趙文嫣,孫明,馮勇,耿東華,劉金鋼
(1.中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院1.普通外科,2.泌尿外科,遼寧 沈陽 110004;3.中國醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院 普通外科,遼寧 沈陽 110032)
胃袖狀切除術(shù)改善2型糖尿病小鼠脂肪組織胰島素抵抗機(jī)制研究*
趙文嫣1,孫明2,馮勇1,耿東華1,劉金鋼3
(1.中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院1.普通外科,2.泌尿外科,遼寧 沈陽 110004;3.中國醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院 普通外科,遼寧 沈陽 110032)
目的探討胃袖狀切除術(shù)(SG)對2型糖尿病小鼠脂肪組織微囊蛋白1(caveolin -1)表達(dá)及胰島素抵抗的影響。方法實(shí)驗(yàn)于2015年1~6月在中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。選擇30只肥胖2型糖尿病小鼠(+db/+db,C57BL/KsJ)為研究對象,按體重隨機(jī)等分為3組:db/db組(無處理)、db/db-SG組(行SG)、db/db-sham組(假手術(shù)),每組10只。術(shù)前3 d和術(shù)后7、14、21及28 d測定動物體重及每100 g體重?cái)z食量。術(shù)前5 d和術(shù)后30 d,測定小鼠空腹血糖(FBG)及口服葡萄糖耐量(OGTT),ELISA檢測血漿胰島素、三酰甘油(TG)、膽固醇(TC)、低密度脂蛋白(LDL);Western blot和實(shí)時(shí)聚合酶鏈反應(yīng)(Real-time PCR)檢測內(nèi)臟脂肪組織caveolin-1、GLUT4蛋白及mRNA表達(dá)。結(jié)果db/db-SG組小鼠術(shù)后體重、攝食量、空腹血糖、OGTT曲線下面積、胰島素抵抗指數(shù)與db/db組及db/db-sham組比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),db/db-SG組小鼠術(shù)后體重及攝食量降低,空腹血糖下降,OGTT曲線下面積減少,胰島素抵抗指數(shù)下降;db/db-SG組血清TG、TC、LDL水平與db/db組及db/db-sham組比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),db/db-SG組小鼠下降;db/db-SG組小鼠脂肪組織caveolin-1、GLUT4蛋白和mRNA表達(dá)與db/db組及db/db-sham組比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),均升高。結(jié)論SG可在術(shù)后短期內(nèi)有效降低2型糖尿病小鼠體重及攝食量,降低TG、TC,改善胰島素抵抗,可能與脂肪組織caveolin-1及GLUT4水平下降有關(guān)。
袖狀胃切除;脂肪組織;胰島素抵抗;脂肪組織微囊蛋白1
胃袖狀切除術(shù)(sleeve gastrectomy,SG)是常用減重手術(shù)的一種,術(shù)中切除胃大彎側(cè)80%左右的胃體,減重效果確切?,F(xiàn)已有多項(xiàng)研究證實(shí)SG可緩解胰島素抵抗(insulin resistance,IR)[1-2],但具體機(jī)制尤其是對脂肪組織IR的影響仍不明確。質(zhì)膜微囊(caveolae)是細(xì)胞膜上直徑約50~100 nm的燒瓶狀內(nèi)陷區(qū)域,具有脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu),與細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等事件有關(guān)。微囊蛋白1(caveolin-1)是caveolae表面上的標(biāo)記蛋白,在脂肪細(xì)胞中特異性表達(dá)[3]。研究發(fā)現(xiàn),在脂肪細(xì)胞中胰島素可誘導(dǎo)GLUT4轉(zhuǎn)位至富含caveolae/caveolin-1的細(xì)胞膜上,與其共定位及表達(dá),參與葡萄糖的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。鑒于此,本研究以肥胖2型糖尿病小鼠(db/db)為研究對象,探討SG對脂肪組織IR以及caveolin-1、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體(GLUT4)表達(dá)的影響,為進(jìn)一步揭示SG改善脂肪組織IR的機(jī)制提供新的思路。
本實(shí)驗(yàn)于2015年1~6月在中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。
選擇6~7周齡雄性db/db小鼠(Leprdb,db/db,C57BL/KsJ)30只,均購自南京大學(xué)模式動物研究所。術(shù)前至少10 d單籠正常飲食飼養(yǎng)。1周后檢測db/db小鼠體重及空腹血糖(fasting blood glucose,F(xiàn)BG),以FBG≥8.0 mmol/L為自發(fā)糖尿病模型的入選標(biāo)準(zhǔn)。入選的8周齡肥胖型2型糖尿病小鼠(db/db小鼠)30只按體重隨機(jī)分為3組:db/db組、db/db-SG組、db/db-sham組,每組均為10只。所有小鼠適應(yīng)環(huán)境1周后開始實(shí)驗(yàn)。
1.2.1 db/db-SG組 行SG。術(shù)前6 h禁食水,10%水合氯醛0.3 ml/100 g體重腹腔注射麻醉,固定于操作臺,取上腹正中切口1 cm,逐層切開入腹腔探查無異常繼續(xù)手術(shù),由幽門下至胃底游離大彎側(cè)血管,再由大彎側(cè)向胃底方向切除3/5胃體,殘余胃體以6~0無損傷線縫合。關(guān)腹前青霉素8萬u/100 g體重腹腔注射預(yù)防感染,術(shù)后4 h進(jìn)流食(10%葡萄糖),48 h后正常鼠料喂養(yǎng)。
1.2.2 db/db-sham組 麻醉、術(shù)前術(shù)后給藥、進(jìn)食與db/db-SG組一致,取上腹正中切口1 cm,逐層切開入腹腔探查,胃前壁作0.5 cm切口,原位縫合。db/db-sham組不采取任何處理措施。術(shù)后30 d,10%水合氯醛0.3 ml/100 g體重腹腔注射麻醉,下腔靜脈采血,留血清-80℃冷凍保存;處死全部小鼠后取附睪脂肪組織-80℃保存。
1.2.3 db/db組 相應(yīng)指標(biāo)檢測時(shí)間與db/db-SG組及db/db-sham組相同,無特殊處理。
①術(shù)前3 d和術(shù)后7、14、21、28 d測定動物體重及每100 g體重?cái)z食量。②血糖及口服葡萄糖耐量試驗(yàn)(OGTT):術(shù)前5 d和術(shù)后30 d血糖儀各測空腹12 h血糖(FBG)1次;術(shù)前2 d和術(shù)后30 d各測1次OGTT,方法為測FBG后給予50%葡萄糖1.5 g/kg體重灌胃;尾靜脈采血,時(shí)間點(diǎn)分別為0、30、60、90、120 min。③采用ELISA法檢測血漿胰島素、總膽固醇(TC)、三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白(LDL)。計(jì)算胰島素抵抗指數(shù)(HOMA-IR),HOMA-IR=(G0×I0)/22.5,其中 G0為 FBG(mmol/L),I0為空腹血漿胰島素(μu/ml)。④實(shí)時(shí)聚合酶鏈反應(yīng)(real-time polymerase chain reaction,real-time PCR)檢測脂肪組織caveolin-1及GLUT4 mRNA表達(dá),擴(kuò)增條件:95℃ 30s變性,60℃ 30 s退火,72℃ 45s延伸,40個(gè)循環(huán),最后72℃延伸5 min。caveolin-1引物,正向:5'-GGGACATCTCTACACTGTTCCCATC-3',反向:5'-CTTCTGGTTCTGCAATCACATCTTC-3';GLUT4 引物,正向:5'-CTGTAACTTCATTGTCGGCATGG-3',反向:5'-AGGCAGCTGAGATCTGGTCAAAC-3';GAPDH引物,正向:5'-CACCCTGTGCTGCTCACCGAGGCC-3',反 向 :5'-CCACACAGATGACTTGCGCTCAGG-3'。 ⑤Western blot法檢測脂肪組織caveolin-1及GLUT4表達(dá)。
應(yīng)用SPSS13.5軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。各組數(shù)據(jù)采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,比較采用重復(fù)測量設(shè)計(jì)的方差分析,兩兩比較采用Student'st檢驗(yàn),P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
全部手術(shù)小鼠成活,手術(shù)均順利完成,動物模型復(fù)制成功。
采用方差分析比較3組小鼠體重,術(shù)前各組小鼠體重差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.151,P=0.863)。術(shù)后7、14、21和28 d各組小鼠體重差異采用重復(fù)測量設(shè)計(jì)的方差分析,結(jié)果:①術(shù)后3組間小鼠體重差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=23.056,P=0.002);②db/db-SG組內(nèi)術(shù)后7、14、21及28 d體重有差異(F=14.029,P=0.005),db/db組和db/db-sham組各檢測時(shí)間點(diǎn)體重?zé)o差異(F=0.422和0.386,P=0.445和0.563);③術(shù)后小鼠體重隨時(shí)間推移下降趨勢有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=10.009,P=0.000),db/db-SG組小鼠術(shù)后7 d內(nèi)體重下降明顯,在檢測時(shí)間段內(nèi),隨時(shí)間推移呈繼續(xù)下降趨勢。兩兩比較采用Student'st檢驗(yàn),術(shù)后7~28 d db/db-SG組小鼠體重持續(xù)下降,與db/db組比較(7 d:t=-3.386,P=0.028;14 d:t=-7.735,P=0.002;21 d:t=-0.596,P=0.010;28 d:t=-5.894,P=0.004),與db/db-sham 組比較(7 d:t=-3.343,P=0.029;14 d:t=-5.495,P=0.005;21 d:t=-4.135,P=0.014;28 d:t=-5.648.386,P=0.010),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見表1。
采用方差分析比較術(shù)前各組間攝食量,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.293,P=0.756)。術(shù)后7、14、21和28 d各組小鼠攝食量差異采用重復(fù)測量設(shè)計(jì)的方差分析,結(jié)果:①術(shù)后3組間小鼠攝食量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=5.196,P=0.049);②db/db-SG組內(nèi)術(shù)后7、14、21和28 d攝食量有差異(F=9.009,P=0.015),db/db組和db/db-sham組各檢測時(shí)間點(diǎn)攝食量無差異(F=0.521和0.235,P=0.349和0.615);③術(shù)后小鼠攝食量隨時(shí)間推移下降趨勢無差異(F=0.892,P=0.071),db/db-SG組小鼠術(shù)后7 d內(nèi)攝食量下降明顯,但隨時(shí)間推移下降趨勢無差異。兩兩比較采用Student'st檢驗(yàn),db/db-SG組與db/db組比較(7 d:t=-3.864,P=0.018,14 d:t=-2.771,P=0.049;21 d:t=-4.157,P=0.014;28 d:t=2.877,P=0.045) 及db/db-sham組比較(7 d:t=-4.444,P=0.011,14 d:t=-3.169,P=0.034;21 d:t=-2.966,P=0.039;28 d:t=-3.134,P=0.0132)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見表2。
術(shù)前3組FBG、OGTT曲線下面積、HOMA-IR比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。而術(shù)后30 d時(shí)db/db-SG組上述3個(gè)指標(biāo)與db/db-sham組和db/db組比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。兩兩比較采用Student'st檢驗(yàn),db/db-SG組FBG與db/db組及db/db-sham組比較,均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-8.419和-7.689,P=0.001和0.002),db/db-SG組FBG下降;小鼠OGTT曲線下面積db/db-SG組與db/db組及db/db-sham組比較,均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-13.349和-12.579,均P=0.000),db/db-SG組OGTT曲線下面積下降;db/db-SG組HOMA-IR與db/db組及db/db-sham組比較,均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-12.970和-12.010,均P=0.000),db/db-SG組HOMA-IR下降。見表3。
表1 3組術(shù)前、術(shù)后體重變化比較 (n =10,g,±s)
表1 3組術(shù)前、術(shù)后體重變化比較 (n =10,g,±s)
注:1)與db/db組比較,P <0.05;2)與db/db-sham組比較,P <0.05
db/db 組 52.6±3.6 53.5±2.6 54.6±1.9 55.5±3.6 57.2±3.4 db/db-sham 組 54.1±3.5 52.7±1.9 53.6±2.9 53.8±3.5 54.9±2.6
表2 3組術(shù)前、術(shù)后攝食量變化比較 (n =10,g,±s)
表2 3組術(shù)前、術(shù)后攝食量變化比較 (n =10,g,±s)
注:1)與db/db組比較,P <0.05;2)與db/db-sham組比較,P <0.05
db/db 組 6.6±1.6 6.5±0.9 6.4±1.2 6.9±0.8 6.7±1.4 db/db-sham 組 6.1±1.5 5.7±0.9 6.6±1.1 6.8±1.5 6.2±0.9
術(shù)前3組TC、TG、LDL比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);術(shù)后30 d,db/db-SG組小鼠血漿TC、TG、LDL與db/db組及db/db-sham組比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),db/db-SG組水平降低,低于db/db組及db/db-sham組。兩兩比較采用Student'st檢驗(yàn),db/db-SG組TC與db/db組及db/db-sham組比較,均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-3.562和-4.082,P=0.022和0.015),db/db-SG組TC下降;db/db-SG組TG與db/db組比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-2.659,P=0.056),與db/db-sham組比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-4.227,P=0.013),db/db-SG組 TG下 降;db/db-SG組 LDL與db/db組及db/db sham組比較,均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意 義(t=-3.277和 -2.982,P=0.031和 0.041),db/db-SG組LDL下降。見表4。
術(shù)后30 d,db/db-SG組小鼠內(nèi)臟(附睪)脂肪組織caveolin-1、GLUT4蛋白及mRNA表達(dá)與db/db組、db/db-sham組比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),db/db-SG組表達(dá)上調(diào)。見附圖和表5。
表3 3組術(shù)前、術(shù)后FBG、OGTT、HOMA-IR比較 (n =10,±s)
表3 3組術(shù)前、術(shù)后FBG、OGTT、HOMA-IR比較 (n =10,±s)
注:1)與db/db組比較,P <0.05;2)與db/db-sham組比較,P <0.05
db/db 組 26.6±4.6 25.5±3.8 3 197.8±175.6 3 073.9±256.2 5.0±0.2 5.4±0.3 db/db-sham 組 27.2±5.1 28.6±4.9 3 247.0±217.4 3 170.9±288.8 5.4±0.3 5.2±0.3 db/db-SG 組 24.6±4.9 6.4±1.01)2) 3 137.1±223.5 935.5±106.51)2) 5.3±0.7 2.7±0.21)2)F值 0.234 32.976 0.213 89.589 0.629 92.591
表4 3組術(shù)前、術(shù)后血漿TC、TG、LDL變化 (n =10,mmol/L,±s)
表4 3組術(shù)前、術(shù)后血漿TC、TG、LDL變化 (n =10,mmol/L,±s)
注:1)與db/db組比較,P <0.05;2)與db/db-sham組比較,P <0.05
db/db 組 3.8±0.4 3.8±0.7 1.87±0.55 1.85±0.46 1.91±0.37 1.85±0.45 db/db-sham 組 4.0±0.5 4.0±0.7 1.79±0.47 1.96±0.30 2.01±0.54 1.97±0.47 db/db-SG組 3.6±0.8 2.1±0.41)2) 1.83±0.50 1.09±0.202) 1.89±0.45 0.98±0.231)2)F值 0.945 8.605 0.019 6.057 0.059 5.516
附圖 caveolin-1、GLUT4蛋白表達(dá)
表5 術(shù)后小鼠脂肪組織caveolin-1、GLUT4 mRNA相對表達(dá)量 (n =10,±s)
表5 術(shù)后小鼠脂肪組織caveolin-1、GLUT4 mRNA相對表達(dá)量 (n =10,±s)
注:1)與db/db組比較,P <0.05;2)與db/db-sham組比較,P <0.05
db/db組 1 1 db/db-sham 組 1.25±0.19 1.19±0.15 db/db-SG 組 3.20±0.31)2) 2.26±0.511)2)F值 194.025 14.695
SG是一種純粹的限制性減重手術(shù),其不改變胃腸道正常結(jié)構(gòu),手術(shù)切除大彎側(cè)胃體約80%,保留十二指腸起始部、胃幽門、胃小彎和迷走神經(jīng)的完整性,既達(dá)到了胃減容的目的,又能保持相對正常的飲食行為。相比于胃旁路手術(shù)等其他吸收不良型減重術(shù)式,SG創(chuàng)傷小,圍手術(shù)期不良事件發(fā)生率低,遠(yuǎn)期并發(fā)癥少,更加安全、有效。目前,SG多用于對肥胖病人的減重治療,而對于明確診斷的2型糖尿病病人,胃旁路手術(shù)依然是常用術(shù)式。但對于一些高齡且合并癥多的病人,胃旁路手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較高,圍手術(shù)期病死率高。因此,探討相對安全的SG對于糖脂代謝異常及IR緩解的機(jī)制,具有重要臨床意義。
脂肪組織中葡萄糖的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)是攝取利用的限速步驟,這一過程是由GLUT4介導(dǎo)的[4]。ROS-BARO等[5]認(rèn)為細(xì)胞膜上的caveolae是細(xì)胞回?cái)zGLUT4所必須的,且caveolin-1在這一過程中發(fā)揮著重要作用。研究表明,caveolin-1失活可能加速GLUT4降解,從而導(dǎo)致胰島素刺激的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)障礙,是發(fā)生IR的原因之一[6]。而且,已有研究發(fā)現(xiàn)[7],caveolin-1可以抑制炎癥反應(yīng),在脂肪細(xì)胞,siRNA下調(diào)caveolin-1后,促炎癥細(xì)胞因子、腫瘤壞死因子-α和白細(xì)胞介素-6均增加,而抑炎因子白細(xì)胞介素-10以及脂聯(lián)素等的合成和釋放則被抑制。caveolin-1對細(xì)胞的糖脂轉(zhuǎn)運(yùn)、內(nèi)吞、調(diào)節(jié)炎癥因子等生物學(xué)過程中均起重要作用。
db/db小鼠是一種自發(fā)性肥胖型2型糖尿病模型鼠。本研究對db/db小鼠施行SG后,小鼠短期(30 d)內(nèi)體重明顯下降,攝食量降低,血糖和IR改善,且血清TC、TG、LDL等脂代謝指標(biāo)亦不同程度好轉(zhuǎn),提示小鼠術(shù)后短期內(nèi)IR改善,體內(nèi)糖脂代謝趨于穩(wěn)定,驗(yàn)證了SG對糖尿病及肥胖的改善作用。脂肪組織是胰島素作用最主要的靶器官。為了探究SG對脂肪組織IR的影響,本研究檢測了術(shù)后小鼠附睪脂肪組織,即內(nèi)臟脂肪組織中caveolin-1、GLUT4蛋白和mRNA表達(dá)水平,發(fā)現(xiàn)均較未手術(shù)和假手術(shù)組有不同程度的上升,這可能與手術(shù)后體重減輕、IR緩解有關(guān)。GLUT4表達(dá)的上升提示著葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)能力的提高;而caveolin-1的表達(dá)上升則可能促進(jìn)GLUT4的表達(dá)和活性增強(qiáng),并可能抑制脂肪組織炎癥通路活性,降低促炎癥細(xì)胞因子水平,從而使細(xì)胞糖脂代謝及內(nèi)環(huán)境趨于穩(wěn)定。
目前,對于SG改善IR的機(jī)制研究有限,但已有資料表明[8-9],SG對于改善糖脂代謝異常是一種安全、有益的方式。本研究進(jìn)一步證實(shí)了在肥胖2型糖尿病小鼠模型中,SG可以在短期內(nèi)降低體重及攝食量,降低血糖,改善IR,使糖脂代謝狀態(tài)至接近正常,而術(shù)后脂肪組織caveolin-1、GLUT4表達(dá)上升可能與這一現(xiàn)象有關(guān),是SG改善脂肪組織IR的原因之一。
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Effect of sleeve gastrectomy on insulin resistance in adipose tissue of obesity-associated type 2 diabetes (+db/+db) mice*
Wen-yan Zhao1, Ming Sun2, Yong Feng1, Dong-hua Geng1, Jin-gang Liu3
(1. Department of General Surgery, 2. Department of Urology, Shengjing Hospital of China Medical University, Shenyang, Liaoning 110004, China; 3. Department of General Surgery, the Fourth Aff i liated Hospital, China Medical University, Shenyang, Liaoning 110032, China)
ObjectiveTo observe the effect of sleeve gastrectomy (SG) on the expression of caveolin-1 in adipose tissue and insulin resistance status.MethodsThirty 10-week old obesity-associated type 2 diabetes(+db/+db) (C57BL/KsJ) mice were randomly allocated to db/db-SG group, db/db-sham group and db/db blank control group, each group had 10 rats. Body weight and food intake were recorded 3 d before operation and 7, 14, 21 and 28 d after operation. On the 5th d before operation and the 30th d after operation, FBG and OGTT were detected before and after operation; ELISA was used to detect the plasma insulin, TG, TC and LDL; RT-PCR and Western blot were used to detect the expressions of caveolin-1 and GLUT4 in the viceral adipose tissue.ResultsCompared with the db/db-sham group and the blank control group, the mice in the SG group showed obviously-reduced body weight and food intake (P< 0.05), apparent downward trends of FBG level, AUC of OGTT, and HOMA-IR (P< 0.05). The plasma TC, TG and LDL levels in the SG group decreased as well (P< 0.05). The expressions of caveolin-1 and GLUT4 protein and mRNA in the viceral adipose tissue signi fi cantly increased in the SG group compared to the db/db-sham group and the blank control group (P< 0.05).ConclusionsSG can signi fi cantly lower the body weight and food intake, decrease the plasma TC, TG and LDL, and alleviate the insulin resistance status in a short period after surgery, which may be related to reduced expression of caveolin-1 and GLUT4 in the adipose tissue.
gastric sleeve surgery; adipose tissue; insulin resisitance; caveolin-1
10.3969/j.issn.1005-8982.2018.01.004
1005-8982(2018)01-0016-05
2017-01-13
沈陽市科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目應(yīng)用基礎(chǔ)研究專項(xiàng)(No:150422);遼寧省自然科學(xué)基金(No:2015020505)
耿東華,E-mal:gdh024@126.com
R-332
A
(張蕾 編輯)