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胰岛素抵抗(Insulin Resistance,IR)指外周组织及其靶器官对胰岛素的敏感性及反应性降低。2型糖尿病的重要特征是IR。骨骼肌组织是机体脂肪酸利用的主要场所,并且消耗全身约70%的葡萄糖,其能量代谢在整个机体的能量代谢中发挥重要作用。骨骼肌对于胰岛素敏感性的改变很大程度上影响全身的葡萄糖稳态,骨骼肌IR的发生在整个机体IR中占有重要地位。骨骼肌组织发生脂质沉积如长链脂酰辅酶A、游离脂肪酸、甘油三酯的沉积是诱导骨骼肌IR发生的重要原因。 线粒体功能的损害被认为是IR及脂质沉积发病机理的关键因子。当机体出现代谢异常尤其是发生2型糖尿病时,线粒体功能往往已经受损,出现线粒体脂肪酸氧化的减少,最终发生骨骼肌脂质沉积以及IR的发生。 降糖中成药津力达能够降低患者血糖、胆固醇、甘油三酯水平,改善IR,但其具体机制尚不明确。本研究从骨骼肌脂质沉积及线粒体功能的改变角度探讨津力达改善IR的作用机制。 目的:观察中成药津力达对高脂饮食大鼠胰岛素抵抗的改善作用,并探讨津力达对一磷酸腺苷活化的蛋白激酶(5-AMP activated protein kinase,AMPK)通路及线粒体功能的影响。 方法:48只雄性健康125-145g Sprague Dawley(SD)大鼠(由中国食品药品检定研究院实验动物资源研究所提供)适应性喂养一周后随机分为两组:12只大鼠给予基础饲料喂养,36只给予高脂饲料喂养。基础饲料热量组成:碳水化合物65.5%,蛋白24.2%,脂肪10.3%;高脂饮食热量组成:碳水化合物20.1%,蛋白20.1%,脂肪59.8%。6周后行清醒状态下高胰岛素-正葡萄糖钳夹试验判断高脂饮食诱导胰岛素抵抗模型成功后,各组随机选取6只大鼠,腹主动脉取血处死大鼠,血糖(fasting bloodglucose,FBG)使用快速血糖仪测定;血清胰岛素(insulin,INS)应用ELISA试剂盒检测。给予基础饲料喂养的剩余6只大鼠继续给与基础饲料喂养作为正常对照组(ND);给予高脂饲料喂养的胰岛素抵抗造模成功的30只大鼠进一步分为5组:高脂组(HFD),吡格列酮干预组(Pioglitazone),津力达低(JLD0.75g/Kg)、中(JLD1.5g/Kg)、高(JLD3g/Kg)剂量干预组,每组6只大鼠。每周统计大鼠体重。实验14周行腹腔注射葡萄糖耐量试验(IPGTT)以及清醒状态下高胰岛素-正葡萄糖钳夹试验,分别计算葡萄糖曲线下面积(AUCglu)、葡萄糖输注率(GIR);实验第14周腹主动脉放血处死大鼠收集血清测定血清FBG、空腹胰岛素(FINS)、脂联素(adiponectin,APN)、TG、TC、游离脂肪酸(FFA);试剂盒检测骨骼肌组织TG、FFA、长链脂酰辅酶A(LACOA)含量;油红O染色观察骨骼肌脂质沉积程度;透射电镜观察大鼠骨骼肌线粒体形态变化;RT-PCR和Western-blotting检测骨骼肌组织AMPK通路蛋白表达,RT-PCR检测骨骼肌线粒体基因的表达。 结果: 1.高脂饮食喂养6周:高脂组大鼠体重较正常对照组[(488±7.8vs421±8.7)g]明显升高,差异有统计学意义(P<0.05);FBG[(6.38±0.23vs4.05±0.14)mmol/L]及FINS[(19.64±1.50vs11.70±0.86)mU/L]明显高于正常对照组,差异有统计学意义(P<0.05),葡萄糖输注率(GIR)明显低于正常对照组[(14.74±0.42 vs27.61±0.56)mg/kg/min],差异有统计学意义(P<0.05)。 2.津力达低中高剂量及吡格列酮干预8周后指标变化:(1)大鼠体重、血脂、APN:14周HFD组大鼠体重较ND组[(644.83±15.77 vs471.50±4.53)g]升高,津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg,3g/Kg)及吡格列酮组体重较HFD组明显降低[(583.5±17.41,540.67±17.43,526.50±18.08,539.00±10.55)g],有统计学差异(P<0.05);14周HFD组大鼠血清甘油三酯(TG)水平(0.52±0.03 mmol/L)较ND组(0.37±0.03mmol/L)升高(P<0.05),游离脂肪酸(FFA)HFD组大鼠(1.40±0.08mmol/L)较ND组(0.64±0.05mmol/L)升高(P<0.05),胆固醇(TC)HFD组大鼠(1.15±0.05mmol/L)较ND组(1.04±0.07 mmol/L)升高,但无统计学差异(P>0.05);津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg,3g/Kg)血清TG水平(0.26±0.02mmol/L,0.15±0.01 mmol/L,0.16±0.01 mmol/L)及吡格列酮组(0.23±0.03mmol/L)较HFD组明显降低(P<0.05);津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg,3g/Kg)血清FFA水平(0.88±0.06mmol/L,0.76±0.06mmol/L,0.77±0.08mmol/L)及吡格列酮组(0.76±0.05mmol/L)较HFD组明显降低(P<0.05);津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg,3g/Kg)能够明显降低血清TC水平(0.76±0.08mmol/L,0.75±0.05mmol/L,0.84±0.07mmol/L)(P<0.05);14周HFD组大鼠血清脂联素(APN)(12.68±0.93ng/mL)较ND组大鼠(17.43±0.93ng/mL)降低(P<0.05);津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg,3g/Kg)能够增加APN水平(18.28±1.01ng/mL,20.31±1.14ng/mL,17.14±0.82ng/mL)(P<0.05),吡格列酮组APN水平为22.17±1.25ng/mL,与HFD组大鼠相比升高,具有统计学意义(P<0.05)。(2)大鼠空腹血糖(FBG)、空腹血清胰岛素(FINS)及葡萄糖输注率(GIR):14周HFD组FBG(7.23±0.25 mmol/L)较ND组(4.42±0.16 mmol/L)升高(P<0.05), HFD组FINS(27.22±1.55 mU/L)较ND组(11.60±1.17 mU/L)明显升高(P<0.05),HFD组GIR(14.58±0.44mg·kg-1·min-1)较ND组(27.83±1.15 mg·kg-1·min-1)明显降低(P<0.05);津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg,3g/Kg)剂量组FBG(6.19±0.15 mmol/L,5.79±0.24 mmol/L,5.49±0.26 mmol/L)及吡格列酮组(4.85±0.20 mmol/L)较HFD组明显降低,津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg,3g/Kg)组FINS(17.10±1.79 mU/L,15.38±1.56 mU/L,15.95±1.26 mU/L)及吡格列酮组(16.39±1.55 mU/L)较HFD组明显降低津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg,3g/Kg)组GIR(24.94±0.93 mg·kg-1·min-1,26.84±1.14 mg·kg-1·min-1,26.60±0.69mg·kg-1·min-1)及吡格列酮组(27.08±0.74 mg·kg-1·min-1)较HFD组明显升高(P<0.05)。(3)腹腔注射葡萄糖耐量试验(IPGTT):14周HFD组大鼠葡萄糖曲线下面积(AUCglu)(26.84±0.63)较ND组(15.72±0.50)增加(P<0.05);津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg,3g/Kg) AUCglu(19.28±0.65,20.58±0.91,20.69±0.51)及吡格列酮组 AUCglu(20.78±0.55)较HFD组降低(P<0.05)。(4)14周HFD组大鼠骨骼肌TG[(0.26±0.01 vs0.07±0.01)mmol/g]、 FFA[(150.06±6.36 vs77.20±6.41) mmol/g]及LACOA[(7.23±0.34 vs3.82±0.26) nmol/g]较ND组显著增加,津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg,3g/Kg)及吡格列酮组TG[(0.19±0.02,0.07±0.01,0.11±0.01,0.07±0.01)mmol/g]、 FFA[(110.00±6.20,79.59±6.62,92.30±6.22,64.80±6.16)mmol/g]及LACOA[(5.48±0.22,5.00±0.13,6.21±0.37,4.68±0.21)nmol/g]含量较HFD组明显降低(P<0.05)。(5)骨骼肌组织油红O染色:14周HFD组大鼠骨骼肌组织红色脂滴较ND组明显增多,津力达及吡格列酮干预后脂滴数量明显减少。(6)骨骼肌组织AMPK通路蛋白及基因的表达:14周HFD组大鼠骨骼肌组织ADIPOR1、ADIPOR2基因表达及P-AMPK、P-ACC、CPT1和GLUT4的蛋白表达均明显下调(P<0.05);津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg,3g/Kg)及吡格列酮组明显上调了ADIPOR1、ADIPOR2基因及GLUT4蛋白表达,津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg)及吡格列酮组上调了P-AMPK、P-ACC及CPT1的蛋白表达(P<0.05);AMPK及ACC蛋白的表达在各组间均无差异(P>0.05)。AMPK、ACC、GLUT4及CPT1 mRNA的表达同蛋白表达一致。(7)骨骼肌组织介导线粒体功能和脂肪酸氧化的线粒体基因及蛋白表达:14周HFD组大鼠NRF1、COXⅣ、ACADM、PPARα、PPARγ、PGC-1αmRNA的表达明显下调,津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg,3g/Kg)上调了ACADM、PPARα、PPARγ的表达,津力达(1.5g/Kg)干预后上调了PGC-1α及COXⅣmRNA的表达(P<0.05),而吡格列酮未能上调COXⅣ和NRF1的表达,津力达3个剂量组也未上调NRF1的表达。PGC-1α蛋白表达同基因表达一致。(8)透射电镜观察大鼠骨骼肌线粒体形态变化:14周HFD组大鼠线粒体的内外膜部分发生融合,线粒体嵴减少变短,甚至部分或全部消失,可看到线粒体肿胀;津力达(0.75g/Kg,1.5g/Kg)及吡格列酮干预后线粒体超微结构损伤减轻。 结论: 1.高脂饮食可诱导大鼠胰岛素抵抗的发生,表现为大鼠空腹血糖、胰岛素水平的升高及葡萄糖输注率下降。津力达干预后可改善高脂饮食诱导的大鼠胰岛素抵抗,其作用与吡格列酮相当。 2.高脂饮食使大鼠血脂升高,伴随骨骼肌脂质沉积,津力达干预下调了大鼠血脂,改善了骨骼肌脂质沉积,津力达降血脂的作用略优于吡格列酮。 3.高脂饮食下调了血浆脂联素水平及骨骼肌组织ADIPOR1、ADIPOR2 mRNA的表达,同时下调了AMPK通路蛋白的表达,而津力达干预可改善这一状况,其作用与吡格列酮相当。 4.高脂饮食引起线粒体肿胀,线粒体嵴变少变短甚至部分或全部消失,介导线粒体功能和脂肪酸氧化的线粒体基因表达下调,津力达及吡格列酮的干预均可改善这一状况。