下丘脑氧化应激及Nrf2抗氧化系统在高脂肪诱导胰岛素抵抗发病机理中作用的研究

Inflammatory activation in peripheral insulin-targeting tissues has an important connection to insulin resistance. Oxidative stress can induce inflammatory response and insulin resistance, while pharmaceutical activation of Nrf2 anti-oxidative system inhibited inflammatory response and reversed high fat-induced insulin resistance,indicating an important pathophysiological role of oxidative stress in evoking inflammatory response and inducing insulin resistance. Studies have confirmed that hypothalamic inflammation is also involved in the metabolic control of the whole body. However, Redox status and alteration of Nrf2 anti-oxidative system in hypothalamus as well as its regulatory role on insulin sensitivity are currently unclear. To investigate whether hypothalamic oxidative stress could be involved in pathological mechanism of high fat-induced insulin resistance, the present study is attempted to utilize high fat-fed rats to induce insulin resistance as well as brain lipid infusion method to detect redox status and Nrf2 function in hypothalamus. Then, by employing Nrf2 activators and Nrf2 SiRNA knockdown techniques to modify hypothalamic Nrf2 function and redox status in order to determine the role of redox status on local inflammatory signaling, aiming at elucidating deeply the cause of hypothalamic inflammation and the impact of hypothalamic oxidative stress on high fat-induced insulin resistance as well as the molecular signaling pathway of its effect.

胰岛素敏感组织炎症的激活与高脂肪诱导胰岛素抵抗有重要关联。氧化应激可以诱发炎性反应及胰岛素抵抗，而药物激活Nrf2抗氧化系统具有抑制炎症和逆转高脂肪诱导的胰岛素抵抗作用, 提示氧化应激在炎性反应及胰岛素抵抗产生中的重要病理生理作用。研究证实下丘脑炎症亦参与整体糖代谢调控，但下丘脑氧化还原状态以及Nrf2抗氧化系统的变化及其对胰岛素敏感性调控作用尚不清楚。为了研究下丘脑氧化应激是否参与高脂肪诱导胰岛素抵抗的发病机理，本研究拟采用高脂喂食大鼠胰岛素抵抗模型和脑局部脂肪灌输方法，探测高脂情况下中枢下丘脑氧化还原状态及Nrf2系统功能。然后利用Nrf2 激动剂及Nrf2 SiRNA等技术工具，对下丘脑Nrf2功能及氧化状态进行调控，评定下丘脑氧化还原状态对局部炎症信号的作用，以期深入阐释下丘脑炎性反应的原因以及下丘脑氧化应激在高脂肪诱导胰岛素抵抗中的作用及其作用的分子信号途径。

为阐明下丘脑氧化还原平衡与外周胰岛素抵抗关系，本课题研究了中枢在高脂肪及地塞米松胰岛素抵抗啮齿动物模型（大小鼠）中是否存在氧化应激现象。结果研究发现，中枢包括下丘脑存在明确的氧化应激，而这一失衡与脑局部主要的Nrf2抗氧化系统功能减弱有关。通过脑室注射天然Nrf2激动剂姜黄素、白藜芦醇激活下丘脑Nrf2系统发现，二者均抑制局部炎症信号并减轻胰岛素信号系统损害，并明显改善周围胰岛素抵抗，包括糖耐量和丙酮酸耐量以及周围组织胰岛素信号传导。此外我们发现，线粒体功能异常与氧化还原平衡失衡及Nrf2系统功能损害关系密切。无论脑室注射Nrf2功能抑制剂或线粒体分裂抑制剂损害线粒体功能均可阻断上述姜黄素及白藜芦醇缓解胰岛素抵抗作用。.因此，本工作在不同动物胰岛素抵抗模型首次发现鉴定了中枢特别是下丘脑氧化应激与周围胰岛素抵抗的明确关系。其中，Nrf2抗氧化系统可通过抑制炎症和保护线粒体功能等起到调控中枢胰岛素信号及周围糖代谢作用。最后，我们发现除了肝脏，肌肉脂肪作为胰岛素敏感组织，同样在中枢调控胰岛素抵抗中起重要作用。这一工作为中枢氧化应激以及中枢Nrf2系统在整体胰岛素敏感性调控中的作用提供了实验证据，同时为未来中枢给予Nrf2激动剂干预治疗糖尿病提供了明确的潜在治疗靶点。