GK大鼠2型糖尿病自发进程的动态代谢组学和蛋白质组学研究

2型糖尿病是一种渐进的以胰岛素抵抗和胰岛β细胞失代偿为主要特征的代谢性疾病。至今仍不清楚其具体发病机理。临床样本的复杂性和非动态性以及肥胖诱导的2型糖尿病动物模型难于模拟人2型糖尿病发生的渐进过程给发病机理研究增加了难度。自发性非肥胖2型糖尿病模型动物GK大鼠因其与人类2型糖尿病的发病进程和特征相似而得以高度重视。本项目在前期研究的基础上，选择GK大鼠及其对照Wistar大鼠为动物模型，运用系统生物学的思想，采用代谢组学和蛋白质组学相结合的技术，研究2型糖尿病自发进程中肝脏、肌肉、脂肪组织、血液和尿液的代谢组和蛋白质组的动态代谢特征，并结合生物信息学手段力求在模式动物层次上揭示与2型糖尿病的启动和最终形成直接相关的特征性代谢物、蛋白质、代谢途径及其相互关系，为人类2型糖尿病发病机制研究、预防、早期诊断和治疗提供参考。

2型糖尿病是一种渐进的以胰岛素抵抗和胰岛β细胞失代偿为主要特征的代谢性疾病，至今对其具体发病机理仍不十分清楚。因此，研究其发病机理和筛选早期预测生物标志物具有重要意义。本项目采用自发性非肥胖2型糖尿病模型GK大鼠并结合人群样本验证，以代谢组学和蛋白质组学相结合的手段，研究2型糖尿病自发进程中肝脏、肌肉、脂肪和血浆的代谢组和蛋白质组动态代谢特征、发病机制和潜在的疾病早期预测诊断生物标志物。主要采用非靶向的代谢组学方法对GK及其对照Wistar大鼠在糖尿病早期（前糖）和中期（糖尿病）两个糖尿病发生发展重要阶段的代谢特征进行动态研究，然后采用靶向蛋白质组学和代谢组学相结合的手段对重要靶标代谢途径如糖代谢进行定量验证。非靶向代谢组学研究发现，从5周龄开始，GK与Wistar大鼠之间无论是肝脏、肌肉还是血浆均存在显著的代谢差异，6周GK大鼠发生剧烈的组内代谢波动，6周至8周之间发生显著的代谢突变，表示2型糖尿病最终形成，而对照Wistar大鼠并未发生显著的代谢转变。对差异性代谢物及其途径进行分析，并结合靶向蛋白质组学和代谢组学结果，发现：(1)糖尿病早期GK大鼠糖代谢、脂肪酸、氨基酸和嘌呤嘧啶代谢异常；脂肪组织糖酵解代谢活跃并生成大量乳酸和酮体，影响胰岛素抵抗；肝脏糖异生显著增强、糖酵解和三羧酸循环受损；肌肉糖酵解减弱和胰岛素抵抗增强；血浆葡萄糖、氨基酸和脂肪酸代谢发生显著变化。(2)、8周GK肝脏糖原异生进一步增强、三羧酸循环受损；肌肉糖酵解和三羧酸循环均受损、胰岛素抵抗；脂肪组织胰岛素抵抗、糖利用能力受损。(3)从糖尿病前期开始，GK大鼠肌肉支链氨基酸、芳香氨基酸和脂肪酸显著降低，而血浆中含量却显著升高，表明肌肉吸收利用这些代谢物的能力受损，胰岛素抵抗发生，且早于肝脏。大量的血浆差异性代谢物如支链氨基酸、芳香族氨基酸和中长链脂肪酸以及羟酸具有作为糖尿病早期预测诊断的潜力。结合对中国人群6年追踪的基线血浆全谱和脂酰肉碱研究结果，2型糖尿病早期预测的重要生物标志物主要包括支链氨基酸及其降解产物、糖代谢和脂代谢相关代谢物（如脂酰肉碱）。本项目对于系统地认识2型糖尿病代谢特征、发病机制和筛选具有早期预测和诊断应用前景的生物标志物具有重要意义。