微量元素銅/鋅比值對(duì)糖尿病大鼠血糖及腎臟的影響

張 濤，劉 義，齊志敏，王 紅

(1遼寧醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院，遼寧錦州 121001;2遼寧醫(yī)學(xué)院)

Zn、Cu做為人體必需的微量元素，與糖尿病(DM)有高度相關(guān)性。Yoshikawa等[1，2]研究認(rèn)為，Zn不但可以維持胰島素的活性，其本身還有胰島素樣作用，并認(rèn)為補(bǔ) Zn可以降低 DM大鼠的糖化血紅蛋白水平，糾正其脂質(zhì)代謝紊亂。2009年 4～7月，我們觀察了補(bǔ) Zn對(duì) DM大鼠 Cu/Zn比值變化及對(duì)腎臟的影響。現(xiàn)報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、儀器及試劑 健康、雄性、清潔級(jí)大鼠 40只，2月齡，平均體質(zhì)量 200 g，遼寧醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。鏈脲佐菌素(STZ)由美國(guó) Sigma公司生產(chǎn);葡萄糖酸鋅顆粒劑由石家莊神威藥業(yè)股份有限公司生產(chǎn)，每 70 mg含 Zn 10 mg。 Cu、Zn試劑盒購(gòu)自北京首都醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)科技中心。光學(xué)顯微鏡及照相機(jī)(日本 Olympus)、血糖儀(美國(guó)Iifes-can)、7170A型全自動(dòng)生化分析儀(日本)。

1.2 方法

1.2.1 動(dòng)物分組及糖尿病大鼠模型的制備 隨機(jī)將大鼠分為正常對(duì)照組、模型對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)Ⅰ組、實(shí)驗(yàn)Ⅱ組，每組 10只。以 STZ溶于 0.5 mmol/L的枸櫞酸—枸櫞酸鈉緩沖液(pH 4.5)中，配制成 1%STZ溶液，濾過(guò)除菌。模型對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ組大鼠禁食 12 h后按 60 mg/kg尾靜脈注射 STZ，48 h后采尾血測(cè)血糖(BG)。連續(xù) 3 d BG＞16.65 mmol/L為成模大鼠。各組大鼠均以標(biāo)準(zhǔn)飼料、標(biāo)準(zhǔn)條件鐵籠中單籠喂養(yǎng)，兩個(gè)對(duì)照組飲用自來(lái)水，實(shí)驗(yàn)組大鼠成模后按各自劑量每天飲用加葡萄糖酸鋅(大鼠補(bǔ) Zn量為每日每千克體質(zhì)量等于成人每日每千克體質(zhì)量補(bǔ) Zn量 ×6.25)的自來(lái)水。實(shí)驗(yàn)Ⅰ組劑量為每日Z(yǔ)n2+6 mg/kg，實(shí)驗(yàn)Ⅱ組劑量為每日 Zn2+3 mg/kg。實(shí)驗(yàn)周期 3個(gè)月。

1.2.2 各組大鼠 BG、Scr、BUN、MA、Cu、Zn及 Cu/Zn比值測(cè)定 實(shí)驗(yàn)結(jié)束前采尾血測(cè)各組大鼠 BG水平。然后以 20%烏拉坦腹腔內(nèi)麻醉，打開腹腔直接從膀胱取尿送檢，以肌酐比值法測(cè)定尿微量白蛋白(MA)。取尿后每只大鼠從頸總動(dòng)脈取血 2 ml，2 500 r/min離心，取血清，-20℃保存?zhèn)錂z，以日本7170A型全自動(dòng)生化分析儀分別檢測(cè) Cu、Zn含量(比色法)及 Scr、BUN(酶法 )。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用 SPSS10.0統(tǒng)計(jì)軟件，結(jié)果以±s表示，結(jié)果比較采用單因素方差分析。P≤0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 各組大鼠 BG、Scr、BUN及 MA結(jié)果比較 見表1。

2.2 各組大鼠 Cu、Zn含量及 Cu/Zn比值的比較見表2。

3 討論

研究表明，微量元素在胰島素的生成以及 DM患者的能量底物代謝中具有極為重要的作用，尤其是 Zn在胰島素中的作用更不容忽視[3]。Zn與胰島素的合成、分泌、貯存、降解、生物活性及抗原性有關(guān)，缺 Zn可誘導(dǎo)產(chǎn)生胰島素抵抗，甚至 DM[4]。胰島素是體內(nèi)降低 BG的唯一激素，其分子構(gòu)造中有 2個(gè)金屬原子 Zn，缺 Zn的胰島素易變性失效[5]。Zn通過(guò)一些酶影響胰島素的合成、貯存，從而維持胰島素在血清中的濃度，進(jìn)而促進(jìn)糖的代謝。Zn還有穩(wěn)定胰島素結(jié)構(gòu)作用，能協(xié)助葡萄糖在細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運(yùn)，影響胰島素的溶解度及其釋放過(guò)程。缺 Zn可使胰島素降解加劇，引起血中胰島素水平下降及對(duì)葡萄糖利用率降低，葡萄糖耐量下降[6];β細(xì)胞、α細(xì)胞數(shù)目減少，羧肽酶 β喪失 50%的活力，從而使胰島素原轉(zhuǎn)化為胰島素的量減少，導(dǎo)致 BG升高[7];而DM患者普遍缺 Zn[8]，血清 Zn水平與 BG呈顯著負(fù)相關(guān)。Zn還能糾正 DM脂代謝紊亂[9]，對(duì)于體內(nèi)糖代謝具有顯著促進(jìn)、支持作用，適量 Zn的補(bǔ)充可促進(jìn)胰島素原轉(zhuǎn)化為胰島素，提高胰島素的穩(wěn)定性。

表1 葡萄糖酸鋅對(duì)大鼠血清 BG、Scr、BUN和 MA的影響(±s)

表1 葡萄糖酸鋅對(duì)大鼠血清 BG、Scr、BUN和 MA的影響(±s)

注:與模型對(duì)照組比較，*P＜0.05;與正常對(duì)照組比較，△P＜0.01

正常對(duì)照組 10 5.37±0.43 27.50±3.95 4.89±0.75 20.69±5.40模型對(duì)照組 10 23.60±3.05△ 53.97±11.53△ 14.12±3.96△151.81±15.67△實(shí)驗(yàn)Ⅰ組 10 16.94±0.88*40.57±1.59* 9.11±1.44*84.22± 9.10*實(shí)驗(yàn)Ⅱ組 10 23.06±2.68 56.51±14.98 13.29±3.44 148.42±28.93

表2 葡萄糖酸鋅對(duì)大鼠血清 Zn、Cu含量及Cu/Zn比值的影響(±s)

表2 葡萄糖酸鋅對(duì)大鼠血清 Zn、Cu含量及Cu/Zn比值的影響(±s)

注:與模型對(duì)照組比較，*P＜0.01;與正常對(duì)照組比較，△P＜0.01

組別 n Zn(μg/dl) Cu(μg/dl) Cu/Zn正常對(duì)照組 10 91.67±5.96 95.25±6.40 0.95±0.10模型對(duì)照組 10 62.91±7.26△ 92.94±4.48 1.64±0.22△實(shí)驗(yàn)Ⅰ組 10 93.06±3.09*91.01±5.85 0.88±0.11*實(shí)驗(yàn)Ⅱ組 10 61.30±6.39 95.34±7.25 1.66±0.20

糖尿病腎病(DN)是 DM主要的微血管并發(fā)癥之一。影響 DN最主要的因素是 DM的代謝控制情況，其中 BG、血壓和血脂控制至關(guān)重要[10]。有研究發(fā)現(xiàn)，BG控制水平與毛細(xì)血管基底膜厚度以及腎臟體積相關(guān);而糖尿病鼠在 BG水平得到滿意控制后，基底膜及系膜區(qū)病理改變可以逆轉(zhuǎn)[10]，故 DN的診斷非常關(guān)鍵。MA是早期診斷 DN的一個(gè)有效且靈敏的指標(biāo)，早期檢測(cè) MA并盡早使用有關(guān)藥物治療，可以預(yù)防或延緩 DN進(jìn)展至終末期腎病。有研究表明，隨著 DM并發(fā)癥的出現(xiàn)，血清 Zn下降，血清 Cu升高，Cu/Zn比值增高。由于 Cu離子是細(xì)胞中 Cu-Zn SOD催化中心所必不可少的離子，Zn離子對(duì)穩(wěn)定酶的分子結(jié)構(gòu)起重要作用，因此，當(dāng) DM患者腸道Zn吸收障礙和尿 Zn排泄增多，分解代謝增強(qiáng)所需銅藍(lán)蛋白增多，致腸道吸收 Cu增加，Cu在體內(nèi)蓄積，致使 Gu/Zn比值增大。

實(shí)驗(yàn)表明，機(jī)體 Zn的攝入在疾病狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)代謝失衡，動(dòng)物在缺 Zn時(shí)補(bǔ) Zn，血清 Zn會(huì)明顯升高。本研究結(jié)果表明，DM模型組與實(shí)驗(yàn)Ⅱ組的 Zn值明顯下降，Cu/Zn比值明顯升高，且隨著 DM病程的進(jìn)展，大鼠 BG、Scr、BUN、MA水平呈明顯上升趨勢(shì)。當(dāng)適量補(bǔ) Zn后，實(shí)驗(yàn)Ⅰ組血清 Zn升高，Cu/Zn比值下降，大鼠 BG、Scr、BUN、MA水平與模型對(duì)照組比較差異具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，實(shí)驗(yàn)Ⅱ組的上述各值與模型對(duì)照組比較無(wú)顯著差異，而模型對(duì)照組與正常對(duì)照組比較差異非常顯著。這不僅證明了微量元素 Cu/Zn比值與 DM的關(guān)系，而且也表明了合適劑量的 Zn劑使 BG下降，可使血管通透性減弱，基底膜變薄，防止血管腔閉塞和血栓形成，從而具有防治 DN等微血管并發(fā)癥的作用。

DM患者血清 Zn顯著低于正常人，與 BG呈顯著負(fù)相關(guān);血清 Cu升高，與 BG呈顯著正相關(guān)，因此認(rèn)為，有必要給 DM患者適當(dāng)補(bǔ) Zn，通過(guò)補(bǔ) Zn可抑制 Cu的吸收，也能提高機(jī)體對(duì)胰島素的敏感性，延緩或減輕 DN等并發(fā)癥的發(fā)生。DM患者推薦補(bǔ)充Zn元素劑量 60 mg/d[12]，但 Brewer證實(shí)至少補(bǔ)充75 mg/d的 Zn才能使患者 Cu代謝達(dá)到負(fù)平衡[13]，適量補(bǔ) Zn時(shí)血清 Cu含量無(wú)明顯變化[14]。本實(shí)驗(yàn)內(nèi)環(huán)境 Zn量已明顯升高，而血清 Cu并無(wú)明顯變化，可能與補(bǔ) Zn劑量有一定關(guān)系。測(cè)量 Cu/Zn比值比單獨(dú)測(cè) Zn或 Cu更有實(shí)用價(jià)值，更能準(zhǔn)確反映體內(nèi) Zn的營(yíng)養(yǎng)狀況，也是評(píng)價(jià) DM患者體內(nèi)缺 Zn的靈敏指標(biāo)[15]。

總之，DM患者出現(xiàn)微血管病變后血清 Zn明顯下降，如在 DM治療中補(bǔ)充 Zn劑，對(duì)糾正缺 Zn狀態(tài)、提高胰島素的敏感性和免疫功能有一定的作用。但 Zn對(duì)胰島素分泌的影響呈雙向性，適量補(bǔ) Zn才能有效防治 DM及并發(fā)癥。

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