研究线粒体动力学在高糖暴露导致内皮细胞损伤中的变化过程文献综述

 2022-12-26 16:35:38

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

【研究背景】

随着社会的发展以及人们的生活水平的提高,近年来,患糖尿病的人数居高不下,并且逐年增长,据国际糖尿病联盟于2017年发布的第8版全球糖尿病地图数据显示,目前全球共有4.25亿糖尿病患者,其中中国成人糖尿病患者数量高达1.14亿,位居世界第一,且这一数据持续增长,并于2045年增至1.2亿[1]。糖尿病患者除了要面对血糖的增高,还要面对高血糖引发的并发症,包括大血管病变、微血管病变和外周神经病变等。研究显示,与健康人群比较,糖尿病患者的血管病变发生率要高2到5倍[2]。通过DCCT、EDIC、UKPDS、ADVANCE、ACCORD以及VADT的研究发现,对于前期没有很好控制血糖的患者,即使后来控制住了血糖,但是依然不能改善和逆转各种并发症的发生[3],因此人们把这种现象称之为“代谢记忆”。实际上,高糖的“代谢记忆”会伴随着糖尿病的整个疾病进程,并对其并发症的发生发展起到促进作用,结合其难以进行防治的性质,因此找到早期治疗的最佳时机就显得尤为重要,也就因此要研究代谢记忆现象内在的分子机制。

高糖“代谢记忆”的发生机制到目前为止还尚不明确,然而人们通过各种研究发现这个现象涉及了多种复杂生理通路,其中包括了:

  1. 晚期糖基化终末产物(AGEs)-氧化应激:多种证据表明氧化应激在高糖“代谢记忆”发展中起了至关重要的作用[4, 5],AGEs的增加会使得氧化应激水平的提高,从而导致DNA损伤等负面影响,而过高氧化应激和DNA损伤产生的高糖的恶性循环会使得糖尿病并发症发病风险提高。
  2. 表观遗传学的改变:表观遗传修饰参与了高糖“代谢记忆”的形成,其改变是指DNA序列不发生变化而基因表达活性发生变化[6],主要包括了DNA甲基化、非编码miRNA调控和组蛋白转录后修饰。研究表明了即使控制住了血糖浓度,其表观遗传改变也无法逆转,除此之外,miRNA不仅可以靶向作用于DNA甲基化酶[7],还能直接抑制或刺激靶基因的转录[8],人们借此得出了“miRNA也是lsquo;代谢记忆rsquo;的关键调节因子”这个结论。
  3. 长期低水平炎症反应:在2型糖尿病患者中,高水平的葡萄糖可诱导葡萄糖氧化,从而产生丙酮酸和NADH。此外,ROS从线粒体复合物I和III释放。ROS在糖尿病并发症中起到了重要作用,并且会加重炎症反应[9]
  4. 内皮功能的损伤:这个是糖尿病血管病变的主要特征。其中沉默信息调节因袭2相关酶1(Sirt1)被证实广泛参与心血管疾病、糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变、肿瘤等疾病的发生发展,也具有“记忆效应”,通过研究表明它的表达与高糖“代谢记忆”的发生和发展密切相关,而经内皮一氧化氮合酶(eNOS)催化合成的一氧化氮(NO)是一种公认的反应内皮功能的生物标志物。研究表明,Sirt1与eNOS存在一种正反馈关系,可反映高糖“代谢记忆”状态下内皮功能随时间的变化,除此之外人们还发现高糖“代谢记忆”可通过Sirt1/eNOS通路引起内皮细胞功能损伤。

综上,代谢记忆引发并发症的特征主要在于线粒体的功能障碍、活性氧(ROS)的大量生成。

线粒体的融合受线粒体融合蛋白-1(MFN1)、线粒体融合蛋白-2(MFN2)和视神经萎缩(OPA-1)等蛋白质调控,而裂变受线粒体裂变1(FIS1)、发动蛋白相关蛋白1(DRP1)和线粒体裂变因子(MFF)控制[10]。线粒体动力学的调节是一个复杂的过程,涉及了不同的发动蛋白相关的GTP酶,以维持线粒体融合和裂变之间的平衡。而随着各种成像技术的发展,人们发现线粒体在大多数细胞类型中形成一个高度动态的网状组织结构,是需要通过持续且相互对立的融合和分裂事件的平衡来维持[11]。而这种平衡的任何改变都可能涉及氧化应激、线粒体功能障碍和代谢改变,最终促进线粒体相关疾病的发展[12],且线粒体的融合和分裂失衡是会引起线粒体形态学的变化。过度分裂会导致线粒体碎裂,过度融合则会引起线粒体小管伸长。结合上面提到的氧化应激在高糖“代谢记忆”的发展过程中起到重要作用以及经研究表明线粒体是胰岛素分泌的主要调节因子这两点,因而可得出结论:线粒体的功能及形成对高糖“代谢记忆”起到了十分重要的意义。

【研究目的】

研究在高糖代谢记忆HUVECs细胞模型形成及发展过程中细胞线粒体融合/裂解调控蛋白与终指标细胞凋亡间的相互关系

【研究方法】

选取HUVECs细胞株,分别用33mmol/L高浓度葡萄糖培养基(HG组)和5mmol/L正常浓度葡萄糖培养基(NG组)培养6天,另外设置11个高糖记忆组(HM),具体方法为HG培养2h,4h,8h,12h,24h,48h,72h后改用NG继续培养至第6天后与HG、NG组一起收集,经WB法测定蛋白表达水平,并用FITV/PI双染法结合流式细胞仪测定细胞的凋亡情况,考察线粒体融合/裂解调控蛋白和终指标细胞凋亡间的相互关系。

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