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背景2型糖尿病（Type 2 Diabetes Mellitus,T2DM）是影响我国乃至全世界居民健康的重大公共卫生问题。随着经济发展和人口老龄化,T2DM的患病率逐年增长,严重影响人们的生活质量,给个人、家庭和社会带来沉重的经济负担。遗传因素、超重、肥胖和不良生活方式等是目前研究中发现的T2DM的主要危险因素。近年来,越来越多的研究发现微量元素能够对糖代谢产生影响,可能对T2DM的发生和流行发挥重要作用。有研究显示,微量元素铬（chromium,Cr）可能对机体糖代谢紊乱具有保护作用。微量元素铁（iron,Fe）过载可能是导致机体糖代谢紊乱的危险因素。然而,铬和铁同时作用时,会对糖代谢产生什么样的影响,其作用机制如何,尚不清楚。本次研究拟通过人群流行病学研究、生物信息学分析、体外细胞实验探讨微量元素铬、铁对糖代谢的影响及潜在的作用机制,为进一步研究T2DM的致病因素以及预防和控制提供依据。第一部分人体微量元素铬、铁与2型糖尿病的关联性研究目的研究宁夏农村地区人群中微量元素铬、铁与T2DM的关联性。方法本研究采用病例对照研究设计。在国家重点研发项目“精准医学研究”西北区域自然人群队列的基线人群中,根据1999年世界卫生组织T2DM诊断标准和本研究的纳入和排除标准,按照年龄和性别频数匹配的原则,选择T2DM组268人、空腹血糖受损组（impaired fasting glucose,IFG）224人和健康对照组312人进行研究。采用问卷调查和体格检查的方法,收集研究对象的一般人口学特征、生活行为特征、身高、体重、血压等信息。采集空腹血液样本和晨尿样本,检测空腹血糖（fasting blood glucose,FBG）、空腹胰岛素（fasting serum insulin,FINS）、总胆固醇（total cholesterol,TC）)、甘油三酯（triglyceride,TG）、高密度脂蛋白胆固醇（high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C）。采用ICPMS检测血清和尿液中微量元素铬、铁含量。采用Spearman相关分析、广义线性模型等统计方法分析铬、铁与T2DM的关联性。结果T2DM组的血清铬含量明显低于健康对照组和空腹血糖受损组（P＜0.05）。血清铁和空腹胰岛素负相关（P＜0.05）。尿铁和空腹胰岛素正相关（P＜0.05）。在控制了年龄、性别、总胆固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇之后,与血清铬最低水平组比较,血清铬最高水平组患T2DM的风险降低46%。在与T2DM的关联中,血清铬和血清铁的交互作用有统计学意义（P=0.023）,多个水平的血清铬和血清铁存在交互作用（P＜0.05）,且OR值小于1。结论血清铬和T2DM之间为负关联。在与T2DM的关联中,多个水平的血清铬和血清铁存在交互作用,呈现为拮抗作用。第二部分微量元素铬、铁与2型糖尿病关联的生物信息学分析目的通过生物信息学方法寻找铬、铁与T2DM关联的共同的信号通路。方法检索基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus,GEO）获取与T2DM有关的基因表达谱。通过毒理基因组学比较数据库（Comparative Toxicogenomics Database,CTD）分别获取与铬、铁有关的基因表达谱。然后分别分析与T2DM和铬、与T2DM和铁有关的差异表达基因（differentially expressed genes,DEGs）,并进行GO富集分析和KEGG信号通路分析。之后将得到的信号通路进行比对,以发现铬和铁与T2DM关联的共同的信号通路。结果筛选出与T2DM和铬有关的差异表达基因191个,其中表达上调的为131个,表达下调的为60个。筛选出与T2DM和铁有关的差异表达基因47个,其中表达上调的为28个,表达下调的为19个。将以上差异表达基因分别进行GO富集分析和KEGG信号通路分析并进行比对,发现了铬和铁与T2DM关联的共同的信号通路,其中有PI3K/Akt信号通路。结论PI3K/Akt信号通路可能是铬、铁与T2DM关联的共同的信号通路。这还需要在生物学实验中进一步研究。第三部分微量元素铬、铁通过ROS介导PI3K/Akt/GLUT4信号通路对糖代谢的影响及机制研究目的通过体外细胞实验,探讨铬和铁同时作用对糖代谢的影响及潜在机制。研究铬和铁是否通过影响PI3K/Akt/GLUT4信号通路蛋白表达发挥对糖代谢的影响。方法C2C12细胞在DMEM培养基+10%胎牛血清中培养24小时。采用CCK8法检测细胞活性。分别用二甲基亚砜（DMSO,终浓度≤0.1%）、FAC（100μM）、Cr Pic（100n M）、FAC（100μM）+Cr Pic（100n M）、Cr Pic（100n M）+LY294002（PI3K抑制剂,5μM）、FAC（100μM）+Recilisib（PI3K激活剂,20μM）对细胞干预24小时。采用荧光探针2-NBDG和DCFH-DA分别检测胰岛素刺激的葡萄糖摄取和细胞内活性氧（reactive oxygen species,ROS）水平。蛋白免疫印迹法（Western blotting）检测相关蛋白及磷酸化蛋白表达水平。结果在CCK8细胞活性实验的基础上,结合参考文献和人体内微量元素暴露水平,确定100μM FAC、100n M Cr Pic、5μM LY294002和20μM Recilisib干预24小时为本实验中对C2C12细胞的干预条件。研究发现,与对照组相比,Cr Pic组的胰岛素刺激的葡萄糖摄取显著增高（P＜0.05）,FAC组的胰岛素刺激的葡萄糖摄取显著降低（P＜0.05）。Cr Pic+FAC组的胰岛素刺激的葡萄糖摄取要显著高于FAC组（P＜0.05）。与对照组相比,FAC组的ROS水平显著增加（P＜0.05）。Cr Pic+FAC组的ROS水平显著低于FAC组（P＜0.05）。与对照组相比,FAC组的p-PI3K/PI3K和p-Akt/Akt、GLUT4蛋白表达水平显著降低（P＜0.05）。Cr Pic+FAC组的p-PI3K/PI3K和p-Akt/Akt、GLUT4蛋白表达水平比FAC组显著增高（P＜0.05）。结论在本实验条件下,在C2C12细胞中,我们发现FAC可以通过ROS介导的PI3K/Akt/GLUT4信号通路抑制胰岛素刺激的葡萄糖摄取。Cr Pic可以通过ROS介导的PI3K/Akt/GLUT4信号通路改善铁抑制的胰岛素刺激的葡萄糖摄取。本研究提示铬对铁引起的糖代谢异常可能具有保护作用,具体作用机制可能与上调ROS介导的PI3K/Akt/GLUT4信号通路有关。