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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 胰島素腸道用藥治療糖尿病新方法探索—— 大腸桿菌腸內(nèi)表達(dá)胰島素對(duì)血糖水平的調(diào)節(jié)作用模擬
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 腸道菌群基因組被視為機(jī)體第二套基因組，研究表明有一種大腸埃希菌能夠產(chǎn)生胰島素樣物質(zhì)，該物質(zhì)可以進(jìn)入血液與胰島素的靶細(xì)胞結(jié)合封閉胰島素受體，使胰島素不能發(fā)揮作用，血糖無(wú)法被利用，導(dǎo)致糖尿病。利用以上現(xiàn)象，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)模擬大腸桿菌在腸內(nèi)表達(dá)胰島素的情況，探討了在腸道菌群基因組中引入目的基因，治療蛋白類、肽類激素缺乏導(dǎo)致的疾病作為基因治療新方法的可能。
- 詳細(xì)介紹：
- I型糖尿病(T1D)是由T細(xì)胞介導(dǎo)的產(chǎn)胰島素b細(xì)胞被破壞的自身免疫性疾病。II型糖尿病，患者自身可以產(chǎn)生胰島素，但因?yàn)榧?xì)胞膜上受體發(fā)生病變，細(xì)胞無(wú)法對(duì)胰島素做出反應(yīng)。 人的健康除受自身基因的調(diào)控和外界環(huán)境的作用外，還受腸道菌群的影響。人腸道內(nèi)的細(xì)菌有上千種，其攜帶的基因可達(dá)300萬(wàn)，是人基因組基因數(shù)的100倍，被視為人類的"第二基因組"。腸道菌群的代謝產(chǎn)物，有的直接在腸道內(nèi)發(fā)揮作用，有的被吸收進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，到達(dá)一定的靶器官，結(jié)合相應(yīng)受體，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生影響。Leroith等發(fā)現(xiàn)有一種大腸埃希菌能夠產(chǎn)生胰島素樣物質(zhì)，該物質(zhì)可以進(jìn)入血液與胰島素的靶細(xì)胞結(jié)合封閉胰島素受體，使胰島素不能發(fā)揮作用，血糖無(wú)法被利用，導(dǎo)致糖尿病。 若通過(guò)改造大腸桿菌基因組，在大腸桿菌基因組中引入人胰島素原基因，使之在腸道內(nèi)表達(dá)，經(jīng)吸收進(jìn)入血液循環(huán)到達(dá)靶器官發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，或許可以作為糖尿病等各種因蛋白類、肽類激素缺乏而導(dǎo)致疾病的治療新手段。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)模擬大腸桿菌腸內(nèi)表達(dá)胰島素調(diào)節(jié)血糖水平，觀察胰島素在腸內(nèi)吸收的情況。探討該方法的可能性。 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，雖然家兔存在個(gè)體差異，但胰島素可以在腸道內(nèi)有效吸收并發(fā)揮生理作用，家兔小腸能夠很好的吸收胰島素并起到降血糖的作用。認(rèn)為如果可以使腸道菌群在腸內(nèi)穩(wěn)定表達(dá)胰島素，可以作為治療糖尿病的新手段。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 模擬大腸桿菌腸內(nèi)表達(dá)胰島素調(diào)節(jié)血糖的情況，觀察胰島素在小腸的吸收情況，探索腸道菌群表達(dá)目的基因治療蛋白類、肽類激素缺乏所導(dǎo)致疾病的可能。在家兔小腸注射胰島素、生理鹽水、胰島素大腸桿菌混合液、大腸桿菌培養(yǎng)液，檢測(cè)注射前后不同時(shí)間血糖的變化。若胰島素能在腸道內(nèi)吸收并調(diào)解血糖，提示大腸桿菌腸內(nèi)表達(dá)胰島素可以作為治療糖尿病的新方法。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 大腸桿菌既是常見的腸道菌群也是常用的基因工程菌，本項(xiàng)目通過(guò)模擬大腸桿菌腸內(nèi)表達(dá)胰島素，提出將基因治療中的目的基因引入到腸道菌群基因組中，通過(guò)使大腸桿菌等在腸內(nèi)表達(dá)目的基因，治療蛋白類、肽類激素缺乏所導(dǎo)致疾病的方法。提出新的基因治療方法。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 實(shí)驗(yàn)?zāi)M大腸桿菌腸內(nèi)表達(dá)胰島素調(diào)節(jié)血糖的情況，證明胰島素在小腸能夠有效吸收，認(rèn)為若將目的基因引入腸道菌群基因組，可以成為將來(lái)基因治療蛋白類、肽類激素缺乏所導(dǎo)致疾病的新方法。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 目的： 模擬大腸桿菌腸內(nèi)表達(dá)胰島素以調(diào)節(jié)血糖水平，探討胰島素腸道用藥治療糖尿病新方法。方法：選取4組家兔，分為生理鹽水注射組、胰島素注射組、胰島素+大腸桿菌混合液注射組、大腸桿菌培養(yǎng)液注射組，觀察給藥前后不同時(shí)間各組家兔血糖水平，比較各組家兔血糖水平變化情況。結(jié)果：發(fā)現(xiàn)胰島素注射組、胰島素+大腸桿菌混合液注射組家兔給藥后60 min內(nèi)血糖水平持續(xù)降低，此后開始上升，最終240 min后維持在正常水平；生理鹽水注射組、大腸桿菌培養(yǎng)液注射組，給藥后60 min血糖水平保持相對(duì)平穩(wěn)，240 min后血糖水平明顯下降，前兩組與后兩組在240 min的血糖水平差異明顯。結(jié)論：胰島素＋大腸桿菌注射組具有明顯的降血糖作用，說(shuō)明胰島素可以在小腸內(nèi)吸收，達(dá)到降血糖作用。提示，大腸桿菌腸內(nèi)表達(dá)胰島素可以有效調(diào)節(jié)血糖水平。
獲獎(jiǎng)情況
- 無(wú)
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- ［1］魏曉，劉威，袁靜，黃留玉. 人類腸道菌群與疾病的元基因組學(xué)研究進(jìn)展.[J] 中國(guó)微生態(tài)學(xué)雜志 ［2］Li Wen etc. Innate immunity and intestinal microbiota in the development of Type 1 diabetes Nature (London) 455(7216):1109-13 (2008) ［2］Liping Zhao. Genomics: The tale of our other genome Nature 465, 879–880 (17 June 2010) ［4］Leroith D, Shiloach J, Roth J etc al. Insulin or a closely related molecule is native to Escherichia coli[J]. J biolChem,1981, 256(13):6533-6536 ［5］陳燕，李金照，夏令朝，張瑛，李強(qiáng).人胰島素原基因在大腸桿菌中高效外分泌表達(dá)[J] 中國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào), 1995,V11(06): 636-641 ［6］Weiner HL Oral tolerance:immune mechanisms and the generation of Th3-type TGF-beta-secreting regulatory cells [外文期刊] 2001 ［7］Michel C.Aprahamian M.Defontaine L The effect of site of administration in the gastrointestinal tract on the absorption of insulin from nanocapsules in diabetic rats 1991(01) ［8］吳瓊珠.平其能 以硬脂酸納米粒為載體的胰島素小腸吸收部位研究 [期刊論文] -中國(guó)藥科大學(xué)學(xué)報(bào)2002(03) ［9］Xiaoyan Pang ect， Inter-species transplantation of gut microbiota from human to pigs， The ISME Journal (2007) 1, 156–162
同類課題研究水平概述
- 1腸道菌群 腸道菌群與機(jī)體的相互作用是目前研究的熱點(diǎn)，已發(fā)現(xiàn)很多代謝性疾病都與腸道菌群的失調(diào)有關(guān)。也有學(xué)者認(rèn)為腸道菌群可作為藥物作用的靶點(diǎn)，通過(guò)菌群的調(diào)節(jié)可以治療某些疾病。 2基因治療 將外源基因通過(guò)基因轉(zhuǎn)移技術(shù)將其插入病人的適當(dāng)?shù)氖荏w細(xì)胞中，使外源基因制造的產(chǎn)物能治療某種疾病。目前基因治療的方法大多將目的基因插入干細(xì)胞中，再將其注射進(jìn)機(jī)體相應(yīng)組織，其分化后分泌相關(guān)肽或蛋白。將目的基因引入腸道菌群基因組中的方法未見報(bào)道。 3肽類、蛋白類藥物 肽類、蛋白類藥物口服易在消化道降解、失活，失去藥效。因此，臨床上多采取靜脈注射等方式給藥。糖尿病人更是每天多次皮下注射胰島素，常因?yàn)槲詹缓眯纬捎傺?、結(jié)節(jié)、硬塊，給病人帶來(lái)痛苦。研究人員一直在探索安全有效的給藥方式
