胰高血糖素樣肽-1對人脂肪干細胞增殖、成脂分化及脂代謝的影響*

鄒玲玲，戴武，魯紅云，劉紅，李玲玲，孫遼，謝丹紅

（1.安徽省合肥市第二人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，安徽 合肥 210000；2.中山大學附屬第五醫(yī)院內(nèi)分泌科，廣東 珠海 519000）

·論著·

胰高血糖素樣肽-1對人脂肪干細胞增殖、成脂分化及脂代謝的影響*

鄒玲玲1，戴武2，魯紅云2，劉紅2，李玲玲2，孫遼2，謝丹紅2

（1.安徽省合肥市第二人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，安徽 合肥 210000；2.中山大學附屬第五醫(yī)院內(nèi)分泌科，廣東 珠海 519000）

目的研究胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）對人脂肪干細胞（ASCs）增殖、成脂分化及脂代謝的影響。方法膠原酶分離法原代培養(yǎng)人ASCs，體外擴增及傳代建立穩(wěn)定的培養(yǎng)體系。用含有不同濃度GLP-1（0、0.1、1.0、10.0及100.0 nmol/L）的基礎培養(yǎng)基和成脂分化培養(yǎng)基培養(yǎng)細胞，噻唑藍法（MTT）檢測干預24、48及72 h后細胞增殖情況，分化21 d后行油紅O染色、異丙醇萃取法檢測細胞內(nèi)脂質(zhì)含量，同時測定分化過程中上清液中甘油釋放量作為脂質(zhì)分解的指標，測定細胞裂解液中三酰甘油的含量作為脂質(zhì)合成指標。結果①高濃度的GLP-1（100.0 nmol/L）對人ASCs的增殖具有抑制作用，且隨著時間的延長抑制作用更明顯。②油紅O染色及異丙醇萃取法顯示100.0 nmol/L的GLP-1抑制人ASCs的成脂分化。③在人ASCs成脂分化過程中，高濃度的GLP-1（100.0 nmol/L）可促進甘油的釋放，而對細胞內(nèi)三酰甘油的含量影響不大。結論高濃度GLP-1可抑制人ASCs的增殖及成脂分化，促進脂質(zhì)分解，對脂質(zhì)合成無明顯作用。

胰高血糖素樣肽-1；人脂肪干細胞；細胞增殖；成脂分化；脂質(zhì)代謝

2型糖尿病發(fā)病率逐年上升，現(xiàn)已成為全球性的公眾衛(wèi)生問題。胰高血糖素樣肽-1（glucagon like peptide-1，GLP-1）作為一種新型降糖藥物，具有降低血糖、保護胰島β細胞及降低體重等特點，現(xiàn)已成為糖尿病藥物治療的新熱點。GLP-1可以顯著地降低體重，其機制有多方面原因，包括抑制胃腸道蠕動和胃液分泌，延緩胃排空，抑制食欲及減少攝食[1-2]。至于GLP-1是否直接作用于脂肪組織和脂肪細胞從而影響脂代謝，目前報道并不多見。本研究主要探討GLP-1對人脂肪干細胞（adipose-derived stem cells，ASCs）增殖、分化的作用及對脂質(zhì)合成與分解的影響，從細胞水平探討其減輕體重的機制，也為其用于治療其他代謝性疾病，如肥胖癥、血脂異常等提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料

1.1.1主要試劑DMEM/F12培養(yǎng)基（美國Corning公司），胎牛血清（杭州四季青公司），I型膠原酶、牛血清白蛋白（BSA）、1-甲基-3-異丁醇黃嘌呤（IBMX）、甲狀腺素、地塞米松、胰島素、泛酸鈣、生物素、轉(zhuǎn)鐵蛋白及噻唑藍（MTT）購自美國Sigma公司，二甲基亞砜（DMSO）、胰蛋白酶-EDTA、β-甘油磷酸鈉、維生素C、巴比妥鈉、氯化鈣、硫酸鎂、硝酸鈷、硫化銨及甲苯胺藍購自廣州翔博生物公司，胰高血糖素樣肽-1[GLP-1（7-37）]（美國ProSpec公司），油紅O（廣州杰特韋生物公司），甘油含量測定試劑盒購自上海榮盛生物公司，三酰甘油測定試劑盒購自南京建成生物公司。

1.1.2脂肪組織來源選擇中山大學附屬第五醫(yī)院普外科擇期行開腹手術患者，年齡小于50歲，無感染和惡性腫瘤轉(zhuǎn)移，無內(nèi)分泌及全身代謝性疾病，無服用干預糖及脂肪代謝的藥物史。知情同意下切取腹部皮下脂肪組織約10 g。本研究經(jīng)本院倫理委員會批準。

1.2方法

1.2.1人ASCs的原代培養(yǎng)及鑒定參照筆者已建立的方法[3]取新鮮切除的脂肪組織，膠原酶消化，紅細胞裂解液裂解紅細胞，離心棄上清，沉淀用基礎培養(yǎng)基制成細胞懸液，接種于培養(yǎng)瓶，37℃，5%二氧化碳CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。當ASCs生長覆蓋至80%左右時傳代。使用流式細胞儀檢測CD44、CD105及人白細胞（位點）DR抗原[human leukocyte antigen（locus）DR，HLA-DR）]等表面抗原。

1.2.2人ASCs的多向誘導分化取4～10代的ASCs以5×105個/ml的密度接種于培養(yǎng)板，待細胞長滿培養(yǎng)板后，分別加入成脂、成骨及成軟骨分化培養(yǎng)基進行多向誘導分化。成脂分化液配方：DMEM/F12，地塞米松1μmol/L、胰島素1μg/ml，甲狀腺素0.2 nmol/L、生物素33μmol/L、泛酸鈣17μmol/L、轉(zhuǎn)鐵蛋白10 mg/L，青霉素100 u/ml，鏈霉素0.1 mg/mL，前3 d的分化培養(yǎng)基中含IBMX 0.5 mmol/L，分化21 d后行油紅O染色。成骨分化液配方：DMEM/F12，10%胎牛血清，β-甘油磷酸鈉10 mmol/L，地塞米松0.1μmol/L，維生素C 50 mg/L；孵育液配制：3%β-甘油磷酸鈉5 ml，2%巴比妥鈉5 ml，蒸餾水10 ml，2%氯化鈣10 ml，2%硫酸鎂1 ml。分化至第14天時，行堿性磷酸酶（ALP）染色。成軟骨分化液配方：DMEM/F12，1%胎牛血清，1%雙抗，胰島素6.25μg/ml，TGF-β1 10 ng/ml，維生素C 50 nmol/L。誘導分化至第14天時行甲苯胺藍染色。

1.2.3不同濃度GLP-1對人ASCs增殖的影響

取同一患者同一代次的ASCs，以104/ml的密度接種于96孔板，每孔100μl，分別以含不同濃度GLP-1（0、0.1、1.0、10.0及100.0 nmol/L）的基礎培養(yǎng)基培養(yǎng)細胞，設置空白對照組（不添加細胞和GLP-1），每日1次倒置顯微鏡下觀察細胞形態(tài)，照相。當細胞生長至培養(yǎng)孔面積的50%～60%時，分別行24、48和72 h MTT檢測。實驗重復3次（n=3），每次8復孔取平均值（n=8）。

1.2.4GLP-1對人ASCs成脂分化的影響用含不同濃度GLP-1（0、1.0、10.0及100.0 nmol/L）的成脂分化液進行成脂分化。分化直至21 d油紅O染色，倒置顯微鏡下觀察人前脂肪細胞分化的情況，并用異丙醇萃取的方法進行細胞內(nèi)脂質(zhì)含量的定量檢測（以吸光度A值表示）。設置空白對照組（不添加細胞和GLP-1）、陰性對照組（不添加GLP-1），通過與對照組的比較，分析GLP-1對人ASCs分化的影響。

1.2.5GLP-1對人ASCs成脂分化過程中脂質(zhì)代謝的影響收集分化第6，12，18和21天細胞上清液1 ml，存放于-20℃冰箱；同時裂解細胞，收集裂解液4℃12 000 g離心10 min，取上清-20℃冰箱保存。所有標本收集后集中檢測。細胞內(nèi)三酰甘油含量及培養(yǎng)基中甘油的釋放量作為脂質(zhì)合成與分解的指標，具體方法按照試劑盒操作說明進行。

1.3統(tǒng)計學方法

采用SPSS 13.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，實驗組與對照組兩兩比較，方差齊時采用LSD-T（最小顯著差異法）檢驗，方差不齊時采用Dunnett-T檢驗，數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差（±s）表示，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1原代培養(yǎng)的人ASCs形態(tài)學觀察

細胞剛接種時呈懸浮狀，12 h后顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)細胞基本貼壁，初為類圓形，體積較小，后變?yōu)榧忓N形或不規(guī)則形，逐漸出現(xiàn)伸展趨勢。第3天左右細胞呈現(xiàn)典型的長梭形，開始迅速增殖，第10天左右細胞大量增殖，融合成漩渦狀，排列緊密。第1～3代的細胞尚含有一些紅細胞及其他雜細胞，經(jīng)過不斷換液及消化后傳代，3代以后的細胞形態(tài)均一，呈長梭形，旋渦狀生長，細胞較純凈，可做下一步研究。

2.2人ASCs的鑒定

經(jīng)流式細胞儀表面抗原檢測，人前脂肪細胞表面CD44及CD105成強陽性，表達率均超過98%，而CD31、CD34、CD45及HLA-DR陰性。其中，CD44和CD105是骨髓間充質(zhì)干細（MSCs）公認的兩種表面標志，說明所培養(yǎng)的前脂肪細胞具有干細胞的特性。

2.3人ASCs的多向誘導分化

經(jīng)油紅O染色可觀察到變大變圓的脂肪細胞和胞質(zhì)內(nèi)大小不等的脂肪滴被染成橘紅色，而未分化的ASCs則不能被染色（圖1）；經(jīng)堿性磷酸酶染色后可見胞質(zhì)中呈現(xiàn)灰黑色顆?；驂K狀沉淀（圖2）；經(jīng)甲苯胺藍染色可見甲苯胺藍與軟骨基質(zhì)中的氨基葡聚糖結合，從而使基質(zhì)著藍紫色（圖3）。

2.4MTT結果顯示

與空白組相比，干預48 h后100.0 nmol/L組ASCs的增殖受抑制，差異有統(tǒng)計學意義；干預72 h后10.0和100.0 nmol/L組均對ASCs的增殖均有抑制作用，差異有統(tǒng)計學意義，如表1。

2.5GLP-1對人ASCs成脂分化的影響

通過油紅O染色后異丙醇萃取的結果顯示：與對照組相比，高濃度的GLP-1（100.0 nmol/L）對人ASCs的成脂分化具有抑制作用，差異具有統(tǒng)計學意義，如表2。

2.6 GLP-1對人ASCs成脂分化過程中脂質(zhì)分解的影響

表3結果顯示：分化第21天，100.0 nmol/L組甘油含量高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義。而且隨著分化時間的延長，高濃度GLP-1促進脂肪分解的作用更明顯。

2.7GLP-1對人ASCs成脂分化過程中脂質(zhì)合成的影響

表4結果顯示：隨著分化時間的延長，細胞內(nèi)的三酰甘油含量逐漸增加，差異有統(tǒng)計學意義。但隨著分化液中GLP-1濃度的增加，各組細胞內(nèi)三酰甘油含量差異無統(tǒng)計學意義。

表1 GLP-1對人前脂肪細胞增殖的影響[吸光度（A），（±s）]

注：?各GLP-1濃度組與不加GLP-1組比較，P＜0.05

時段0 nmol/L10.0 nmol/L100.0 nmol/LF值P值24 h0.192±0.0700.210±0.1020.207±0.0740.660.652 48 h0.290±0.0600.241±0.0360.282±0.065?3.190.013 72 h0.524±0.0500.394±0.104?0.430±0.052?12.120.002 0.1 nmol/L1.0 nmol/L 0.181±0.0710.181±0.070 0.316±0.0870.281±0.072 0.493±0.0360.4860.045

表2 異丙醇萃取油紅O結果（±s）

注：?與0 nmol/L組相比，P＜0.05

GLP-10 nmol/L 10.0 nmol/L100.0 nmol/L吸光度值0.618±0.0170.576±0.0230.542±0.023?t值1.642.84 P值0.1610.013 0.1 nmol/L1.0 nmol/L 0.594±0.0170.601±0.025 0.830.63 0.4130.574

表3 GLP-1對人ASCs分化過程中培養(yǎng)基甘油含量的影響（μmol/L±s）

注：1）各濃度GLP-1組與未加GLP-1組相比，P＜0.05；2）各濃度GLP-1組與未加GLP-1組相比，P＜0.01

GLP-10 nmol/L10.0 nmol/L100.0 nmol/LF值P值第6天236.25±18.94264.06±54.32251.56±47.401.120.382 0.1 nmol/L1.0 nmol/L 311.25±24.26237.81±27.91第12天157.81±44.60306.25±33.431）287.5±29.032.150.125 226.88±64.40308.16±40.241）第18天125.63±7.23226.88±16.772）228.75±25.512）8.530.001第21天163.44±45.23238.13±48.35398.75±25.192）5.320.007 135.63±15.25161.25±14.60 259.69±48.51186.56±24.17

表4 GLP-1對人ASCs細胞內(nèi)三酰甘油含量的影響[mmol/（L·g）±s]

時段0 nmol/L10.0 nmol/L100.0 nmol/LF值P值第6天2.970±0.1322.755±0.1822.478±0.3600.430.123 0.1 nmol/L1.0 nmol/L 2.748±0.2272.540±0.470第12天5.578±0.3115.338±0.2825.138±0.1230.580.311 5.498±0.2275.150±0.320第18天9.032±0.1998.545±0.2178.298±0.0610.920.199第21天11.090±0.28110.578±0.42510.503±0.2591.030.281 8.755±0.3908.548±0.407 11.143±0.18310.743±0.233

3 討論

脂肪組織主要由ASCs、脂肪細胞、血管基質(zhì)細胞、少數(shù)纖維母細胞和少量細胞間膠質(zhì)組成，它不僅是被動的能量存儲庫，還具有復雜的內(nèi)分泌調(diào)節(jié)功能。自2001年ZUK等發(fā)現(xiàn)ASCs以來，就已證明ASCs具有向脂肪、軟骨、成骨或成肌等多向分化潛能，它的存在和作用持續(xù)于人的一生[4]。脂肪細胞處于不斷自我更新的過程中，舊的脂肪細胞衰老、凋亡，而在適當?shù)恼T導分化條件下，ASCs可以不斷分化為脂肪細胞，新的脂肪細胞不斷募集[5-7]。因此建立脂肪細胞的增殖分化模型，可為深入研究肥胖及相關疾病的發(fā)病機制提供細胞學平臺。

如前文所述，GLP-1具有確切的降低體重的作用，其機制也被廣泛探討。然而GLP-1是否直接作用于脂肪組織、對ASCs的增殖及分化是否有影響及何種影響，目前不甚明了。筆者知道ASCs增殖、分化功能的紊亂可導致脂肪細胞數(shù)量的增加和體積的增大，從而造成內(nèi)分泌和代謝的紊亂，引起肥胖。因此，本實驗從細胞增殖、分化角度探討GLP-1對ASCs的影響，以期從細胞水平進一步探討其降低體重的機制。

本研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1干預48 h后，與不加GLP-1的對照組相比，100 nmol/L組的細胞增殖受到明顯抑制，差異具有統(tǒng)計學意義。而到了第3天，10及100 nmol/L組均對細胞增殖起到抑制作用，差異具有統(tǒng)計學意義。較低濃度GLP-1（1及0.1 nmol/L）對人ASCs的增殖無明顯影響。根據(jù)以上結果，筆者推斷GLP-1對人ASCs的增殖具有抑制作用，并且這種抑制作用隨著GLP-1濃度的增加及培養(yǎng)時間的延長會更加顯著。筆者還采用不同濃度的GLP-1干預人ASCs的成脂分化過程，發(fā)現(xiàn)含100.0 nmol/L的GLP-1試驗組對細胞的成脂分化有明顯抑制作用，雖然其他濃度的GLP-1實驗組對人ASCs成脂分化無明顯影響，但總體看來，與對照組相比，各實驗組仍然呈降低的趨勢。由此筆者認為GLP-1對人ASCs的成脂分化具有抑制作用。

GLP-1生物活性的發(fā)揮主要通過其受體（glucagon-like peptide 1 receptor，GLP-1R）介導。GLP-1R屬于G蛋白耦聯(lián)受體B家族，是由7個跨膜結構組成的受體蛋白，THORENS[8]等在1992年克隆出該受體。研究者首先在胰腺中發(fā)現(xiàn)了GLP-1R，隨后在心臟、腦、肺及腎臟等器官均發(fā)現(xiàn)GLP-1R序列的存在。而在利用葡萄糖的主要外周組織，如肝臟、骨骼肌和脂肪組織已被證實存在高親和力的GLP-l結合位點[9]，但未能檢測出已知的受體序列。在胰腺，GLP-1與經(jīng)典的GLP-1R結合，通過G蛋白偶聯(lián)受體-cAMP信號途徑促進胰島β細胞增殖[10]。而本研究的結果表明GLP-1對ASCs的增殖具有抑制作用。為什么同一藥物在不同組織細胞中呈現(xiàn)相反的作用呢？有學者推測在脂肪組織中一直未能發(fā)現(xiàn)已被克隆的胰島細胞表面的受體存在，因此懷疑在脂肪組織中存在的GLP-1結合位點和胰島β細胞表面的受體不同[11-12]。GLP-1與人ASCs表面的結合位點結合后經(jīng)不同的受體后轉(zhuǎn)導通路，從而導致了GLP-1作用于不同組織細胞產(chǎn)生不同的作用[13]。這其中具體機制尚需進一步研究。

脂質(zhì)是人體的重要組成成分和儲能物質(zhì)，人體內(nèi)含量最多的脂質(zhì)是三酰甘油，人體大多數(shù)組織都可以利用三酰甘油，在一系列脂肪酶的作用下可將三酰甘油分解為脂肪酸和甘油，從三酰甘油中脫離的脂肪酸即游離脂肪酸（free fatty acid，F(xiàn)FA），是一種能夠迅速用于生命活動的高效熱量源。在生活水平不斷提高、食材更加豐富的今天，現(xiàn)代人卻面臨著FFA過度蓄積的危險。在肥胖和2型糖尿病的病理生理過程中就常伴有FFA的升高。FFA的升高與胰島素抵抗和β細胞功能異常有著密切的關系。本研究中，筆者發(fā)現(xiàn)隨著人ASCs分化時間的延長，細胞內(nèi)三酰甘油含量逐漸增加，而分化培養(yǎng)基中GLP-1的濃度對三酰甘油含量無明顯作用，說明GLP-1對于脂質(zhì)合成無明顯效應。另一方面，在人ASCs成脂分化過程中，含有高濃度GLP-1的分化液中甘油的含量明顯高于對照組，且隨著分化時間的延長這種差異更明顯，說明高濃度的GLP-1可促進人脂肪細胞的脂肪分解。這與既往SANCHO V等[14]的研究結果不一致，考慮人脂肪細胞和動物脂肪細胞對GLP-1在脂肪細胞中產(chǎn)生作用所需的濃度數(shù)量級要求不同，同時兩種不同種屬來源的細胞在代謝途徑上也存在差異，因此造成了實驗結果的差異。當然，GLP-1在脂代謝中具體的分子生物學機制還有待于深入研究。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)高濃度GLP-1抑制人ASCs增殖、成脂分化同時又促進脂肪分解的作用，可能正是GLP-1降低體重的原因之一。這一作用更好地解釋了GLP-1應用于臨床糖尿病的治療，同時也為其應用于肥胖癥等其他代謝性疾病的治療提供了方向。另外，GLP-1除了目前已知的降糖、減重作用外，還具有舒張血管、降壓及保護內(nèi)皮細胞等的心血管保護作用，這為減少糖尿病患者心血管系統(tǒng)并發(fā)癥提供可能。這其中的具體機制目前尚不明確。當然，本實驗中GLP-1使用的濃度范圍與臨床實際有一定差異，GLP-1在臨床應用中帶來的惡心、嘔吐甚至急性胰腺炎、腎臟損害等副反應，以及其高濃度代謝產(chǎn)物在體內(nèi)是否會增加對心臟、肝臟及血管系統(tǒng)的損害風險，還需在以后的治療應用中提供更多臨床研究的支持。

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Effects of glucagon like peptide-1(GLP-1)on the proliferation,adipogenesis and lipid metabolism of human adipose-derived stem cells*

Ling-ling ZOU1,Wu DAI2,Hong-yun LU2,Hong LIU2,Ning-ning LI2,Liao SUN2,Dan-hong XIE2
(1.Department of Endocrinology,the Second People's Hospital,Hefei,Anhui 210000,P.R.China; 2.Department of Endocrinology,the Fifth Hospital affiliated to Sun Yat-sen University, Zhuhai,Guangdong 519000,P.R.China)

【Objective】To investigate the effects of GLP-1 on the proliferation,adipogenesis and the lipid metabolism in the course of the adipogenesis of human adipose-derived stem cells(ASCs).【Methods】Human ASCs were separated from subcutaneous adipose tissue by collagenase I and cultured and induced to adipogenesis in the presence of GLP-1 of different concentrations(0,0.1,1.0,10.0,100.0 nmol/L)Oil red O staining and isopropanol extraction methods were used to assess intracellular lipid accumulation.Supernatant of cell culture medium was collected every 3 day to measure glycerol as lipolysis index,cell lysate was collected to measure triglyceride as lipid synthesis index.【Results】Human ASCs were successfully cultured from subcutaneous adipose tissue,and can be induced to osteogenic,adipogenic and chondrogenic differentiation in vitro.MTT results showed that the proliferative activity of human ASCs was attenuated by GLP-1 on higher concentration[A(0.430±0.052)vs(0.290±0.060),P＜0.01].Oil red O staining showed that GLP-1 on higher concentration(100.0 nmol/L)inhibited the differentiation of human ASCs[A(0.542±0.023)vs(0.618±0.017),P＜0.05].During the course of the human ASCs adipogenesis, GLP-1(100 nmol/L)accelerated the release of glycerol[(398.75±25.19)μmol/L vs(163.44±45.23)μmol/L,P＜0.01],but had no effect on the content of intracellular triglyceride accumulation[(10.503±0.259)mmol/L/g vs(11.090±0.281)mmol/L/g,P＞0.05].【Conclusion】GLP-1 can inhibit the proliferation and adipogenesis of human ASCs in vitro,promote lipolysis,but has no effect on lipid synthesis.

GLP-1;human adipose-derived stem cells;cell proliferation;adipogenesis;lipid metabolism

R589

A

1005-8982（2015）28-0001-06

2015-04-12

廣東省科學技術廳社會發(fā)展計劃項目（No：2011B031800102）

魯紅云，E-mail：luhongyun2013@163.com，Tel：13902533020