基于Keap1-Nrf2/ARE信号通路的α-硫辛酸改善高糖致T细胞胰岛素抵抗的机制研究

Numerous studies showed that the immune function and quantity of T cells decreased induced by hyperglycemia condition, and there is higher morbidity of infection. But the exact mechanism is not clear. In our previous studies, we verified that α-lipoic acid (α-LA) improved the decreased the cellular level of glucose, down-regulated gene expressions of insulin receptors, and the increased the level of H2O2 induced by hyperglycemia condition. We assumed that excess ROS inhibits the insulin signaling pathway, and α-LA improves insulin resistance by activation the Keap1-Nrf2/ARE signaling pathway. To improve this hypothesis, we will observe the influence of T cells insulin signaling pathway in high concentration of glucose condition, and study the molecular mechanism of T cells insulin resistance. In addition, we will observe the cell viability and function influenced by T cells insulin resistance from the level of cells and organs. At last, we will certify the action pathway and molecular mechanism of α-LA. In order to provide new ideas for the prevention and treatment of immune dysfunction induced by hyperglycemia.

多项研究发现高血糖环境可导致外周血中免疫系统的核心成分——T细胞的数量减少和功能损伤，从而使机体的免疫功能减弱，抗感染能力降低，但具体机制不详。本课题组首次发现抗氧化剂α-硫辛酸（α-LA）可有效改善高糖环境导致的T细胞葡萄糖摄取、胰岛素受体表达下降和H2O2含量升高，推测α-LA通过降低胞内活性氧水平改善T细胞胰岛素抵抗状态，但对其作用途径及效应靶点尚不清楚，可能与Keap1-Nrf2/ARE信号通路有关。为证实这一假说，本项目首先观察高糖培养对T细胞胰岛素信号通路的影响及α-LA的恢复作用，重点阐述高糖致T细胞胰岛素抵抗的内在产生机制。随后分别从细胞和器官水平观察T细胞胰岛素抵抗对其细胞活力和功能的影响。最后给予胰岛素、Keap1-Nrf2/ARE信号通路阻断剂、抗氧化剂干预，从分子水平证实α-LA发挥作用依赖的信号级联，以期为高糖导致的免疫功能障碍预防提供新思路。

研究发现高血糖环境可导致外周血中T细胞功能障碍，但具体机制不详。本研究从细胞和实验动物水平探讨了高糖环境对T细胞功能的影响和α-硫辛酸（α-LA）干预作用的内在机制，具体结果如下：（1）不同浓度葡萄糖培养正常C57BL/6J小鼠外周血活化T细胞，随葡萄糖浓度升高，细胞内活性氧（ROS）水平也逐渐升高，而高糖培养（20-30 mM）可不同程度降低细胞糖吸收、增殖率、细胞因子IL-2分泌、胰岛素受体（InsR）、胰岛素样生长因子-1受体（IGF-1R）、IL-2受体（IL-2R）的基因表达以及胰岛素通路下游信号蛋白激酶B（Akt）的磷酸化水平。α-LA干预可有效改善由高糖培养导致的这些改变。（2）高糖培养通过上调细胞凋亡信号调节激酶1（ASK1）- c-Jun氨基末端激酶1（JNK1）途径，降低活化T细胞的糖吸收，阻断胰岛素信号传导。（3）高糖培养可导致活化T细胞线粒体膜电位和过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α（PGC-1α）表达水平显著降低，细胞凋亡率显著升高，同时IL-2、IFN-γ、细胞毒因子穿孔素和颗粒酶B的表达水平均降低（p＜0.05），说明当T细胞形成胰岛素抵抗后对其线粒体和免疫功能均有影响。（4）长期高脂喂饲可显著降低C57BL/6J小鼠的糖耐量和胰岛素耐量，使小鼠形成胰岛素抵抗。体内高血糖环境使小鼠活化T细胞内总抗氧化能力、GSH/GSSG比值显著降低，ROS和丙二醛（MDA）水平显著升高，同时细胞糖吸收、胞内ATP含量、增殖率和IL-2分泌水平均显著降低，而α-LA干预可有效恢复细胞的胞内氧化还原状态、细胞活力和功能。（5）α-LA干预可显著升高活化T细胞内Nrf2核转位，PI3K/Akt抑制剂LY294002可显著抑制由α-LA导致的Nrf2核转位增加的情况，推测α-LA是通过PI3K/Akt/Nrf2途径诱导Nrf2核转位。以上结果表明，高糖环境通过上调ASK1-JNK1表达阻断胰岛素信号，使细胞形成胰岛素抵抗，糖吸收减少，最终导致细胞增殖能力与细胞因子分泌功能减弱。α-LA通过PI3K/Akt/Nrf2作用途径，上调胞内抗氧化因子表达，改善胞内氧化还原状态，最终有效恢复细胞的活力和功能。