紅芪多糖對實驗性大鼠糖尿病胰島素抵抗瘦素的影響1)

金智生,汝亞琴,李娟娥,高 妍,周 強,楚惠媛,師 霞

胰島素抵抗(insulin resistance,IR)是心血管疾病、血脂代謝紊亂、2型糖尿病等多種疾病的共同發(fā)病機制,是這些疾病最重要的危險因素。近年來研究表明,瘦素等脂肪因子在2型糖尿病及并發(fā)癥的發(fā)病機制中的作用備受關注,其可能影響體內(nèi)多種能量代謝,在IR中起著重要的作用[1]。我們以往研究表明,紅芪多糖(HPS)及其復合物能改善糖尿病模型大鼠血脂、血糖等指標[2]。但對糖尿病胰島素抵抗大鼠模型血脂和瘦素的關系及HPS對其的干預作用尚未見文獻報道。本研究將觀察HPS對糖尿病胰島素抵抗大鼠血脂、血清瘦素和脂肪瘦素的影響,探討HPS對糖尿病及并發(fā)癥治療作用和可能機制。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 實驗動物 Wistar大鼠 60只,體重(200±20)g,雌雄各半。由甘肅中醫(yī)學院SPF級動物實驗中心提供。合格證號:0001510。

1.1.2 藥物與試劑 HPS:精選甘肅宕昌縣產(chǎn)紅芪,由我院藥學系進行藥物鑒定并根據(jù)有關工藝提取;鹽酸二甲雙胍腸溶片:貴州天安藥業(yè)股份有限公司,批號:20041222;鏈脲佐菌素(Streptozotocin,STZ):美國Sigma公司 ,批號 :015K 1279;碘[125I]-胰島素(INS)放射免疫分析藥盒[125I-Insulin Radioimmunoassay Kit],北京科美東雅生物技術有限公司,批號:050625;總膽固醇(TC)測定試劑盒,浙江東甌生物工程有限公司,批號:2005010157;三酰甘油(TG)測定試劑盒,浙江東甌生物工程有限公司,批號:2005050024;碘[125I]-消脂素(Leptin)放射免疫分析藥盒,北京科美東雅生物技術有限公司,批號:050725。

1.2 實驗方法

1.2.1 造模方法 大鼠在適應喂養(yǎng)1周后,造模大鼠均喂以高糖高脂飼料[3](其中含10.0%豬油,20.0%蔗糖,2.5%膽固醇,1.0%膽酸鹽,66.5%常規(guī)飼料)1個月,以使其誘發(fā)胰島素抵抗。第6周按文獻[4]造模以低劑量(25 mg/kg)STZ(溶于0.1 mmol/L檸檬酸緩沖液,pH4.4,配制成濃度為1%的溶液),一次性左側(cè)下腹部注射,誘發(fā)胰島素代償性分泌障礙,使之產(chǎn)生高血糖癥。高糖、高脂飲食繼續(xù)喂養(yǎng),大鼠出現(xiàn)高胰島素血癥和胰島素抵抗。第9周,大鼠禁食12 h后,按 2 g/kg體重灌胃20%D-葡萄糖溶液,做口服糖耐量試驗,凡0 min和120 min血糖分別≥7.8 mmol/L或葡萄糖負荷后2 h血糖≥11.0 mmol/L的大鼠為造模成功[5]。

1.2.2 分組及給藥 除正常對照組(A組)外,將造模成功大鼠稱重編號以隨機數(shù)字表法分為模型對照組(B組)、二甲雙胍治療組(C組)、HPS低劑量治療組(D組)和 HPS高劑量治療組(E組)。A組、B組灌胃等體積的生理鹽水,每日1次;C組每日灌胃二甲雙胍70 mg/kg;D組灌胃HPS 50 mg/kg,E組每日灌胃HPS 150 mg/kg,均每日1次。A組動物給正常飼料,其余各組均繼續(xù)喂以高脂飼料4周,并每周稱體重。

1.2.3 標本采集 第13周,末次給藥后禁食12 h,腹腔注射2%戊巴比妥鈉生理鹽水溶液40 mg/kg麻醉,行股動脈取血加入裝有40 000 U/mL抑肽酶20 μ L的冰冷試管中混勻,以3 500 r/min離心10 min,分離血清,于-25℃冰箱內(nèi)保存以檢測有關指標。處死動物,分離腎周圍脂肪組織,稱重后制成10%勻漿,以3 500 r/min離心10 min,取上清液測定瘦素。

1.3 檢測指標及方法 空腹血糖(FPG)測定:在大鼠麻醉取血前取尾靜脈血一滴,用血糖儀和試紙條測定;血清、脂肪組織瘦素、空腹胰島素(FINS):按放免分析試劑盒說明書測定;計算胰島素敏感性指數(shù)(ISI):ISI為FPG與INS乘積的倒數(shù),即ISI=ln(1/FINS×FPG)[6];血脂測定:TC用CHOD-PAP法測定,TG用GPO-PAP法測定,HDL-C用磷鎢酸鈉-鎂沉淀法(PTAMg2+法)測定。

1.4 統(tǒng)計學處理 采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件處理。計量資料均用均數(shù)±標準差(±s)表示。組間比較采用單因素方差分析,P＜0.05為有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

2.1 HPS對糖尿病胰島素抵抗大鼠血糖的影響(見表1) 治療組血糖均下降,與模型組相比均有統(tǒng)計學意義(P＜0.01)。二甲雙胍組血糖下降最為明顯,與空白組相比無統(tǒng)計學意義(P＞0.05);HPS高、低劑量組血糖與二甲雙胍組相比有統(tǒng)計學意義(P＜0.01),HPS高劑量組與低劑量組血糖相比有統(tǒng)計學意義(P＜0.05),表明HPS降糖效果較二甲雙胍差,但有一定的降糖作用,HPS高劑量組降糖作用強于低劑量組。

表1 各組治療前后大鼠FPG比較(±s) mmol/L

表1 各組治療前后大鼠FPG比較(±s) mmol/L

組別 鼠數(shù) 劑量(mg/kg) 治療前 治療后空白組 8 生理鹽水 2.462±0.888 2.212±0.677模型組 8 生理鹽水 17.750±2.4801) 18.587±1.9971)二甲雙胍組 8 70 18.162±2.2311) 4.412±3.0492)HPS低劑量組 8 50 17.862±2.7721) 14.612±4.0321)2)3)HPS高劑量組 8 150 17.812±3.2521) 10.812±3.1261)2)3)4)與空白組比較,1)P＜0.01;與模型組比較,2)P＜0.01;與二甲雙胍組比較,3)P＜0.01;與HPS低劑量組比較,4)P＜0.05

2.2 HPS對糖尿病胰島素抵抗大鼠血脂的影響(見表2) 模型組TC、TG升高,HDL-C降低,與空白組相比較有統(tǒng)計學意義(P＜0.01),提示模型組存在脂代謝紊亂。用藥后各治療組HDL-C升高,TC、TG下降,與模型組比較均有統(tǒng)計學意義(P＜0.05或P＜0.01);HPS低劑量組與二甲雙胍組相比有統(tǒng)計學意義(P＜0.05或P＜0.01),HPS高劑量組與二甲雙胍組比較無統(tǒng)計學意義(P＞0.05),HPS高劑量組與低劑量組相比差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05),說明中藥高劑量對大鼠HDL-C、TC、TG的治療有和西藥相似的作用,而中藥低劑量的作用較差。

表2 各組大鼠間血脂的比較(±s) mmol/L

表2 各組大鼠間血脂的比較(±s) mmol/L

組別 鼠數(shù) 劑量(mg/kg) HDL-C TC TG空白組 8 生理鹽水 1.94±0.10 4.25±0.04 0.75±0.28模型組 8 生理鹽水 1.45±0.101) 7.46±0.081) 2.26±0.381)二甲雙胍組 8 70 1.95±0.123) 4.75±0.123) 0.97±0.233)HPS低劑量組 8 50 1.77±0.152)4) 6.37±0.032)5) 1.75±0.373)5)HPS高劑量組 8 150 1.96±0.133)6) 5.15±0.123)6) 1.29±0.423)6)與空白組比較,1)P＜0.01;與模型組比較,2)P＜0.05,3)P＜0.01;與二甲雙胍組比較,4)P＜0.05,5)P＜0.01;與紅芪低劑量組比較,6)P＜0.05

2.3 HPS對糖尿病胰島素抵抗大鼠血清INS、ISI的影響(見表3) 與空白組相比,模型組大鼠血清INS升高,ISI降低(P＜0.01)。各治療組與模型組相比,胰島素抵抗大鼠血清INS降低,ISI升高(P＜0.05或P＜0.01)。HPS高、低劑量組與二甲雙胍組比較無統(tǒng)計學意義(P＞0.05),說明對于改善大鼠高血清胰島素血癥及改善胰島素敏感性方面HPS治療組與西藥有相似的治療效果。

表3 各組大鼠間INS、ISI的比較(±s)

表3 各組大鼠間INS、ISI的比較(±s)

組別 鼠數(shù) 劑量mg/kg INS pmol/L ISI U/mL空白組 8 生理鹽水 73.0±11.1 -3.967±0.199模型組 8 生理鹽水 129.1±20.71) -4.892±0.3311)二甲雙胍組 8 70 87.0±15.82) -4.156±0.2382)HPS低劑量組 8 50 102.7±15.23) -4.551±0.1913)HPS高劑量組 8 150 96.1±12.43) -4.241±0.4443)與空白組比較,1)P＜0.01;與模型組比較,2)P＜0.05,3)P＜0.01

2.4 HPS對糖尿病胰島素抵抗大鼠血清、脂肪瘦素的影響模型組中血清、脂肪瘦素水平升高,與空白組相比有統(tǒng)計學意義(P＜0.01)。與模型組相比,各治療組瘦素水平降低(P＜0.01)。與二甲雙胍組相比,HPS高劑量組治療作用相當,而HPS低劑量治療作用弱于二甲雙胍(P＜0.01)。說明HPS上述作用呈明顯量效關系。詳見表4。

表4 HPS對糖尿病IR模型大鼠血清、脂肪瘦素的影響(±s) ng/mL

表4 HPS對糖尿病IR模型大鼠血清、脂肪瘦素的影響(±s) ng/mL

組別 鼠數(shù) 劑量mg/kg 血清瘦素 脂肪瘦素空白組 8 生理鹽水 5.1±1.1 7.2±1.92模型組 8 生理鹽水 14.8±2.61) 15.5±2.71)二甲雙胍組 8 70 6.4±1.42) 8.4±1.42)HPS低劑量組 8 50 10.5±2.52)3) 11.4±1.22)3)HPS高劑量組 8 150 7.1±1.412)4) 8.9±1.52)4)與空白組比較,1)P＜0.01;與模型組比較,2)P＜0.01;與二甲雙胍組比較,3)P＜0.01;與HPS低劑量組比較,4)P＜0.01

3 討 論

紅芪為豆科植物多序巖黃芪(Hedysaryum Polbotrys)的干燥根,以甘肅產(chǎn)多序巖黃芪為紅芪的主要品種,藥源充足,價格低廉,質(zhì)量為最佳。最早記載于《神農(nóng)本草經(jīng)》黃芪項下,列為上品。紅芪的應用已有較長的歷史。陶弘景曰:“有赤色者,可作膏貼,用消癰腫,俗方多用,道家不須”?！渡褶r(nóng)本草經(jīng)》記載:“補丈夫虛損,五勞贏瘦、止渴、腹痛瀉痢,益氣,利陰氣”,歷代醫(yī)家均用之治“消渴”。

2型糖尿病中普遍存在胰島素抵抗,而且在多數(shù)情況下胰島素抵抗可能是2型糖尿病的原發(fā)性起病原因。脂質(zhì)代謝紊亂對細胞具有毒性作用,即所謂“脂毒性”,脂質(zhì)代謝紊亂與IR具有共同的生物學基礎[7]。高脂血癥是IR的病理生理基礎,不僅會加重高血糖還可以引起糖尿病一系列并發(fā)癥[8]。而IR可使肝臟合成和分泌極低密度脂蛋白(VLDL)和TG的量增加并使其清除減少,產(chǎn)生高脂血癥,IR與高脂血癥二者互為因果,形成惡性循環(huán)。本實驗選用小劑量鏈脲佐菌素加高脂飼料成功誘發(fā)的糖尿病胰島素抵抗大鼠模型[9]。通過檢測模型大鼠血糖、血脂、胰島素、胰島素敏感性等相關指標,結(jié)果表明糖尿病合并胰島素抵抗模型成功。該模型具有高血糖、血脂異常、高胰島素血癥和胰島素敏感性下降等,與2型糖尿病IR的特征相似。

瘦素是由脂肪細胞分泌的一種肽類激素,也是第一個被發(fā)現(xiàn)的脂肪因子,具有多種生物活性,能夠調(diào)節(jié)脂肪組織和其他組織的功能,尤其在調(diào)節(jié)胰島素敏感性方面的作用更為突出[10]。作為由脂肪組織產(chǎn)生并作用于下丘腦調(diào)節(jié)攝食和能量代謝的瘦素,其分泌量由脂肪組織量決定,脂肪增加則合成瘦素也增加,反饋至下丘腦抑制攝食、增強能量代謝,反之則刺激攝食、降低代謝[11]。瘦素還能抑制胰島素的分泌,調(diào)節(jié)胰島素在靶組織的敏感性,而胰島素亦能促進瘦素的表達。臨床研究結(jié)果顯示,2型糖尿病患者存在糖代謝紊亂、脂代謝異常,且胰島素敏感性下降,瘦素水平增高[12]。上述代謝紊亂變化可能是瘦素通過下述機制引起胰島素抵抗:其一,體內(nèi)可能存在“瘦素-脂肪-胰島素”軸[13],瘦素在脂肪細胞和胰島素之間起負反饋的信號傳遞作用。在病理狀態(tài)下正常的“瘦素-脂肪-胰島素”軸反饋機制受到破壞,瘦素敏感性下降,產(chǎn)生“瘦素抵抗”,瘦素不能有效抑制胰島B細胞胰島素的分泌,導致高胰島素血癥、胰島素抵抗及B細胞的凋亡。其二,瘦素抵抗使機體減弱對攝食與脂肪代謝的調(diào)控。攝食增加、脂肪氧化分解降低可造成高脂血癥,高脂血癥又在外周器官影響胰島素的功能,促進IR。同時過多的脂肪分泌更多的瘦素,使瘦素抵抗加劇[14]。

本實驗表明:HPS降糖作用明確,其降糖作用機制可能是在促進組織器官對葡萄糖利用的同時也促進了胰島素分泌。HPS高劑量對大鼠 HDL-C、TC、TG的調(diào)節(jié)作用,其機制可能是促進胰島B細胞的修復,增加胰島素的敏感性,增加組織對葡萄糖的利用,減輕IR;調(diào)節(jié)脂質(zhì)的分解,減輕其對胰島素分泌的抑制;使合成 TG、TC及VLDL的原料減少,促進VLDL和CM 分解,增加載脂蛋白(Apo),使合成 HDL的原料增加;提高脂蛋白脂酶活性,使富含TG的脂蛋白清除加快,從而產(chǎn)生了降低TC、TG,升高 HDL-C,減輕IR效果。HPS能夠降低血清胰島素,升高胰島素敏感指數(shù),改善大鼠胰島素抵抗,可能是通過修復受損的胰島B細胞,增加其數(shù)量和質(zhì)量,恢復胰島B細胞功能,改善INS的利用,降低血糖,同時在調(diào)節(jié)脂代謝紊亂的基礎上,提高了胰島素的敏感性,改善了糖尿病IR。

本實驗結(jié)果顯示:HPS可降低胰島素抵抗大鼠血清、脂肪中瘦素,紅芪高劑量組優(yōu)于紅芪低劑量組?？紤]其可能通過以下幾個途徑實現(xiàn):通過“瘦素-脂肪-胰島素”軸,通過其調(diào)脂作用,調(diào)節(jié)脂質(zhì)分解,脂肪減少,血脂下降,則瘦素水平下降;減輕脂毒性對胰島素受體的破壞,增加胰島素敏感性,血清胰島素水平下降,則瘦素水平下降;HPS可能改善了神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng),加強瘦素的利用,減輕瘦素抵抗,使瘦素水平下降。但HPS降低瘦素的深層機制有待進一步研究。

綜上所述,HPS對實驗性大鼠糖尿病胰島素抵抗模型的影響是多方面的,但不管是降低血糖、調(diào)節(jié)血脂,還是降低血清、脂肪瘦素等相關指標,均最終通過改善胰島素抵抗達到減輕病情,阻止或延緩相關并發(fā)癥出現(xiàn)的目的。

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