補(bǔ)硒對(duì)血糖受損大鼠胰島素抵抗和胰島素敏感性的影響

蔣 霞 童 星, 袁林喜, 秦立強(qiáng)*

1.江蘇省常州市疾病預(yù)防控制中心, 江蘇 常州 213022; 2.蘇州大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院, 營(yíng)養(yǎng)與食品衛(wèi)生教研室, 江蘇 蘇州 215123; 3.江蘇省硒生物工程技術(shù)研究中心, 江蘇 蘇州 215123

補(bǔ)硒對(duì)血糖受損大鼠胰島素抵抗和胰島素敏感性的影響

蔣 霞1,2童 星2, 袁林喜3, 秦立強(qiáng)2*

1.江蘇省常州市疾病預(yù)防控制中心, 江蘇 常州 213022; 2.蘇州大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院, 營(yíng)養(yǎng)與食品衛(wèi)生教研室, 江蘇 蘇州 215123; 3.江蘇省硒生物工程技術(shù)研究中心, 江蘇 蘇州 215123

為了探討補(bǔ)硒對(duì)空腹血糖受損大鼠血糖、胰島素水平、胰島素抵抗及胰島素敏感性的影響,將40只大鼠隨機(jī)分成4組，對(duì)照組、單純高脂飼料組(HFD，飼料硒含量0.3 mg/kg),另外兩組在HFD基礎(chǔ)上添加富硒小麥(HFD+Se+，硒含量0.6 mg/kg；HFD+Se++，硒含量1.2 mg/kg)。實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)第5周、10周、16周采血測(cè)定空腹血糖(FBG)和空腹胰島素(FINS)，計(jì)算胰島素抵抗指數(shù)(HOMA-IR)和胰島素敏感指數(shù)(ISI)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無(wú)論補(bǔ)硒與否，高脂喂養(yǎng)大鼠體重明顯高于對(duì)照組。從第10周開(kāi)始3個(gè)高脂組FBG和FINS明顯上升，提示空腹血糖受損。第16周時(shí)，HFD+Se+組和HFD+Se++組FINS顯著低于HFD組，HFD+Se+和HFD+Se++組HOMA-IR顯著低于HFD組，HFD+Se++組ISI顯著高于HFD組。結(jié)果說(shuō)明，補(bǔ)硒改善了空腹血糖受損大鼠的胰島素抵抗，提高了胰島素敏感性。

硒；空腹血糖受損；血糖；胰島素

糖尿病前期是一種介于正常血糖和糖尿病診斷標(biāo)準(zhǔn)之間血糖升高的狀態(tài)，又稱為糖調(diào)節(jié)受損，是糖尿病的必經(jīng)階段。全球范圍內(nèi)糖尿病前期病人人數(shù)迅速增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)顯示2003年全球患者為3.14億，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到4.72億[1]?？崭寡鞘軗p(IFG)和糖耐量受損(IGT)是糖調(diào)節(jié)受損的兩種高血糖狀態(tài)。IFG是2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)病程中一個(gè)重要階段，是T2DM最重要的危險(xiǎn)因素之一，但是IFG這個(gè)階段是可以預(yù)防的，通過(guò)恰當(dāng)?shù)姆椒梢砸种撇∏榈陌l(fā)展甚至逆轉(zhuǎn)，所以在這一可逆階段進(jìn)行干預(yù)有利于預(yù)防T2DM的發(fā)生。

膳食在T2DM的預(yù)防中起著十分重要的作用。近幾年，一些體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)硒的類胰島素作用[2,3]可以調(diào)節(jié)血糖水平，若在IFG階段通過(guò)硒干預(yù)來(lái)控制血糖上升則對(duì)預(yù)防T2DM有著積極意義。因此，本研究探討了補(bǔ)硒對(duì)空腹血糖受損大鼠血糖、胰島素水平、胰島素抵抗和胰島素敏感性的影響，以期為糖尿病的治療方案提供更多參考。

1 材料與方法

1.1動(dòng)物與分組

40只6 周齡的雄性Wistar大鼠購(gòu)于上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司(許可證號(hào)SCXK(滬)2012-0002)，適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后隨機(jī)分成4組，分別為對(duì)照組、單純高脂飼料(HFD)組以及兩個(gè)在HFD基礎(chǔ)上補(bǔ)硒(HFD+Se+和HFD+Se++)組，每組10只。

1.2飼料組成

大鼠普通粉末飼料購(gòu)于上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司(許可證號(hào)為滬飼證(2014)04001)，食用豬油購(gòu)于嘉里糧油(四川)有限公司。在每100 g普通粉末飼料中添加110 g豬油制成高脂飼料。飼料中添加的硒來(lái)源于富硒小麥(蘇州硒谷科技有限公司)。用原子熒光分光光度計(jì)(AFS-9230，北京吉天儀器優(yōu)先公司)檢測(cè)普通粉末飼料和富硒小麥中硒含量分別為0.3 mg/kg和37.2 mg/kg。每210 g(100 g普通飼料+110 g豬油)的HFD、HFD+Se+和HFD+Se++組飼料中分別添加1.70 g、3.43 g和6.99 g富硒小麥，最終對(duì)照組、HFD、HFD+Se+和HFD+Se++中硒含量分別為0.3 mg/kg、0.3 mg/kg、0.6 mg/kg和1.2 mg/kg。

1.3指標(biāo)測(cè)定

大鼠連續(xù)飼養(yǎng)16周，每天觀察大鼠毛色、飲水飲食、排泄、活動(dòng)能力和反應(yīng)靈敏度等基本情況。每周稱量一次大鼠體重。飼料置于專用大鼠給食器中，每天下午4點(diǎn)左右給食，次日上午10點(diǎn)左右撤食，并清洗給食器。實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)第5周、10周、16周時(shí)大鼠禁食過(guò)夜，次日上午劃破大鼠尾部，輕輕擠壓出一小滴血液，滴于羅氏活力?血糖試紙，用羅氏血糖儀(ACCU-CHEK?Active，德國(guó)羅氏公司)測(cè)定空腹血糖(FBG)。繼續(xù)收集0.5～1.0 mL血液離心取血漿，利用大鼠用ELISA試劑盒(Millipore, Billerica, MA, USA)測(cè)定FINS水平。采用穩(wěn)態(tài)模型(HOMA-IR)評(píng)價(jià)胰島素抵抗，公式為：

HOMA-IR隨著胰島素抵抗程度加重而上升。采用胰島素敏感指數(shù)(ISI)評(píng)價(jià)胰島素敏感性，ISI越高，胰島素越敏感，計(jì)算公式為:

ISI=Ln[1/(FBG×FINS)]

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果與分析

2.1大鼠體重變化

干預(yù)前,4組大鼠的平均體重?zé)o顯著差異。干預(yù)后，4組大鼠毛色、飲水飲食、排泄、活動(dòng)能力和反應(yīng)靈敏度等無(wú)顯著差異。3組高脂喂養(yǎng)大鼠的體重增長(zhǎng)明顯快于對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)對(duì)照組大鼠體重為402.3±17.6 g，而HFD、HFD+Se+和HFD+Se++組體重達(dá)到470.8±30.5 g、480.1±37.1 g和460.6±24.9 g，3組之間無(wú)顯著差異，但均顯著高于對(duì)照組(P<0.01)(圖1)，這說(shuō)明高脂喂養(yǎng)顯著增加了大鼠的體重。

2.2空腹血糖和胰島素變化

干預(yù)前和干預(yù)后第5周時(shí)4組之間的FBG無(wú)顯著差異。干預(yù)后第10周時(shí)3個(gè)高脂組FBG顯著高于對(duì)照組(P<0.05)，而高脂組之間無(wú)明顯差異；第16周時(shí)4組的FBG分別為5.13±0.42 mmol/L、 5.76±0.37 mmol/L、 5.82±0.42 mmol/L和5.59±0.25 mmol/L，高脂組FBG顯著高于對(duì)照組(P<0.05)，而高脂組之間無(wú)明顯差異(圖2A)，高脂組產(chǎn)生了空腹血糖受損。干預(yù)前和干預(yù)后第5周時(shí)4組之間FINS無(wú)顯著差異。干預(yù)后第10周時(shí)3個(gè)高脂組FINS顯著高于對(duì)照組(P<0.01)，高脂組之間無(wú)明顯差異；第16周時(shí)，高脂組FINS仍顯著高于對(duì)照組(P<0.01)，但HFD+Se+組和HFD+Se++組顯著低于HFD組，此時(shí)4組的FINS分別為26.18±2.13 mU/L、 36.04±3.28 mU/L、 33.06±3.04 mU/L和32.29±2.91 mU/L(圖2B)，因此，補(bǔ)硒抑制了高脂引起的胰島素水平的升高。

圖1 實(shí)驗(yàn)期間各組小鼠體重變化趨勢(shì)Fig.1 The changes of rats body weight during the experiment.

圖2 實(shí)驗(yàn)期間各組空腹血糖(A)和胰島素(B)變化趨勢(shì)Fig.2 The changes of FBG (A) and FINS (B) during the experiment.

2.3胰島素抵抗指數(shù)的變化

由表1所示，干預(yù)前和干預(yù)后第5周時(shí)4組的HOMA-IR無(wú)顯著差異。干預(yù)后第10周時(shí)3個(gè)高脂組HOMA-IR顯著高于對(duì)照組(P<0.05)，而高脂組之間無(wú)明顯差異；第16周時(shí)，高脂組仍然顯著高于對(duì)照組(P<0.05)，但是HFD+Se+組和HFD+Se++組的HOMA-IR顯著低于HFD組(P<0.05)，HFD+Se++組則顯著低于HFD+Se+組(P<0.05)，說(shuō)明補(bǔ)硒改善了胰島素抵抗。

2.4胰島素敏感指數(shù)的變化

由表2所示，干預(yù)前和干預(yù)后第5周時(shí)4組的ISI無(wú)顯著差異。干預(yù)后第10周時(shí)3個(gè)高脂組顯著高于對(duì)照組(P<0.05)，而高脂組之間無(wú)明顯差異(P>0.05)；第16周時(shí)，3個(gè)高脂組ISI顯著低于對(duì)照組(P<0.05)，HFD+Se++組則顯著高于HFD組和HFD+Se+組(P<0.05)，說(shuō)明補(bǔ)硒增加了胰島素敏感性。

表1 實(shí)驗(yàn)期間各組胰島素抵抗指數(shù)Table 1 HOMA-IR in each group during the experiment.

注：同列不同處理間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

表2 實(shí)驗(yàn)期間各組胰島素敏感指數(shù)Table 2 ISI in each group during the experiment.

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異具有表示差異顯著(P<0.05)。

3 討論

干預(yù)前對(duì)照組和3個(gè)高脂組的FBG之間沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。干預(yù)后第10周時(shí)3個(gè)高脂組FBG顯著高于對(duì)照組，說(shuō)明高脂喂養(yǎng)在第10周時(shí)對(duì)空腹血糖產(chǎn)生影響，產(chǎn)生類似于人類的IFG。IFG與基礎(chǔ)胰島素分泌缺陷和胰島素抵抗(insulin resistance,IR)相關(guān)[4]。第10周時(shí)3個(gè)高脂組FBG和FINS明顯上升，HOMA-IR增加，ISI下降。第16周時(shí)，補(bǔ)硒組的HOMA-IR顯著低于HFD組，HFD+Se++組的ISI顯著高于HFD組，提示補(bǔ)硒改善了胰島素抵抗，增加了胰島素敏感性。

Ezaki[2]首先提出硒的類胰島素作用，以硒酸鹽的形態(tài)通過(guò)兩種類型的葡萄糖載體從脂肪細(xì)胞胞內(nèi)位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜來(lái)促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)移的活性，并能促進(jìn)核糖體S6蛋白質(zhì)的磷酸化作用[2]。IFG狀態(tài)下血漿硒水平降低導(dǎo)致硒的葡萄糖攝取功能下降以及增強(qiáng)胰島素敏感性和信號(hào)放大作用減弱, 這可能與胰島素抵抗的發(fā)生有關(guān)。Hwang等[5]的研究也發(fā)現(xiàn)補(bǔ)硒能誘導(dǎo)非肥胖型糖尿病小鼠Akt蛋白的表達(dá)和磷酸化從而明顯活化胰島素信號(hào)途徑。Tanko等[6]用高膽固醇喂養(yǎng)大鼠誘導(dǎo)T2DM和氧化應(yīng)激模型，富硒酵母干預(yù)6周后顯著改善了氧化應(yīng)激并減低了血糖水平。另外，T2DM患者體內(nèi)炎癥因子水平升高，促進(jìn)脂肪組織、肝臟和肌肉部位的胰島素抵抗和破壞胰腺中的β細(xì)胞[7]。這些細(xì)胞因子的表達(dá)依賴于轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的核轉(zhuǎn)位，而硒能夠阻斷NF-κB途徑，從而降低炎癥因子水平和胰島素抵抗[8]。

人群研究也關(guān)注硒與胰島素抵抗及T2DM之間的關(guān)系[9]。Stranges等[10]在皮膚病科收集非糖尿病患者硒干預(yù)病例7年，結(jié)果發(fā)現(xiàn)補(bǔ)硒并不能預(yù)防T2DM的發(fā)生。Park等[11]收集了兩個(gè)美國(guó)隊(duì)列的指甲硒，分析20年后T2DM的發(fā)病情況，發(fā)現(xiàn)指甲硒含量越高，T2DM發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)越低。Wang等[12]的非線性劑量反應(yīng)Meta分析顯示血清硒和T2DM發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)之間呈“U”型關(guān)系。最近的研究直接觀察了膳食硒和IR的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)HOMA-IR升高組硒攝入量較低，進(jìn)一步的分析還證實(shí)只有硒攝入量低于1.6 μg/kg·d，高硒攝取才能改善IR[13]。我國(guó)成人硒的推薦攝入量(DRI)為60 μg[14]。對(duì)于60 kg體重成人來(lái)說(shuō)，1.6 μg/kg為96 μg，該劑量已超DRI，因此在低于硒推薦攝入量的情況下，補(bǔ)硒可能對(duì)改善IR起到一定的作用。

總之，改善空腹血糖受損這一可逆狀態(tài)可以預(yù)防糖尿病的發(fā)生，建議硒攝入不足的糖尿病危險(xiǎn)人群適量增加必需微量元素硒的攝入量。

[1] Al-Lawati J A. Diabetes mellitus: A local and global public health emergency[J]. Oman Med. J., 2017, 32(3):177-179.

[2] Ezaki O. The insulin-like effects of selenate in rat adipocytes[J]. J. Biol. Chem., 1990, 265(2):1124-1128.

[3] Stapleton S R. Selenium: An insulin-mimetic[J]. Cell Mol. Life Sci., 2000, 57(13-14): 1874-1879.

[4] Macdonald I A. A review of recent evidence relating to sugars, insulin resistance and diabetes[J]. Eur. J. Nutr., 2016, 55(S2):17-23.

[5] Hwang D, Seo S, Kim Y,etal.. Selenium acts as an insulin-like molecule for the down-regulation of diabetic symptoms via endoplasmic reticulum stress and insulin signalling proteins in diabetes-induced non-obese diabetic mice[J]. J. Biosci., 2007, 32(4):723-735.

[6] Tanko Y, Jimoh A, Ahmed A,etal.. Effects of selenium yeast on blood glucose and antioxidant biomarkers in cholesterol fed diet induced type 2 diabetes mellitus in wistar rats[J]. Niger. J. Physiol. Sci., 2017, 31(2):147-152.

[7] Esser N, Legrand-Poels S, Piette J,etal.. Inflammation as a link between obesity, metabolic syndrome and type 2 diabetes[J]. Diabetes Res. Clin. Pract., 2014, 105(2): 141-150.

[8] Ogawa-Wong A N, Berry M J, Seale L A. Selenium and metabolic disorders: an emphasis on type 2 diabetes risk[J]. Nutrients, 2016, 8(2):80.

[9] 蔣 霞，秦立強(qiáng)．硒與2型糖尿病關(guān)系的流行病學(xué)證據(jù)[J]. 中華流行病學(xué)雜志, 2013, 34(6):109-111.

[10] Stranges S, Marshall J R, Natarajan R,etal.. Effects of long-term selenium supplementation on the incidence of type 2 diabetes: A randomized trial[J]. Ann. Intern. Med., 2007, 147(4):217-223.

[11] Park K, Rimm E B, Siscovick D S,etal.. Toenail selenium and incidence of type 2 diabetes in U.S. men and women[J]. Diabetes Care, 2012,35(7):1544-1551.

[12] Wang X L, Yang T B, Wei J,etal.. Association between serum selenium level and type 2 diabetes mellitus: A non-linear dose-response meta-analysis of observational studies[J]. Nutr. J., 2016,15(1):48.

[13] Wang Y, Lin M, Gao X,etal.. High dietary selenium intake is associated with less insulin resistance in the Newfoundland population[J]. PLoS ONE, 2017, 12(4): e0174149.

[14] 中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)編. 中國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量(2013版)[M]. 北京：科學(xué)出版社,2014.

EffectofSeleniumSupplementationonInsulinResistanceandInsulinSensitivityinRatswithImpiredFstingGlucose

JIANG Xia1,2, TONG Xing2, YUAN Linxi3, QIN Liqiang2*

1.ChangzhouCenterforDiseaseControlandPrevention,JiangsuChangzhou213022,China; 2.DepartmentofNutritionandFoodHygiene,SchoolofPublicHealth,SoochowUniversity,JiangsuSuzhou215123,China; 3.JiangsuBio-engineeringResearchCentreofSelenium,JiangsuSuzhou215123,China

To investigate the effects of selenium (Se) supplementation on fsting blood glucose (FBG) level, fsting insulin (FINS) level, insulin resistance and insulin sensitivity in rats with impired fsting glucose, 40 rats were randomly divided into control group, high-fat diet (HFD, 0.3 mg/kg Se) group, HFD supplemented with two levels of Se (HFD+Se+, 0.6 mg/kg Se; HFD+Se++, 1.2 mg/kg Se) groups. FBG and FINS were measured at the beginning and the fifth, tenth, sixteenth weeks of the experiment. Insulin resistance index (HOMA-IR) and insulin sensitivity index (ISI) were calculated according FBG and FINS. As a result, the body weight of rats was significantly higher in high-fat diet groups (including Se supplementation) than control group. From the tenth week, FBG and FINS significantly increased in 3 groups with high fat diet, demonstrating impaired fasting glucose in these rats. At sixteenth weeks, FINS was significantly decreased in HFD+Se+ and HFD+Se++ groups than in HFD group. HOMA-IR was also significantly decreased in HFD+Se+ and HFD+Se++ groups than in HFD group. On the other hand, ISI was significantly increased in HFD+Se++ group than in HFD group. In conclusion, Se supplementation improves insulin resistance and increases insulin sensitivity.

selenium; impired fsting glucose; blood glucose; insulin

2017-07-07;接受日期2017-07-31

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81472974; 81273067)資助。

蔣 霞，醫(yī)師，主要從事?tīng)I(yíng)養(yǎng)相關(guān)疾病的研究。E-mail: whojx@126.com。*通信作者：秦立強(qiáng)，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事?tīng)I(yíng)養(yǎng)與食品衛(wèi)生研究。E-mail: qinliqiang@suda.edu.cn

10.19586/j.2095-2341.2017.0074