基本信息
- 项目名称：
- 胰岛素肠道用药治疗糖尿病新方法探索—— 大肠杆菌肠内表达胰岛素对血糖水平的调节作用模拟
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 肠道菌群基因组被视为机体第二套基因组，研究表明有一种大肠埃希菌能够产生胰岛素样物质，该物质可以进入血液与胰岛素的靶细胞结合封闭胰岛素受体，使胰岛素不能发挥作用，血糖无法被利用，导致糖尿病。利用以上现象，本实验通过模拟大肠杆菌在肠内表达胰岛素的情况，探讨了在肠道菌群基因组中引入目的基因，治疗蛋白类、肽类激素缺乏导致的疾病作为基因治疗新方法的可能。
- 详细介绍：
- I型糖尿病(T1D)是由T细胞介导的产胰岛素b细胞被破坏的自身免疫性疾病。II型糖尿病，患者自身可以产生胰岛素，但因为细胞膜上受体发生病变，细胞无法对胰岛素做出反应。 人的健康除受自身基因的调控和外界环境的作用外，还受肠道菌群的影响。人肠道内的细菌有上千种，其携带的基因可达300万，是人基因组基因数的100倍，被视为人类的"第二基因组"。肠道菌群的代谢产物，有的直接在肠道内发挥作用，有的被吸收进入循环系统，到达一定的靶器官，结合相应受体，对机体产生影响。Leroith等发现有一种大肠埃希菌能够产生胰岛素样物质，该物质可以进入血液与胰岛素的靶细胞结合封闭胰岛素受体，使胰岛素不能发挥作用，血糖无法被利用，导致糖尿病。 若通过改造大肠杆菌基因组，在大肠杆菌基因组中引入人胰岛素原基因，使之在肠道内表达，经吸收进入血液循环到达靶器官发挥生物学效应，或许可以作为糖尿病等各种因蛋白类、肽类激素缺乏而导致疾病的治疗新手段。本实验通过模拟大肠杆菌肠内表达胰岛素调节血糖水平，观察胰岛素在肠内吸收的情况。探讨该方法的可能性。 通过对实验数据的分析，虽然家兔存在个体差异，但胰岛素可以在肠道内有效吸收并发挥生理作用，家兔小肠能够很好的吸收胰岛素并起到降血糖的作用。认为如果可以使肠道菌群在肠内稳定表达胰岛素，可以作为治疗糖尿病的新手段。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 模拟大肠杆菌肠内表达胰岛素调节血糖的情况，观察胰岛素在小肠的吸收情况，探索肠道菌群表达目的基因治疗蛋白类、肽类激素缺乏所导致疾病的可能。在家兔小肠注射胰岛素、生理盐水、胰岛素大肠杆菌混合液、大肠杆菌培养液，检测注射前后不同时间血糖的变化。若胰岛素能在肠道内吸收并调解血糖，提示大肠杆菌肠内表达胰岛素可以作为治疗糖尿病的新方法。
科学性、先进性及独特之处
- 大肠杆菌既是常见的肠道菌群也是常用的基因工程菌，本项目通过模拟大肠杆菌肠内表达胰岛素，提出将基因治疗中的目的基因引入到肠道菌群基因组中，通过使大肠杆菌等在肠内表达目的基因，治疗蛋白类、肽类激素缺乏所导致疾病的方法。提出新的基因治疗方法。
应用价值和现实意义
- 实验模拟大肠杆菌肠内表达胰岛素调节血糖的情况，证明胰岛素在小肠能够有效吸收，认为若将目的基因引入肠道菌群基因组，可以成为将来基因治疗蛋白类、肽类激素缺乏所导致疾病的新方法。
学术论文摘要
- 目的： 模拟大肠杆菌肠内表达胰岛素以调节血糖水平，探讨胰岛素肠道用药治疗糖尿病新方法。方法：选取4组家兔，分为生理盐水注射组、胰岛素注射组、胰岛素+大肠杆菌混合液注射组、大肠杆菌培养液注射组，观察给药前后不同时间各组家兔血糖水平，比较各组家兔血糖水平变化情况。结果：发现胰岛素注射组、胰岛素+大肠杆菌混合液注射组家兔给药后60 min内血糖水平持续降低，此后开始上升，最终240 min后维持在正常水平；生理盐水注射组、大肠杆菌培养液注射组，给药后60 min血糖水平保持相对平稳，240 min后血糖水平明显下降，前两组与后两组在240 min的血糖水平差异明显。结论：胰岛素＋大肠杆菌注射组具有明显的降血糖作用，说明胰岛素可以在小肠内吸收，达到降血糖作用。提示，大肠杆菌肠内表达胰岛素可以有效调节血糖水平。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- ［1］魏晓，刘威，袁静，黄留玉. 人类肠道菌群与疾病的元基因组学研究进展.[J] 中国微生态学杂志 ［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］陈燕，李金照，夏令朝，张瑛，李强.人胰岛素原基因在大肠杆菌中高效外分泌表达[J] 中国生物化学与分子生物学报, 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］吴琼珠.平其能 以硬脂酸纳米粒为载体的胰岛素小肠吸收部位研究 [期刊论文] -中国药科大学学报2002(03) ［9］Xiaoyan Pang ect， Inter-species transplantation of gut microbiota from human to pigs， The ISME Journal (2007) 1, 156–162
同类课题研究水平概述
- 1肠道菌群 肠道菌群与机体的相互作用是目前研究的热点，已发现很多代谢性疾病都与肠道菌群的失调有关。也有学者认为肠道菌群可作为药物作用的靶点，通过菌群的调节可以治疗某些疾病。 2基因治疗 将外源基因通过基因转移技术将其插入病人的适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能治疗某种疾病。目前基因治疗的方法大多将目的基因插入干细胞中，再将其注射进机体相应组织，其分化后分泌相关肽或蛋白。将目的基因引入肠道菌群基因组中的方法未见报道。 3肽类、蛋白类药物 肽类、蛋白类药物口服易在消化道降解、失活，失去药效。因此，临床上多采取静脉注射等方式给药。糖尿病人更是每天多次皮下注射胰岛素，常因为吸收不好形成淤血、结节、硬块，给病人带来痛苦。研究人员一直在探索安全有效的给药方式
