白雪松 孫德春 宋 巖 李銀清*

（1 長春中醫(yī)藥大學(xué)，吉林 長春 130117；2 長春先盈醫(yī)療科技有限公司，吉林 長春 130103）

糖尿?。╠iabetes mellitus，DM）是由機(jī)體胰島素分泌機(jī)制的缺陷或胰腺生物學(xué)功能損害引起的以持續(xù)高血糖為特點的代謝性疾病[1]。隨著現(xiàn)代社會生活方式的改變和生活水平的提高，DM的發(fā)病率逐年升高，目前全世界約有1.5億DM患者，預(yù)計到2025年將突破3億[2]。醫(yī)學(xué)發(fā)展到今天，DM仍是一種可以控制但不能根治的疾病[3]。目前，DM的治療主要以飲食控制、口服降糖類藥物或注射胰島素為主，長期血糖控制不佳者，容易導(dǎo)致多種并發(fā)癥發(fā)生。盡管基礎(chǔ)及臨床研究眾多，但現(xiàn)有的限制飲食、鍛煉和藥物治療方案不能達(dá)到滿意療效和長期治愈是個不爭的事實。

相比藥物的化學(xué)治療方法，醫(yī)療器械這類物理治療方法更具有安全性，如 量子降糖裝置等[4-7]。最新研發(fā)的量子降糖裝置，是以量子生物學(xué)技術(shù)為核心基礎(chǔ)，結(jié)合細(xì)胞生物學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)等先進(jìn)技術(shù)，采用激光誘導(dǎo)等離子體輸出復(fù)合物理因子為底層技術(shù)的新型量子降糖裝置。該裝置輸出的物理因子作用在皮膚表面被選擇性吸收，通過實驗驗證可促進(jìn)GLP-1、GLUT-4的表達(dá)；同時抑制白細(xì)胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）等促炎性因子，從而對DM起到治療作用?；诖?，本研究在高脂飼料結(jié)合鏈脲佐菌素（STZ）誘導(dǎo)小鼠2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）模型上，對量子降糖裝置的降血糖作用進(jìn)行科學(xué)評價，以期為量子降糖醫(yī)療器械的應(yīng)用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗動物與飼料 SPF級健康雄性ICR小鼠，體質(zhì)量18～22 g，購于長春市億斯實驗動物技術(shù)有限責(zé)任公司，生產(chǎn)許可證號：SCXK（吉）-2018-0007?；A(chǔ)飼料和高脂飼料（83.30%基礎(chǔ)飼料+10.00%豬油+3.00%膽固醇+3.00%白砂糖+0.50%的膽酸鈉+0.20%丙基硫氧嘧啶，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）由長春市億斯實驗動物技術(shù)有限責(zé)任公司提供。

1.1.2 試劑 鏈脲佐菌素（streptozocin，STZ）來自北京索萊寶科技有限公司；三酰甘油（triglyceride，TG）、總膽固醇（total cholesterol，TC）試劑盒來自南京建成生物工程研究所；小鼠低密度脂蛋白膽固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）、高密度脂蛋白膽固醇（high density lipoprotein cholesterol，HDL-C）、胰島素（insulin，INS）、糖化血紅蛋白（glycated hemoglobin A1c，GHbA1c）、胰高血糖素樣肽-1（glucagon like peptide-1，GLP-1）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-1β、小鼠干擾素-γ（interferon-γ，INF-γ）、IL-6等酶聯(lián)免疫試劑盒來自上海江萊生物科技有限公司。

1.1.3 儀器與設(shè)備 全膜終端過濾獨立送風(fēng)凈化籠具（蘇州新區(qū)楓橋凈化設(shè)備廠）；量子降糖裝置（授權(quán)發(fā)明專利號：201610389569.0，長春先盈醫(yī)療科技有限公司）；血糖儀（德國Roche診斷有限公司）；ELx800型全自動酶標(biāo)儀（美國BioTek公司）。

1.2 方法

1.2.1 動物模型建立 采用80只雄性ICR小鼠，基礎(chǔ)飼料適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后，隨機(jī)選取10只小鼠作為空白組，繼續(xù)飼喂基礎(chǔ)飼料，70只小鼠連續(xù)8周飼喂高脂飼料；8周后篩選出體質(zhì)量增加值超過空白組平均體質(zhì)量20%的小鼠，隔夜禁食12 h后，連續(xù)3 d，每日1次腹腔注射STZ 40 mg/kg；于第9周末，小鼠禁食6 h后，尾靜脈取血測空腹血糖（fastingplasmaglucose，F(xiàn)BG），若連續(xù)2次FBG值≥11.10 mmol/L即認(rèn)為T2DM模型建模成功[8]，并剔除不成模者。從第10周開始，將40只STZ誘導(dǎo)的DM模型小鼠隨機(jī)分成4組，每組10只，分別為模型組、陽性對照組（二甲雙胍組）、常規(guī)組及強(qiáng)化組，均飼喂基礎(chǔ)飼料至第15周實驗結(jié)束。

1.2.2 治療方案 空白組和模型組小鼠每日灌胃12 mL/kg無菌生理鹽水；二甲雙胍組小鼠每日灌胃200 mg/kg鹽酸二甲雙胍；常規(guī)組和強(qiáng)化組小鼠均采用量子降糖裝置進(jìn)行治療，其中，常規(guī)組小鼠所采用的量子強(qiáng)度功率輸出值為70 μW/cm2，每日治療1次；強(qiáng)化組小鼠所采用的量子強(qiáng)度功率輸出值為65 μW/cm2，每日治療2次；12 d為1個療程，共治療3個療程，每1個療程結(jié)束后休息2 d，再進(jìn)行下1個療程的治療。

1.2.3 體質(zhì)量和FBG的測定 STZ誘導(dǎo)的T2DM模型小鼠在第10～15周治療期間，每周進(jìn)行1次體質(zhì)量及FBG的測定。小鼠隔夜禁食12 h后，采用血糖儀尾靜脈采血直接測定血糖值。

1.2.4 口服葡萄糖耐量試驗（oral glucose tolerance test，OGTT）檢測 第15周末各組小鼠隔夜禁食12 h后，灌胃50%葡萄糖溶液（2 g/kg），分別在30、60、90、120 min后，采用血糖儀尾靜脈采血直接測定血糖值，并計算血糖曲線下面積（area under the curve，AUC）。

1.2.5 血清學(xué)生化指標(biāo)檢測 于第15周末，各組小鼠禁食12 h后，麻醉后摘眼球取血，靜置離心（3000 r/min，4 ℃，10 min）收集血清后，于-80 ℃凍存。采用酶聯(lián)免疫試劑盒檢測小鼠血清中TC、TG、LDL-C、HDL-C、INS、GLP-1、GHbA1c、INF-γ和IL-6的水平，并嚴(yán)格按試劑盒說明書要求操作。

1.2.6 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。所有數(shù)據(jù)均采用（）表示，各組間差異采用單因素方差分析，a表示與模型組比較，差異顯著（P＜0.05），b表示與模型組比較，差異極顯著（P＜0.01）。

2 結(jié)果

2.1 量子降糖裝置對小鼠體質(zhì)量和FBG的影響 在第10～15周治療期間，分別對小鼠的體質(zhì)量和FBG進(jìn)行了檢測（表1和表2），模型組小鼠的體質(zhì)量和FBG均呈現(xiàn)持續(xù)升高趨勢，說明高脂飼料結(jié)合STZ誘導(dǎo)的T2DM模型小鼠建模成功。由表1可以看出，與模型組相比，常規(guī)組和強(qiáng)化組體質(zhì)量明顯下降，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），從第14周后，體質(zhì)量低于空白組，但趨于平穩(wěn)，維持在47 g左右，說明量子降糖裝置具有緩解由T2DM導(dǎo)致的體質(zhì)量下降趨勢；由表2可以看出，從第11周起，與模型組相比，其他組小鼠的FBG明顯下降，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05或P＜0.01）；第15周時，發(fā)現(xiàn)常規(guī)組和強(qiáng)化組與二甲雙胍組一樣FBG顯著降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）。結(jié)果表明，量子降糖裝置能顯著降低T2DM小鼠的FBG值。

表1 量子降糖裝置對小鼠體質(zhì)量的影響（g，）

表1 量子降糖裝置對小鼠體質(zhì)量的影響（g，）

注：與模型組相比，aP＜0.05，bP＜0.01。

表2 量子降糖裝置對小鼠FBG的影響（mmol/L，）

表2 量子降糖裝置對小鼠FBG的影響（mmol/L，）

注：與模型組相比，aP＜0.05，bP＜0.01。

2.2 量子降糖裝置對小鼠糖耐量的影響 由圖1A可以看出，小鼠在給予葡萄糖2 h內(nèi)，模型組的各時點血糖值均顯著升高，并一直高于其他4組，隨著葡萄糖負(fù)荷時間的延長，各組小鼠血糖值均呈下降趨勢，說明量子降糖裝置能夠抑制各時點的血糖值；由圖1B可以看出，與模型組相比，常規(guī)組和強(qiáng)化組的AUC明顯減少，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01），且常規(guī)組的AUC與二甲雙胍組相近。結(jié)果表明，量子降糖裝置能有效改善T2DM小鼠的血糖調(diào)節(jié)能力，有效減緩餐后血糖水平的迅速升高。

2.3 量子降糖裝置對小鼠血脂水平的影響 由表3可以看出，T2DM小鼠體內(nèi)血糖代謝異常同時會引起血脂代謝紊亂，與模型組相比，常規(guī)組和強(qiáng)化組小鼠的血清中的TC、TG和LDL水平均有降低，且強(qiáng)化組的TC和TG水平差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；常規(guī)組和強(qiáng)化組小鼠的血清中的HDL水平顯著升高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。說明量子降糖裝置能有效改善T2DM小鼠的血脂代謝紊亂。

表3 量子降糖裝置小鼠血脂水平的影響（）

表3 量子降糖裝置小鼠血脂水平的影響（）

注：與模型組相比，aP＜0.05。

2.4 量子降糖裝置對小鼠INS、GHbA1c、GLP-1水平的影響 由表4可以看出，與模型組相比，常規(guī)組和強(qiáng)化組小鼠的血清中的INS水平均有升高，GHbA1c水平均有降低，且強(qiáng)化組的GHbA1c水平差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；GLP-1水平顯著升高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05或P＜0.01）。結(jié)果表明，量子降糖裝置能有效降低T2DM小鼠GHbA1c的生成率，提高GLP-1的含量，改善INS抵抗的現(xiàn)象，具有較明顯的降血糖效果。

2.5 量子降糖裝置對小鼠炎性因子水平的影響 由圖2可以看出，T2DM會誘發(fā)小鼠體內(nèi)慢性炎癥，升高血清中 炎性因子TNF-α、INF-γ、IL-1β以及IL-6的水平。與模型組相比，常規(guī)組和強(qiáng)化組小鼠血清中TNF-α（圖2A）和IL-1β（圖2C）水平顯著降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05或P＜0.01）；INF-γ和IL-6水平也有所降低，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），說明量子降糖裝置能夠改善T2DM小鼠血清中炎性因子的水平，進(jìn)而緩解機(jī)體慢性炎癥狀態(tài)。

圖1 量子降糖裝置對小鼠糖耐量的影響

表4 量子降糖裝置對小鼠INS、GHbA1c、GLP-1水平的影響（）

表4 量子降糖裝置對小鼠INS、GHbA1c、GLP-1水平的影響（）

注：與模型組相比，aP＜0.05，bP＜0.01。

圖2 量子降糖裝置對小鼠炎性因子水平的影響

3 討論

近年來，隨著量子醫(yī)學(xué)在臨床診斷中的應(yīng)用，以量子醫(yī)學(xué)為核心研制的量子醫(yī)療器械設(shè)備逐漸涌現(xiàn)。量子降糖裝置是一種集精準(zhǔn)化、數(shù)字化、智能化于一體的光量子與超聲波復(fù)合物理因子治療DM及高血糖癥的醫(yī)療器械。本研究采用高脂飼料結(jié)合STZ誘導(dǎo)建立T2DM模型小鼠，T2DM小鼠FBG、OGTT都有明顯升高趨勢，且TC、TG、LDL水平升高，HDL含量降低，符合DM發(fā)病特點[9]；而經(jīng)過量子降糖裝置治療后，T2DM小鼠體質(zhì)量下降趨勢較慢，F(xiàn)BG能顯著降低，并能有效減緩餐后血糖水平的迅速升高，改善血脂代謝紊亂。

T2DM的特點是血糖水平長期升高。當(dāng)INS水平低時，如處于禁食狀態(tài)時，糖異生和糖原分解被激活；而在INS水平升高的情況下，如飯后，糖原和脂質(zhì)的合成來維持血糖水平[10]，INS是這一轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[11]。在本研究中，量子降糖裝置能夠提高小鼠的INS分泌水平，增加INS敏感性進(jìn)而達(dá)到降糖目的。另外，胰島素的分泌不僅直接受到葡萄糖的控制，而且還受到胰島素調(diào)節(jié)因子的控制，如促胰島素激素GLP-1[12]。GLP-1具有葡萄糖濃度依賴性降糖作用，作為一種腸源性激素，可顯著降低DM患者FBG，糖化血紅蛋白水平，促進(jìn)β細(xì)胞增殖，抵抗β細(xì)胞凋亡[13]。GLP-1除了具有促進(jìn)胰島素分泌作用外，還抑制胰腺α-細(xì)胞分泌胰高血糖素[14]。本研究結(jié)果顯示，量子降糖裝置可顯著升高GLP-1含量，促進(jìn)INS的分泌，降低GHbA1c水平的作用，說明量子降糖裝置可以減輕胰島素抵抗，最終改善其DM狀態(tài)。

T2DM的發(fā)病機(jī)制是一個復(fù)雜的過程，與胰島素抵抗[15]、氧化應(yīng)激[16]、低水平炎癥[17]和表觀遺傳[18]等多方面因素有關(guān)。其中，炎性因子水平升高是誘導(dǎo)T2DM的主要原因之一，由于機(jī)體內(nèi)不斷積累的慢性炎癥和引起的氧化應(yīng)激可能導(dǎo)致胰島β細(xì)胞的凋亡，最終引發(fā)T2DM[19]；而體內(nèi)的葡萄糖升高又可誘導(dǎo)胰島表達(dá)更多的炎性因子，進(jìn)而使病情惡化[20-23]。為探究量子降糖裝置降血糖機(jī)制，本文研究了T2DM模型小鼠體內(nèi)炎性因子的表達(dá)。研究結(jié)果顯示，在T2DM模型小鼠體內(nèi)存在一種慢性和低度炎癥，其炎性因子TNF-α、INF-γ、IL-1β及IL-6的水平均有顯著升高，經(jīng)過量子降糖裝置治療后，TNF-α和IL-1β水平顯著降低（P＜0.05或P＜0.01），同時INF-γ和IL-6水平也有降低趨勢，表明量子降糖裝置的降 血糖作用與其能降低體內(nèi)炎性因子的表達(dá)有關(guān)。

此外，已有報道量子降脂儀應(yīng)用在高血脂癥大鼠中具有較高好的降血脂作用[24]，并已通過大鼠動物實驗證明量子對人體的照射是安全的[25]。因此，本研究所應(yīng)用的量子降糖裝置是安全的，可進(jìn)行后續(xù)臨床應(yīng)用研究。

綜上所述，量子降糖裝置具有降血糖功效，能有效減緩餐后血糖水平的迅速升高，并改善血脂代謝紊亂，其作用機(jī)制與其能有效降低炎性因子的表達(dá)，促進(jìn)胰島素的分泌有關(guān)。量子降糖裝置的量子強(qiáng)度功率輸出值70 μW/cm2或65 μW/cm2及其治療頻率可在本研究基礎(chǔ)上根據(jù)臨床病情進(jìn)一步選擇確定。