮有十分重要的作用。长期应激反应所诱导的持续高浓度去甲肾上腺素能造成胎儿发育迟缓、胰岛素分泌调控紊乱和胰岛细胞量减少。申请者发现，去甲肾上腺素作为外源性单因素持续注射入正常发育胎羊能导致其胰岛素分泌补偿性增高，同时胰岛细胞肾上腺素受体表达降低。然而胎羊在体水平的胰岛素分泌紊乱是否直接源自于胰岛细胞及其相关的途径和机制还不清楚。我们假设持续高浓度去甲肾上腺素通过降低胰岛细胞的肾上腺素受体表达，损害细胞的分泌调控通路和形态结构，从而导致胎羊胰岛素分泌紊乱。本项目采用前期研究结果中所建立的持续高浓度去甲肾上腺素胎羊模型，首先探究胎羊原代胰岛细胞离体水平上的胰岛素分泌情况，掌握与胰岛细胞肾上腺素受体下调之间的关系，研究胰岛素分泌相关信号通路变化，最后分析胰岛细胞形态和发育情况。本项目能为解决长期应激造成的相关代谢疾病和提高家畜生产性能有重要意义。

环境应激对畜牧业的危害严重，去甲肾上腺素在家畜应激反应中扮有十分重要的作用。去甲肾上腺素作为外源性单因素能导致胎羊胰岛素分泌补偿性增高，但相关机制并不清楚。我们假设持续高浓度去甲肾上腺素通过降低胰岛细胞的肾上腺素受体表达，损害细胞的分泌调控通路和形态结构，从而导致胎羊胰岛素分泌紊乱。本项目采用持续注射高浓度去甲肾上腺素胎羊模型，探究胎羊在体和原代胰岛细胞离体水平上的胰岛素分泌情况，掌握与胰岛细胞肾上腺素受体下调之间的关系，研究胰岛素分泌相关表型和调控通路变化，最后分析胰岛细胞形态和发育情况。实验结果显示，连续7天的高浓度去甲肾上腺素注射能造成胎羊在体水平胰岛素分泌应答持续性增高1.8倍。原代胰岛细胞水平的胰岛素分泌检测结果也出现1.6倍补偿性增高。通过对原代胰岛细胞在不同浓度梯度的去甲肾上腺素条件中分析，经半抑制浓度检测证实了补偿性分泌增高的现象直接与肾上腺素受体信号脱敏相关。随后采用精氨酸增强葡萄糖刺激胰岛素分泌实验，发现了细胞K+通道调控的细胞膜去极化参与了对补偿分泌的影响。但细胞的钙离子荧光探针和免疫组化切片的结果显示，胞内[Ca2+]变化并无差异，胰岛各细胞的面积及比例也无显著差异。在完成既定研究内容基础上，根据新发现的结果，利用剩余经费进一步探究了持续性高浓度肾上腺素直接对原代胰岛细胞的影响。其结果表明持续性高浓度肾上腺素处理能直接造成细胞的胰岛素总含量增高，相对分泌量下降，与之相关的G蛋白、K+通道和ROS调控出现损伤。另外，我们还研究了重庆地区季节性气候因素对新生羔羊出生体重和存活率的影响。发现夏季、冬季的羔羊出生体重降低15~17%。通过构建羔羊死亡率分布与出生体重3D数学模型，得出新生羔羊最佳存活率的适宜温度为16~25 °C，THI区间值为61~75。综上所述，本项目不仅顺利完成预期研究目标，阐明了持续性应激作用通过其受体信号影响胰岛细胞的G蛋白和K+调控等通路，导致胎羊胰岛素分泌功能出现代偿性增高；而且还深挖肾上腺素受体信号直接对胰岛细胞的影响和机制，同时调查当地畜牧生产中的环境应激因素对新生羔羊的影响，其结果能为解决围产期长期应激造成的相关代谢性疾病提供依据和思路。