介紹
據(jù)估計(jì)，2021年全球20-79歲人群的糖尿病患病率為10.5%，涉及約5.366億人(Sun et al.， 2022)。此外，到2045年，這一比例可能會(huì)上升到12.2%，約有7.832億人患有糖尿病(Sun et al.， 2022)。除了遺傳易感性和不健康的生活方式外，空氣污染也是糖尿病發(fā)生發(fā)展的重要誘發(fā)因素(Tao et al.， 2015)。空氣污染影響機(jī)體的葡萄糖耐量、胰島素敏感性和血脂濃度，可能導(dǎo)致II型糖尿病(T2D)及其相關(guān)后遺癥的發(fā)生(Eze et al.， 2015;Chen et al.， 2016;莊等人，2010)。有研究發(fā)現(xiàn)，O3與人群中糖尿病的發(fā)病率呈正相關(guān)，也可能作為獨(dú)立因素在糖尿病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用(Orioli et al.， 2018;Wang et al.， 2022)。此外，O3污染近年來(lái)一直在增加。2000年至2019年，全球74%的城市夏季O3的日更大8 h值上升(年平均上升0.6%)(Sicard et al.， 2023)。考慮到人體接觸O3的必然性，吸入O3對(duì)機(jī)體糖脂代謝的影響是值得研究的。
毒理學(xué)研究表明，O3暴露會(huì)影響主要器官調(diào)節(jié)代謝的功能，導(dǎo)致葡萄糖耐受不良和高脂血癥(Shore, 2019)。肝臟是哺乳動(dòng)物調(diào)節(jié)糖代謝的主要器官，與其他器官一起維持血糖穩(wěn)態(tài)。O3暴露導(dǎo)致大鼠肝臟糖脂代謝相關(guān)應(yīng)激激素異常釋放，糖脂代謝相關(guān)基因mRNA表達(dá)發(fā)生改變(Miller et al.， 2015,2016a)。然而，具體的生物學(xué)過(guò)程尚未闡明。
值得注意的是，肝臟的大多數(shù)代謝和分泌功能似乎是由晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)的，包括葡萄糖代謝(Reinke和Asher, 2016)。流行病學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，晝夜節(jié)律的中斷或擾動(dòng)會(huì)增加患各種肝臟疾病的風(fēng)險(xiǎn)，甚至可能導(dǎo)致糖尿病、肥胖、代謝綜合征和癌癥(Bray和Young, 2009;Froy, 2010;Sahar and Sassone-Corsi, 2009)。哺乳動(dòng)物的晝夜節(jié)律是由一個(gè)核心的轉(zhuǎn)錄和翻譯反饋回路控制的。編碼核心時(shí)鐘機(jī)制的基因主要包括腦和肌肉類art蛋白1 (Bmal1)、晝夜運(yùn)動(dòng)輸出周期kaput (clock)、周期(Per)和隱色素(Cry) (Takahashi, 2017)。這些中心時(shí)鐘基因的定期振蕩活動(dòng)負(fù)責(zé)代謝功能的日常節(jié)律。
先前的研究發(fā)現(xiàn)，Bmal1或Clock基因敲除小鼠出現(xiàn)低血糖、糖耐量受損和胰島素敏感性降低(Marcheva et al.， 2010;Rudic et al.， 2004)。負(fù)調(diào)節(jié)因子Per2和Cry也被證明對(duì)維持葡萄糖代謝穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要(Doi et al.， 2010;Froy, 2010;Yang等人，2009)。此外，越來(lái)越多的證據(jù)表明，生物體對(duì)外源物質(zhì)的反應(yīng)可能會(huì)破壞其自身的晝夜節(jié)律，并導(dǎo)致一系列不良后果(Prokkola和Nikinmaa, 2018)。3,3 ' 4,4 '， 5-五氯聯(lián)苯(PCB126)和環(huán)境細(xì)顆粒物(PM2.5)等環(huán)境污染物不僅會(huì)損害小鼠肝臟的晝夜節(jié)律振蕩，還會(huì)導(dǎo)致糖脂代謝紊亂(Li et al.， 2020;Shen等人，2019)。鑒于肝臟自主生物鐘在維持肝臟糖脂代謝穩(wěn)態(tài)中的重要作用，o3誘導(dǎo)的糖代謝改變是否與晝夜節(jié)律有關(guān)還有待驗(yàn)證。
本研究的目的是:(1)研究O3是否會(huì)引起小鼠肝臟損傷或葡萄糖代謝變化，(2)確定O3是否會(huì)引起小鼠肝臟晝夜節(jié)律的改變，(3)進(jìn)一步闡明O3誘導(dǎo)的葡萄糖代謝變化與晝夜節(jié)律的關(guān)系。
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)
6周齡雄性無(wú)特異性病原體C57BL/6小鼠來(lái)源于北京維特河實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科技有限公司(北京，中國(guó))。動(dòng)物在標(biāo)準(zhǔn)條件下自由進(jìn)食和飲水，在12小時(shí)的明暗循環(huán)下飼養(yǎng)，8:00開(kāi)燈，記錄為ZT0(24)， 20:00關(guān)燈，記錄為ZT12。適應(yīng)1周后，將小鼠隨機(jī)分為兩組，每組36只，每籠n = 6只，分別為潔凈空氣對(duì)照組(Con)和O3組(O3)。
先前的研究表明，大鼠需要比人類高4-5倍的O3濃度才能匹配人類肺部的O3誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)(Hatch et al.， 1994,2013)。小鼠的呼吸頻率是大鼠的1.5-3倍。基于上述研究，結(jié)合8小時(shí)(0.075 ppm)中國(guó)國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)O3濃度，選擇0.5 ppm作為小鼠暴露的O3濃度。O3組小鼠暴露在0.5±0.05 ppm的O3環(huán)境中28天(4 h/天，ZT0-ZT4)，對(duì)照組小鼠暴露在類似的室內(nèi)過(guò)濾空氣中。(
臭氧發(fā)生器、實(shí)時(shí)臭氧監(jiān)測(cè)儀、臭氧尾氣處理裝置均購(gòu)自中國(guó)北京同林科技)。暴露于O3四周后，從ZT4開(kāi)始，在24小時(shí)內(nèi)每4小時(shí)采集一次血液和肝臟樣本。血清樣本保存在−80?C，供以后分析。肝臟邊緣制備組織病理切片，其余部分用預(yù)冷生理鹽水沖洗，然后快速冷凍于液氮中，保存于- 80?C。所有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均按照山西大學(xué)科學(xué)研究委員會(huì)批準(zhǔn)的指導(dǎo)方針進(jìn)行。
想了解更多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可查找原文，謝謝。
Circadian rhythm disturbances involved in ozone-induced glucose metabolism disorder in mouse liver
Yaru Zhang , Zhipeng Yan , Nan Nan , Guohua Qin *, Nan Sang
College of Environment and Resource, Research Center of Environment and Health, Shanxi University, Taiyuan, Shanxi 030006, People’s Republic of China
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