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      Kidney Int :腎小管生物鐘調節功能障礙導致糖尿病患者腎糖異生增強和加重高血糖

      2021-12-09 00:00:03梅斯醫學
      核心提示:在糖尿病患者中,腎臟通過增加原尿中葡萄糖的重吸收和上調近端小管中的糖異生來促進糖尿病高血糖的發生。

      背景及目的:在糖尿病患者中,腎臟通過增加原尿中葡萄糖的重吸收和上調近端小管中的糖異生來促進糖尿病高血糖的發生。然而,血糖水平的慢性升高可能反過來導致糖尿病腎病(DN),這是糖尿病最嚴重的并發癥之一,其特征是腎小球、腎小管和腎臟血管受損。雖然代謝應激是糖尿病腎病發生和發展的主要因素,但在大多數糖尿病患者中,高血糖本身并不會導致腎功能不全。這表明,合并癥或環境、遺傳或表觀遺傳的變化可能是啟動和/或加速進展DN所必需的。生物鐘是一種普遍存在的分子計時機制,它將細胞、組織和系統的生物功能與24小時的環境周期同步。局部生物鐘驅動細胞類型和組織特有的節律,它們的失調與一系列疾病的發病和/或進展有關。然而,糖尿病患者腎臟中內在生物鐘的病理生理作用仍不清楚。

      方法:為了解決這個問題,我們用鏈脲佐菌素誘導了足細胞(cKOp小鼠)或腎小管(cKOt小鼠)中缺乏晝夜節律轉錄調節因子BMAL1的小鼠患I型糖尿病。

      小鼠模型制備:8周齡Bmal1lox/lox/Nphs2-RTTA/LC1小鼠(cKOp小鼠)或8周齡Bmal1lox/lox/Pax8-RTTA/LC1小鼠(cKOt小鼠)經DOX(飲水中2 mg/ml)處理2周后,Bmal1(ARNTL)基因失活。他們的對照組(Bmal1lox/lox小鼠)接受相同的DOX治療。在DOX治療結束一周后,通過腹腔注射鏈脲佐菌素(STZ,50 mg/kg體重,每日5天)誘導I型糖尿病。溶媒處理的小鼠接受PBS的溶媒注射。所有實驗均在最后一次注射STZ或溶媒8周后進行。在所有實驗中,從ZT9處死的小鼠身上采集組織和血液(ZT-Zeitgeber時間單位;ZT0是開燈時間,ZT12是關燈時間)。

      代謝籠:小鼠被飼養在個體代謝籠子中(Tecniplast,意大利)。在4天的適應期后進行24小時的尿液收集。

      血漿和尿液生化測定:用Vaudois中心醫院臨床實驗室(LCC)測定尿和血漿Na+、K+、Ca2+、Mg2+、磷酸鹽、肌酐、葡萄糖、尿酸和尿素濃度及滲透壓。用酸堿儀(Metrohm)測定尿液pH值。使用EPOC血液分析儀(西門子醫療)測量動-靜脈混合血的血液pH值和血氣。尿銨測定采用Berthelot法。尿可滴定酸測定采用Chan25方法。采用放射免疫法(DPC)測定血漿醛固酮水平。用Mercodia公司的試劑盒測定血漿胰島素。

      葡萄糖耐量試驗(GTT):禁食15小時后,給空白對照組和cKOt小鼠腹腔注射葡萄糖(1g/kg體重)。分別于注射葡萄糖前(t=0)、注射葡萄糖后15、30、60、90、120、180min,用血糖讀數儀測定血糖。

      胰島素耐量試驗(ITT):禁食4h后,給對照組和cKOt小鼠腹腔注射0.5U/kg體重的重組人胰島素(人重組胰島素,Sigma)。分別于胰島素注射前(t=0)、胰島素注射后15、30、45、60、90、120、150、180min測定血糖。如果血糖降至2 mm以下,則通過腹腔注射30毫克葡萄糖拯救小鼠,并將其排除在分析之外。

      RNA測序技術:RNA-SEQ按照Ansermet等人在6.Mus Musculus中的描述進行。使用GRCm38.92基因注釋。使用TMM歸一化對基因計數進行定標,并使用LIMMA R包27中的“CPM”函數將其對數轉換為每百萬計數(CPM)。計算了KO和Ctrl動物在未處理(PBS)和處理(STZ)條件下的差異表達以及兩者之間的相互作用。對于這三種比較中的每一種,選擇FDR<5%的基因,用‘clusterProfiler’28進行GO‘Biological Process’富集分析。Q值<0.01的術語被認為是重要的,并使用帶有默認參數的函數‘SIMPLIZE’進行進一步處理,以消除冗余。

      結果:在患有糖尿病的cKOp和cKOt小鼠中,生物鐘功能障礙與糖尿病腎病的發生沒有相關性。然而,與鏈脲佐菌素治療的對照組相比,患有糖尿病的cKOt小鼠表現出加高血糖加重,尿中葡萄糖排泄增加,多尿增加,腎臟肥大更明顯。mRNA和蛋白質表達分析顯示,與糖尿病對照組小鼠相比,cKOt糖尿病小鼠腎臟中的糖異生途徑顯著增強。CKOt糖尿病小鼠的轉錄分析和功能分析確定了直接或間接影響糖異生途徑的多種機制的變化。

      結論:我們證明了內在腎小管生物鐘功能障礙可通過增強腎近端小管的糖異生而加重糖尿病高血糖,進一步強調了生物鐘調節在糖尿病患者中的重要性。

      原文出處:

      Ansermet C,  Centeno G,  Bignon Y,et al.Dysfunction of the circadian clock in the kidney tubule leads to enhanced kidney gluconeogenesis and exacerbated hyperglycemia in diabetes.Kidney Int 2021 Nov 24

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