王雅媛, 梁鳳霞△, 盧 威, 宋燕娟, 任加鳳, 周鈺點(diǎn), 黃湘茜, 楊姝瑞
(1.湖北中醫(yī)藥大學(xué)針灸骨傷學(xué)院,武漢 430061;2.針灸治未病湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心, 武漢 430061)
肥胖是由于長(zhǎng)期的能量攝入與消耗不平衡導(dǎo)致過多脂肪堆積的結(jié)果。白色脂肪組織(white adipose tissue,WAT)作為能量存儲(chǔ)器官,在維持代謝穩(wěn)態(tài)方面起著至關(guān)重要的作用[1]。當(dāng)機(jī)體處于肥胖狀態(tài)時(shí),WAT會(huì)產(chǎn)生過多的非酯化脂肪酸、炎癥前因子、脂肪因子等,誘導(dǎo)胰島素抵抗(insulin resistance,IR)發(fā)生[2],提示脂肪因子的分泌失調(diào)可能是促使肥胖IR發(fā)生的驅(qū)動(dòng)力之一。這些因子以自分泌、旁分泌以及內(nèi)分泌機(jī)制影響機(jī)體新陳代謝和炎癥反應(yīng)。如脂聯(lián)素(adiponectin,ADPN)被認(rèn)為是與肥胖表型相關(guān)的重要基因,與體質(zhì)量指數(shù)和其他肥胖指標(biāo)呈負(fù)相關(guān),同時(shí)ADPN還是胰島素的增敏劑,可提高機(jī)體的胰島素敏感性[3,4]。抵抗素(Resistin)的作用則與之相反,它可降低胰島素的作用,促使IR發(fā)生。研究顯示,血清Resistin含量升高會(huì)提升肥胖、IR及2型糖尿病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[5],它被視為代謝綜合征的潛在危險(xiǎn)因素[6],可見二者在肥胖和IR的發(fā)展進(jìn)程中極為重要[7]。
值得注意的是,肥胖引起的IR是2型糖尿病、心血管疾病和非酒精性脂肪肝的共同危險(xiǎn)因素[8,9]。但I(xiàn)R狀態(tài)并非是不可逆的,當(dāng)肥胖患者體質(zhì)量減輕時(shí),血清胰島素(Insulin,INS)含量下降,胰島素敏感性隨之升高,也降低了代謝綜合征的發(fā)生幾率[10]。因此及時(shí)改善IR狀態(tài),既可減少肥胖帶來(lái)的疾病負(fù)擔(dān),還能提升人們的健康水平和生活質(zhì)量。目前針對(duì)肥胖的藥物治療應(yīng)用廣泛,但其產(chǎn)生的副作用往往不可忽視且價(jià)格昂貴,影響臨床使用。而針灸因其安全有效越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于肥胖IR及相關(guān)性代謝性疾病的防治中[11,12]。故本實(shí)驗(yàn)以胰島素敏感性及白色脂肪組織ADPN、Resistin的基因表達(dá)為切入點(diǎn),觀察電針改善肥胖IR的可能作用機(jī)制,為其臨床應(yīng)用提供更多的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本研究經(jīng)湖北中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。
SPF級(jí)Wistar健康雄性8周齡大鼠40只,體質(zhì)量(180±20) g,購(gòu)于武漢春玉紅有限公司。飼養(yǎng)于湖北中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心SPF級(jí)動(dòng)物房,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物許可證號(hào)SCXK(鄂)2015-0018,溫度(22±2) ℃,相對(duì)濕度(50±10)%,12 h明暗周期、自由進(jìn)食飲水。
1.2.1 肥胖胰島素抵抗大鼠模型制備 所有大鼠采用耳標(biāo)進(jìn)行標(biāo)號(hào),標(biāo)準(zhǔn)飲食(總熱量3.8 kcal/g)適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后,隨機(jī)選取10只為正常組,繼續(xù)標(biāo)準(zhǔn)飲食喂養(yǎng),余下30只大鼠采用高脂飲食(high-fat diet,HFD)(總熱量5.4 kcal/g)喂養(yǎng)。喂飼8周后,最終有23只大鼠符合肥胖胰島素抵抗(obesity with insulin resistance,OIR)模型標(biāo)準(zhǔn),從中隨機(jī)選出20只分為模型組、電針組各10只。所有飼料由武漢春玉紅有限公司提供,高脂飼料配方參考文獻(xiàn)制作[13]。
1.2.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) (1)肥胖標(biāo)準(zhǔn):HFD喂養(yǎng)大鼠體質(zhì)量高于標(biāo)準(zhǔn)飲食喂養(yǎng)大鼠體質(zhì)量平均值的20% 以上[14];(2)IR標(biāo)準(zhǔn):在正常組及HFD喂養(yǎng)大鼠中各隨機(jī)挑選3只,行尾部動(dòng)靜脈高胰島素:正葡萄糖鉗夾術(shù)檢測(cè),計(jì)算葡萄糖輸注速率(glucose Infusion Rate,GIR)。IR標(biāo)準(zhǔn)為HFD大鼠的GIR值低于正常組大鼠GIR平均值20%以上[15]。
大鼠抵抗素酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定試劑盒(CSB-E06885r),美國(guó)CUSBIO公司;大鼠脂聯(lián)素酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定試劑盒、大鼠胰島素酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定試劑盒(E-EL-R0329c、E-EL-R2466c),武漢伊萊瑞特公司;RNA提取試劑盒 ( 北京Takara公司);RNA逆轉(zhuǎn)錄試劑盒、熒光定量試劑盒(740900、QRT-201),上海Toyobo公司;胰島素,天津諾和諾德公司;葡萄糖溶液,湖南科倫制藥有限公司;鹽酸利多卡因,山東魯抗辰欣公司;靜脈留置針(26 G),丹麥古氏公司;雙通道微量注射泵(WZ-50C6),上海軟隆科技發(fā)展有限公司;血糖儀(580),江蘇魚躍公司;精密電子秤(SF-400A),上海志榮電子科技公司;針灸針(0.25×25 mm),北京中研太和醫(yī)療器械有限公司;韓式電針儀(2000HANS),北京華威科技有限公司;微型高速離心機(jī)(C2500-R-230V),美國(guó)Labnet公司;電熱恒溫培養(yǎng)箱(ICV-450),日本ASONE公司;FlexStation 3多功能酶標(biāo)儀(Flexstation3),美國(guó)Molecular Devices公司;實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀(CFX96),美國(guó)Bio-Rad公司。
OIR模型大鼠造模成功后,正常組繼續(xù)給予標(biāo)準(zhǔn)飲食喂養(yǎng),余下組別繼續(xù)給予HFD喂養(yǎng),共飼喂8周。此外,電針組還給予電針同步干預(yù)。
電針干預(yù):抓取大鼠穿上自制鼠衣,暴露腹部及下肢部皮膚,待大鼠平靜后,選取“關(guān)元”“中脘”、同側(cè)“足三里”和“豐隆”進(jìn)行針刺,穴位的定位及針刺深度依據(jù)《實(shí)驗(yàn)針灸學(xué)》[16]。將“中脘”和“關(guān)元”連接一組電針,同側(cè)“足三里”及“豐隆”穴連接一組電針(兩穴左右兩側(cè)交替使用),連接韓式電針儀,頻率2 Hz,強(qiáng)度1 mA,連續(xù)波,刺激強(qiáng)度根據(jù)局部肌肉收縮情況決定,每次留針20 min,隔日干預(yù)1次,每周3次,連續(xù)8周。以上電針參數(shù)皆參考文獻(xiàn)[17]及課題組前期多次實(shí)驗(yàn)后決定。正常組和模型組大鼠在電針干預(yù)期間同樣抓取固定但不干預(yù)。
新鮮組織在取材前禁食不禁水12 h,采用10%水合氯醛(3 mL/kg)腹腔注射麻醉,待大鼠麻醉完全后心尖取血獲取血液樣本,將血液樣本迅速轉(zhuǎn)入4 ℃冰箱保存。取血后處死,快速剪取腹部WAT分裝至EP管中,并迅速放入液氮中速凍,再轉(zhuǎn)至-80 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>
灌注取材前準(zhǔn)備同上。待大鼠麻醉完全后,打開胸腔暴露心臟,用12號(hào)灌胃針插入大鼠左心室到達(dá)主動(dòng)脈,用血管夾夾住灌注生理鹽水,直至大鼠雙肺雙眼快速變白后停止輸注生理鹽水,轉(zhuǎn)接4%多聚甲醛直至鼠尾變硬停止灌注。剪取腹部周圍的WAT放置于裝有4%多聚甲醛的標(biāo)本瓶中。
1.6.1 體質(zhì)量、Lee’s指數(shù)檢測(cè) 在干預(yù)前0周、干預(yù)后2、4、6、8周的最后1 d的同一時(shí)間段(上午8∶30)檢測(cè)各組大鼠體質(zhì)量和肛鼻長(zhǎng)。Lee’s指數(shù)=(體質(zhì)量×1000)1/3/肛鼻長(zhǎng)。
1.6.2 GIR檢測(cè) 干預(yù)8周后每組隨機(jī)選取3只大鼠行鉗夾術(shù)(提前禁食8 h)。首先用自制鼠套固定大鼠并暴露鼠尾,在尾部皮下環(huán)形注射2%的利多卡因進(jìn)行麻醉,待麻醉完全后分別挑出動(dòng)脈及靜脈,插入靜脈留置針(規(guī)格:26 G),動(dòng)脈所插留置針頭連接裝有50 μ/mL的肝素注射器,靜脈所插留置針頭的一個(gè)通道連接胰島素注射液(濃度50 mU/mL),另一通道連接30%葡萄糖溶液,并將這2個(gè)通道連接微量注射泵的2個(gè)通道,插管完成后靜置30 min(緩解插管導(dǎo)致的應(yīng)激反應(yīng))。然后取動(dòng)脈血測(cè)定基礎(chǔ)血糖值,緊接著以0.25 μ/kg·h的恒定速度輸入胰島素溶液,5 min后再次測(cè)量血糖值,若血糖值≤基礎(chǔ)血糖的0.5 mmol/L開始泵入葡萄糖注射液,每隔5 min檢測(cè)1次血糖,通過不斷調(diào)整GIR,使血糖保持在基礎(chǔ)血糖±0.5 mmol/L范圍以內(nèi),若連續(xù)3次所測(cè)值均在上述范圍內(nèi)則血糖趨于穩(wěn)態(tài),計(jì)算達(dá)到穩(wěn)態(tài)后60~120 min的GIR的平均值。
1.6.3 空腹血糖、餐后血糖、腹腔糖耐量(introperitoneal glucose tolerance test,IPGTT)及腹腔胰島素耐量(introperitoneal insulin tolerance test,IPITT)檢測(cè) 所有血糖值均由專人用快速血糖儀檢測(cè)。在干預(yù)前后的同一時(shí)間段(上午8∶30),分別檢測(cè)空腹血糖(禁食不禁水12 h)及餐后血糖(不禁食不禁水)。IPGTT在干預(yù)后的第6周檢測(cè),先測(cè)得空腹血糖即為0 min血糖值,然后根據(jù)大鼠體質(zhì)量腹腔注射50%葡萄糖(劑量2 g/Kg),在注射后的第30、60、90、120小時(shí)測(cè)量血糖并記錄。IPITT則是根據(jù)大鼠體質(zhì)量腹腔注射胰島素(劑量:1U/Kg),其余檢測(cè)步驟同IPGTT。并采用近似梯形法[18]計(jì)算IPGTT和IPITT的曲線下面積(area under the curve,AUC) :AUC=30 min×[1/2×( BG0 +BG120) + 1×( BG30 + BG60 + BG90)]。
1.6.4 血清INS、ADPN、Resistin含量檢測(cè) 各組大鼠處死前心尖取血獲取血液樣本。按試劑盒說明書操作,采用 ELISA 法測(cè)血清INS、ADPN、Resistin含量。
1.6.5 WAT中ADPN、Resistin的mRNA水平檢測(cè) 采用RT-PCR法檢測(cè),剪取100 mg WAT提取總RNA,其中2 μl作為RNA濃度測(cè)定,純度OD260/OD280值在1.9~2.2時(shí)濃度為可取值。依次配制熱變性體系、逆轉(zhuǎn)錄體系,在PCR 儀中進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄獲取cDNA,保存在-20 ℃冰箱中。按照擴(kuò)增體系配方進(jìn)行DNA擴(kuò)增,每組樣本3個(gè)復(fù)孔,并以β-Actin 作為內(nèi)參引物,通過2-ΔΔCt法計(jì)算 ADPN、Resistin mRNA的相對(duì)表達(dá)水平。引物由武漢巴菲爾公司設(shè)計(jì)合成,序列如下。
表1 PCR引物序列
1.6.6 WAT形態(tài)學(xué)觀察 采用HE染色,將取材備用的WAT固定并切取平整,經(jīng)過脫水、透明、包埋、切片、烤片、脫蠟、水化、蘇木素染色、脫水、透明、封片后,于200倍視野的電鏡下觀察并拍照,數(shù)出視野中的脂肪細(xì)胞個(gè)數(shù),然后在同一視野中挑選10個(gè)相對(duì)較大的脂肪細(xì)胞,測(cè)量其直徑并取平均值。
圖1A與1B示,在干預(yù)前0周,模型組及電針組的體質(zhì)量、Lee’s指數(shù)均顯著高于正常組(P<0.01) ,模型組與電針組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05) ,表明二者具有同質(zhì)性,可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較。在干預(yù)期間,各組大鼠的體質(zhì)量均逐步增加,從第6周開始電針組大鼠體質(zhì)量顯著低于模型組(P<0.01),Lee’s指數(shù)在第8周顯著低于模型組(P<0.01)。
注:與同時(shí)段正常組比較:*P<0.01;與同時(shí)段模型組比較:#P<0.05,##P<0.01
圖 2A示,HFD喂養(yǎng)大鼠的GIR水平顯著低于標(biāo)準(zhǔn)飲食喂養(yǎng)的正常組大鼠(P<0. 01),說明OIR大鼠全身胰島素敏感性降低。治療后,電針組GIR數(shù)值較模型組升高(P<0. 01),且較干預(yù)前也升高(P<0. 05),說明電針可改善OIR大鼠全身胰島素敏感性。圖2B示,各組大鼠干預(yù)前后的空腹血糖比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0. 05)。圖2C和2D示,干預(yù)前模型組及電針組大鼠餐后血糖含量均較正常組升高(P<0. 05),干預(yù)后模型組大鼠餐后血糖、血清INS含量(圖2D)仍顯著高于正常組(P<0. 01),而與模型組比較,電針組還可以降低餐后血糖值(P<0. 05)以及血清INS含量(P<0.01)。
注:與同時(shí)段正常組比較:*P<0.05,**P<0.01;與同時(shí)段模型組比較:#P<0.05,##p<0.01;與干預(yù)前比較:△P<0.05
圖3A與3C示,各組大鼠腹腔注射葡萄糖30 min后,血糖水平迅速升高達(dá)到峰值,然后逐漸降低。模型組大鼠IPGTT水平在第30~120分鐘血糖均顯著高于正常組(P<0. 01),且IPGTT-AUC也較正常組顯著增加(P<0. 01);而經(jīng)過電針干預(yù)后,第30~120分鐘 IPGTT水平、IPGTT-AUC低于模型組(P<0. 05)。圖3B與3D示,各組大鼠腹腔注射胰島素后血糖逐漸下降,在第60分鐘達(dá)到最低值隨后開始回升。與正常組比較,模型組大鼠IPITT水平在第30~120分鐘血糖值均顯著升高(P<0. 01),且IPGTT-AUC也表現(xiàn)出升高趨勢(shì)(P<0. 01);與模型組比較,電針組可降低第30~120分鐘血糖水平(P<0.05)以及IPITT-AUC(P<0. 01),提示電針能夠調(diào)節(jié)OIR大鼠的IPGTT和IPITT水平,增強(qiáng)外周胰島素敏感性。
注:與同時(shí)段正常組比較:**P<0.01;與同時(shí)段模型組比較:#P<0.05,##P<0.01
圖4A與4B示,與正常組比較,模型組血清ADPN水平出現(xiàn)明顯下降(P<0.01) ,而Resistin水平顯著上升(P<0.01)。與模型組比較,電針干預(yù)后大鼠的血清ADPN水平出現(xiàn)回升(P<0.01) ,Resistin水平下降顯著(P<0.01)。
注:與正常組比較,**P<0.01;與模型組相比,#P<0.05,##P<0.01
圖4C示,模型組大鼠WAT中ADPN mRNA較正常組減少(P<0.01),Resistin mRNA增多(P<0.01);與模型組比較,電針組可以上調(diào)ADPN的基因表達(dá)(P<0.01),下調(diào)Resistin表達(dá)(P<0.05),表明電針刺激可以有效調(diào)節(jié)WAT中ADPN、Resistin的基因表達(dá)。
圖5示,正常組大鼠白色脂肪細(xì)胞大小均勻,呈蜂窩狀圓形,結(jié)構(gòu)較完整。與正常組比較,模型組細(xì)胞個(gè)數(shù)減少(P<0.01),細(xì)胞直徑顯著增加(P<0.01);電針治療后,其細(xì)胞個(gè)數(shù)顯著增加(P<0.01),細(xì)胞直徑減小(P<0.05),提示電針具有減小肥大脂肪細(xì)胞體積的作用。
注:與正常組比較:**P<0.01;與模型組比較:#P<0.05,##P<0.01
IR是肥胖發(fā)展成2型糖尿病的關(guān)鍵病理基礎(chǔ)[19],早期干預(yù)肥胖IR狀態(tài),可有效預(yù)防2型糖尿病等疾病的發(fā)生發(fā)展,防患于未然。在本實(shí)驗(yàn)中筆者發(fā)現(xiàn),與模型組比較電針干預(yù)后OIR大鼠體質(zhì)量、Lee’s指數(shù)顯著降低,提示電針可有效減輕體質(zhì)量,改善肥胖表型。且大鼠餐后血糖、IPITT、IPGTT水平也低于模型組,GIR顯著升高,說明電針刺激還能增強(qiáng)OIR大鼠的胰島素敏感性。脂肪組織是胰島素的重要靶器官,與肥胖IR狀態(tài)密切相關(guān)。其中WAT可通過將具有生物活性的脂肪因子釋放到血液中,調(diào)節(jié)各種代謝過程,包括新陳代謝和葡萄糖穩(wěn)態(tài)[20]。如Resistin是調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)的重要脂肪因子,研究發(fā)現(xiàn)肥胖小鼠循環(huán)Resistin含量明顯升高,且與胰島素、血糖水平呈正相關(guān)[21]。這可能與Resistin降低胰島素受體及受體底物-1 (Insulin receptor substrate, IRS-1)的磷酸化水平,從而減弱磷脂酰肌醇-3激酶 (phosphatidylinositol-3-kinase, PI3K)的激活,誘使IR發(fā)生有關(guān)[22]。且Resistin還可導(dǎo)致胰島素信號(hào)抑制劑細(xì)胞因子信號(hào)傳導(dǎo)抑制劑3(suppressor of cytokine signaling 3, SOCS-3)的基因表達(dá)增加[23]。
ADPN則是由WAT產(chǎn)生的有益脂肪因子,它可調(diào)節(jié)胰島素靶組織中碳水化合物和脂肪代謝[24],包括減少肝臟中葡萄糖的合成,增加肌肉中葡萄糖的攝取及脂肪酸的氧化[25]。其作用的發(fā)揮與ADPN受體(adiponectin receptor,AdipoR)密不可分。如AdipoR2可誘導(dǎo)過氧化物酶體增殖物激活受體 α(peroxisome proliferators activated receptor-α,PPARα),從而增加葡萄糖攝取和脂肪酸氧化,減輕炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)[26]。在肥胖和胰島素抵抗人體內(nèi),ADPN循環(huán)水平和分泌率顯著降低[27]。而低水平的ADPN還可激活下丘腦-垂體-性腺激素軸(hypothalamic pituitary gonadal,HPG),促使肥胖的早期發(fā)作[28]。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),與HFD誘導(dǎo)的OIR模型大鼠比較,電針組可增加WAT中ADPN mRNA表達(dá),降低Resistin mRNA水平,且血清ADPN、Resistin含量也隨之變化。提示電針對(duì)WAT中脂肪因子ADPN、Resistin的調(diào)節(jié)作用可能是有效改善肥胖IR的機(jī)制之一。
同時(shí)實(shí)驗(yàn)表明,在HFD的誘導(dǎo)下,模型組大鼠WAT細(xì)胞直徑顯著大于正常組,這是由于WAT在能量存儲(chǔ)中起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)機(jī)體攝取能量過多時(shí),體內(nèi)脂肪細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)增生和肥大。而肥大脂肪細(xì)胞還可導(dǎo)致脂肪細(xì)胞因子分泌失調(diào),進(jìn)一步加速肥胖IR的發(fā)展。已有研究表明,血漿中的脂肪細(xì)胞因子水平隨著脂肪組織與脂肪細(xì)胞體積的增加而升高[29]。在本實(shí)驗(yàn)中,模型組大鼠WAT細(xì)胞直徑增加,WAT中Resistin mRNA隨之上升,與前期報(bào)道一致[29]。但ADPN水平卻表現(xiàn)出相反趨勢(shì),這可能是由于脂肪細(xì)胞肥大時(shí)會(huì)釋放出更多的游離脂肪酸與巨噬細(xì)胞toll樣受體4結(jié)合,加重慢性炎癥反應(yīng),表現(xiàn)出高水平的循環(huán)炎癥細(xì)胞因子(如TNF-α和IL-6),而IL-6抑制ADPN的表達(dá)[29],導(dǎo)致WAT中ADPN基因表達(dá)減少。還有研究表明,當(dāng)脂肪細(xì)胞膨脹時(shí)血流灌注不足,隨之而來(lái)的局部組織缺氧致使脂肪細(xì)胞中的纖維化和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng),與ADPN基因的下調(diào)也具有相關(guān)性[30],可見WAT細(xì)胞大小可能是脂肪因子分泌的重要因素之一。在經(jīng)過電針治療后,WAT細(xì)胞直徑較模型組明顯減小,且WAT及血清中Resistin及ADPN含量均趨向正常化也印證了這一點(diǎn)。
綜上所述,電針可減輕HFD誘導(dǎo)的OIR大鼠體質(zhì)量,增強(qiáng)胰島素敏感性,改善IR狀態(tài),其可能機(jī)制與電針減小肥大脂肪細(xì)胞體積,調(diào)節(jié)WAT中Resistin及ADPN的分泌水平相關(guān)。