肥満マウス肝臓における選択的インスリン抵抗性の数理モデル解析

肥胖小鼠肝脏选择性胰岛素抵抗的数学模型分析

基本信息

批准号：
22K16427
负责人：
森下宗
金额：
$ 3万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

健常および肥満マウス肝臓において，インスリン-PI3K-Akt経路の各分子がどのようなタイムコースでインスリン刺激に対して反応するか実験を行った．マウス肝門脈もしくは腸間膜静脈からシリンジポンプを用いてインスリンを注入することで，血中インスリン濃度を厳密にコントロールした．このとき，インスリンは生体内の濃度変化を模した3種類のパターンで注入した．ELISAにより血中インスリン濃度を，ウェスタンブロットによりIR，Akt，GSK3β，S6K，FoxO1といった分子のリン酸化レベルを測定した．肥満マウス肝臓ではAktリン酸化レベルの低下やIRおよびIRS2の発現量の低下が見られた．実験データを元に常微分方程式モデルを用いたシミュレーションを行ったところ，Aktリン酸化レベルの低下はIRおよびIRS2発現量の低下のみで再現できることが明らかになった．2型糖尿病や，肥満ではインスリンが効きにくくなるインスリン抵抗性という現象が知られており，これを説明する複数の仮説が提唱されているが，どの分子がどの程度かかわるか定量的に明らかにした研究は存在しない．肥満マウス肝臓におけるAktへのシグナルの減弱はインスリン抵抗性の要因の一つと考えられ，定量的実験とシミュレーションを用いた本研究により，その詳細が明らかになった．IRおよびIRS2という2分子の量的変化が重要であり，反応速度定数の量的変化やシグナル伝達回路の質的変化は必要としないことが明らかになったため，2分子の発現量さえ分かればAktへのシグナルの減弱がどの程度であるか，実験に用いたマウスと異なる週齢であってもシミュレーション上で明らかにすることが可能となった．

我们进行了一个实验，以确定胰岛素-PI3K-AKT途径的每个分子的时间过程对健康和肥胖的小鼠肝脏中的胰岛素刺激有反应。血液胰岛素浓度通过使用注射泵从小鼠肝门静脉或肠系膜静脉中注入胰岛素来严格控制。目前，以三种不同的模式注入胰岛素，以模仿体内浓度的变化。通过ELISA测量血液胰岛素浓度，并通过Western blot测量了IR，AKT，GSK3β，S6K和FOXO1等分子的磷酸化水平。肥胖小鼠的肝脏显示Akt磷酸化水平降低，IR和IRS2表达水平降低。基于实验数据，使用普通微分方程模型的模拟表明，只能通过降低IR和IRS2表达水平来再现Akt磷酸化水平的降低。胰岛素抵抗是已知的，这使得胰岛素在2型糖尿病和肥胖症中的有效性降低，尽管已经提出了几种假设来解释这一点，但尚无定量揭示涉及哪些分子以及多少的研究。肥胖小鼠肝脏中AKT信号的衰减被认为是引起胰岛素抵抗的因素之一，这项研究使用定量实验和模拟揭示了细节。已经揭示了两个分子IR和IRS2的定量变化很重要，并且不需要反应速率常数的定量变化或信号转导循环的定性变化，并且已知两个分子的表达水平，即使在不同的周期内，两个分子的表达水平也可能降低，即使在不同的周中，也可以澄清akt的信号。