肝脏葡萄糖激酶基因缺陷与糖尿病心肌病发生发展关系的研究

肝脏葡萄糖激酶基因缺陷小鼠由于肝脏葡萄糖代谢障碍导致血糖升高，发生MODY2型糖尿病。糖尿病心肌病变是由糖尿病所导致的一种心脏疾病，发生率高，对充血性心力衰竭的发生起了重要作用。利用基因打靶技术制备葡萄糖激酶（GCK）基因肝脏条件敲除小鼠，观察到GCK模型小鼠心电图异常、心脏指数增加、心肌MLC2、IR、GLUT4的蛋白表达有一定的降低、HE染色显示心肌肥厚，说明该模型小鼠心肌功能有一定程度的受损，同时存在外周胰岛素抵抗，葡萄糖的转运受损。通过研究该模型鼠糖尿病心肌病不同的发病时期以及分别给予胰岛素、噻唑烷二酮类药物、卡维地洛治疗后，小鼠心肌功能状态、氧化应激和心肌细胞葡萄糖、脂肪酸代谢、胰岛素受体和受体后关键因子的表达量的变化，客观的评价肝脏GCK敲除与糖尿病心肌病发生发展的关系，明确糖尿病心肌病的主要致病因子，为糖尿病心肌病的早期诊断、预防和相关药物研究提供理论基础。

糖尿病心肌病是由高血糖所致的一种心脏疾病，该病变对充血性心力衰竭的发生起了重要作用。肝脏葡萄糖激酶活性下降会导致血糖升高，利用cre-loxp技术已成功建立肝脏特异性GCK敲除小鼠。本研究的目的是阐明长期肝脏葡萄糖激酶活性的下降对心肌结构和功能的影响及其分子机制，并观察胰岛素和罗格列酮对GCK敲除鼠心肌病变的影响。. 本研究利用高龄肝脏特异性GCK敲除小鼠建立了糖尿病心肌损伤的模型，通过研究30周和60周龄肝脏特异性GCK基因敲除小鼠（GCKw/-）心肌改变以及差异基因筛选，发现60周龄GCK敲除鼠糖代谢紊乱，超声心动和体表心电图显示心脏左室内径减小，左室后壁增厚，PR间期和QRS间期延长。形态学染色发现胶原和糖原累计，电镜观察发现线粒体体积密度和数目增加，western blot实验发现MLC2表达增加，RNAseq和蛋白表达分析发现胰岛素受体通路mRNA和蛋白均有相关因子的表达下调，AMPKβ和ACC磷酸化水平降低，说明60周龄GCK敲除鼠可能由于长期高血糖，导致心肌胰岛素受体表达下调。这个胰岛素受体通路早期事件进一步影响下游Akt、AMPK，进而导致胰岛素抵抗和葡萄糖摄取障碍。并通过降低AMPKβ和ACC磷酸化增加了脂肪酸合成。升高的血糖水平也导致了NADPH氧化酶的上调，导致了超氧化物的生成以及线粒体数量和功能的紊乱。胰岛素抵抗、脂肪酸合成的增加以及氧化应激诱导了心肌肥厚和纤维化。. 通过研究不同周龄葡萄糖激酶基因敲除的糖尿病小鼠心肌的病变及其分子机制，表明60周龄GCK敲除小鼠心肌病变与胰岛素抵抗以及胰岛素受体有关。进一步给予胰岛素降低血糖，罗格列酮改善胰岛素受体的敏感性，结果显示胰岛素和罗格列酮的治疗通过调节心肌脂肪代谢、氧化应激和一系列蛋白表达的改变部分保护了糖尿病心肌病变，但是并不能完全恢复GCK敲除鼠心肌结构和功能的变化。. 这些结果证明，肝脏GCK活性的下降可能通过上调NADPH氧化酶、下调胰岛素受体和AMPK磷酸化诱导糖尿病心肌病变。同时，也说明肝脏特异性GCK敲除小鼠可以作为糖尿病心肌病变研究的模型。