ACE2/Ang-(1-7)改善肝細胞糖代謝

曹 曦 楊芳遠 史婷婷 謝榮榮 信 中 楊金奎*

(1.首都醫科大學附屬北京同仁醫院內分泌科，北京100730;2.糖尿病防治研究北京市重點實驗室，北京100730)

腎素-血管緊張素系統(rennin-angiotensin system，RAS)已被證實參與并促進胰島素抵抗的發展［1-3］。血管緊張素轉換酶2(angiotensin-converting enzyme 2，ACE2)-血管緊張素(1-7)〔Ang-(1-7)〕-Ang-(1-7)受體(MAS)軸作為RAS的一個負調節軸，可能對2型糖尿病的發展起到一定的保護作用［3-4］。肝臟是胰島素抵抗發展過程中的主要器官之一，已經證實ACE2在肝臟中表達［5］。本文將在細胞水平進一步研究ACE2/Ang-(1-7)對HepG2細胞糖代謝的影響。

1 材料與方法

1.1 細胞培養

HepG2細胞購自中國協和醫科大學細胞資源中心(Cell Resource Center，IBMS，CAMS/PUMC)，用含10%胎牛血清(FBS)的DMEM進行體外培養(100 U/mL青霉素和0.1 mg/mL鏈霉素)，接種并置37℃、5%CO2飽和濕度的CO2孵箱內培養，每2 d胰酶消化傳代。

1.2 質粒的構建和轉染

大鼠ACE2基因構建到pcDNA3.1/myc-His(-)B(PCDB)(Sino-Geno Max，China)載體上。質粒DNA采用Lipofectamine TM 2000(Invitrogen公司，美國)脂質體轉染法，根據轉染試劑盒操作說明轉染HepG2細胞。以pcDNA3.1空載體轉染HepG2細胞作為對照組。細胞轉染48 h后用于后續實驗。

1.3 RNA的提取和實時定量RT-PCR

應用Trizol法抽提HepG2細胞總RNA(Invitrogen公司，美國)，以2 mg RNA為模板利用Rever TraAceq PCR RT試劑盒(Toyobo公司，日本)反轉出cDNA。利用ABI GeneAmp 5700PCR系統(Applied Biosystems公司，美國)，SYBR Green PCR master mix反應液檢測RNA的表達。經分析系統進行相關表達的定量。引物序列如下表:

表1 RT-PCR引物Tab.1 Primers for RT-PCR

1.4 ROS 檢測

HepG2 細胞用 H2O2(250 μmol/L)刺激 5 min，之后用 Ang-(1-7)(10 nmol/L)或 A779(1 μmol/L)處理1 h。二氫乙啶(Dihydroethidium，DHE)檢測:培養的細胞用5 μmol/L DHE(Sigma公司，美國)在37℃黑暗中孵育40 min，磷酸緩沖鹽溶液(Phosphate Buffered Saline，PBS)洗滌2次，用胰蛋白酶消化，并懸浮在1 mL PBS，立即用流式細胞儀(Biosciences公司，美國)讀取熒光強度，激發光為500 nm，發射光為530 nm。

1.5 Western blotting

在4℃條件下，加入裂解液提取HepG2細胞蛋白。用BCA Protein Assay Kit測定樣品蛋白濃度。每個樣本取30～60 μg蛋白進行SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳并轉至聚偏二氟乙烯膜(polyvinylidene fluoride，PVDF)上，用含5%(質量分數)脫脂奶粉的TBST溶液封閉4 h，加入一抗于4℃孵育過夜。TBST漂洗2次，每次5 min，加入1∶5 000辣根過氧化物酶標記的二抗，室溫孵育1 h，TBST漂洗6次，每次5 min，肌動蛋白(actin)為內參，將膜用化學發光試劑孵育1 min，于X膠片上曝光，常規顯影、定影。將結果用Gelpro3.2軟件進行密度分析。P67phox、p22phox購自美國Santa Cruz公司。

1.6 統計學方法

運用Prism5(GraphPad Software)進行統計分析。計量資料用均數±標準差(±s)表示，組間比較使用t檢驗或方差分析。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 ACE2改變糖異生相關基因表達

RT-PCR檢測ACE2過表達細胞中PEPCK和G6Pase mRNA的表達量。結果顯示，ACE2過表達細胞中PEPCK的表達水平與對照組相比顯著降低(P＜0.01)，而G6Pase與對照組相比，差異無統計學意義，詳見圖1。

2.2 ACE2改變HepG2細胞中糖代謝相關基因表達

RT-PCR檢測過表達細胞中 Glut2、IRS-2、AMPKα2和 SOCS-3 mRNA的表達量。結果顯示，ACE2過表達細胞中Glut2、IRS-2和AMPKα2的表達水平與對照組相比顯著增高(P＜0.01)，而SOCS-3與對照組相比表達量顯著降低，詳見圖2。

圖1 ACE2對HepG2細胞糖異生基因表達的影響Fig.1 The effect of ACE2 on gluconeogenesis genes expression in HepG2 cells

2.3 Ang-(1-7)減低細胞中ROS的產生

用DHE檢測HepG2細胞內ROS濃度，用Ang-(1-7)或A779預處理細胞1 h后，用流式細胞儀檢測發現，Ang-(1-7)顯著降低HepG2細胞內ROS的濃度，A779顯著增加HepG2細胞內ROS的濃度。在H2O2處理下，Ang-(1-7)顯著降低HepG2細胞內ROS的濃度，詳見圖3。

圖2 ACE2對HepG2細胞糖代謝相關基因表達的影響Fig.2 The effect of ACE2 on glucose metabolism gene expression in HepG2 cells

圖3 Ang-(1-7)降低HepG2細胞內ROS濃度Fig.3 Ang-(1-7)reduces ROS production in HepG2 cells

2.3 激活ACE2/Ang-(1-7)減低NADPH相關亞基表達水平

進一步研究顯示，Ang-(1-7)能顯著降低HepG2細胞內NADPH亞基p67和p22的表達。此外，Western blotting檢測結果也顯示，ACE2過表達，也能顯著降低HepG2細胞中p67和p22的表達，同時，ACE2對氧化應激的保護作用能被A779抑制，詳見圖4。

3 討論

肝臟胰島素抵抗被認為是2型糖尿病的主要原因之一［6］。研究［7-8］表明，血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)在胰島素抵抗的發生過程中發揮著重要作用。ACE2將AngⅡ分解為Ang-(1-7)，Ang-(1-7)通過其受體MAS抑制AngⅡ信號。MAS缺乏的FVB/N小鼠表現出糖耐量受損，降低胰島素抵抗［9］，提示Ang(1-7)信號在2型糖尿病和代謝綜合征中的作用。ACE2在多種疾病中起到負調節RAS的作用［10］。Zucker肥胖糖尿病大鼠的胰島中ACE2蛋白表達升高［11］，高糖誘導下ACE2基因敲除的小鼠胰島素抵抗加劇［12］。這些數據提示ACE2在預防胰島素抵抗中的作用。本研究支持了這一觀點，ACE2改善肝臟糖代謝相關基因的表達。

圖4 ACE2/Ang-(1-7)降低HepG2細胞中NADPH相關亞基的表達Fig.4 ACE2/Ang-(1-7)reduce NADPH expression in HepG2 cells

ROS可通過多個過程產生，如線粒體電子傳遞鏈、一氧化氮合酶、黃嘌呤氧化酶，以及NOX家族的NADPH 氧化酶［13］。最近的很多研究［14-16］都在關注NOX酶在胰島素抵抗中的作用。在骨骼肌細胞，血管緊張素Ⅱ誘導的NADPH氧化酶的活化損害胰島素信號［14-15］。ACE2-Ang-(1-7)-MAS 軸，作為 RAS 的一個負調節軸，可能通過抗氧化作用以減少胰島素抵抗［16］。本研究結果支持這一觀點，在HepG2細胞中，ACE2/Ang-(1-7)能通過抑制NADPH氧化酶的表達減低氧化應激作用，對肝臟氧化應激有保護作用。

在本研究中，筆者使用HepG2細胞作為模型細胞研究ACE2/Ang-(1-7)對肝臟胰島素抵抗的影響。眾所周知，AMPK是一個能量傳感器，它調控糖脂代謝［17］。AMPKα2 的 活 性 與 胰 島 素 抵 抗 相 關［18］。HepG2細胞已被證實通過AMPK調節胰島素信號通路和糖代謝相關基因的表達［19］。本研究結果支持這一觀點，ACE2誘導 AMPKα2的表達，糖異生基因(PEPCE和G6Pase)表達受到抑制，而Glut-2和IRS-2等糖代謝相關基因表達量增加。

SOCS-3屬于SOCS蛋白家族，SOCS-3通過結合胰島素受體的磷酸化位點來競爭性干預其他含有SH2結構域蛋白的相互結合［20］。此外，在肝臟中，誘導SOCS-3的表達是白介素-6介導的胰島素抵抗的重要機制之一［21］。綜合上述研究，筆者推測，ACE2/Ang-(1-7)抑制 SOCS-3的表達，進而 SOCS-3抑制IRS-2和AKT磷酸化的能力降低，從而能改善胰島素抵抗。這也可能是ACE2/Ang-(1-7)改善肝臟糖代謝的又一機制。

綜上所述，本研究結果表明，激活ACE2/Ang-(1-7)可調節肝臟糖代謝相關基因的表達，這些基因表達量的改變對肝臟胰島素抵抗有保護作用。而這一過程可能是通過減低氧化應激水平，或是通過AMPKα2和SOCS-3的調控作用來實現的。本研究結果進一步明確了ACE2/Ang-(1-7)在肝臟糖代謝過程中的作用，并為ACE2/Ang-(1-7)在胰島素增敏機制中的作用提供了新的線索。

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