高鋁暴露致大鼠肌肉胰島素抵抗作用及機(jī)制

覃曉潔 楊大偉 韋 喜 何明杰 王民登 吳標(biāo)良

(右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，廣西 百色 533000)

過(guò)量鋁攝入與神經(jīng)、消化、內(nèi)分泌、免疫等多種疾病的發(fā)生有關(guān)〔1,2〕，鋁等微量元素可影響機(jī)體糖代謝水平，且與糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生有密切關(guān)系〔3,4〕，但具體機(jī)制尚未闡明。本研究擬觀察高鋁暴露后大鼠糖代謝及胰島素抵抗水平變化，并觀察大鼠肌肉組織胰島素受體底物(IRS)-1、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(GLUT)4表達(dá)變化，探討高鋁暴露致胰島素抵抗、糖代謝異常的發(fā)生機(jī)制。

1 材料和方法

1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及試劑 雄性Wistar大鼠60只，體重250～300 g，購(gòu)自右江民族醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心。結(jié)晶氯化鋁分析純(AlCl3·6H2O，相對(duì)分子質(zhì)量241.43)購(gòu)自西安化學(xué)試劑廠。

1.2動(dòng)物分組及造模 將大鼠隨機(jī)分為兩組，每組30只，根據(jù)參考文獻(xiàn)〔5〕，制作高鋁暴露模型：高鋁暴露組予AlCl340 mg/kg尾靜脈注射，對(duì)照組予生理鹽水3 ml/kg,尾靜脈注射，1次/d，同步實(shí)驗(yàn),連續(xù)注射7 d。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始及結(jié)束時(shí)尾靜脈取血測(cè)定空腹血糖(FBG)、空腹胰島素(FINS)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)處死大鼠，留取骨骼肌組織備用。

1.3血糖及胰島素測(cè)定 FBG測(cè)定采用氧化酶法，F(xiàn)INS測(cè)定采用化學(xué)發(fā)光法，分別由左江民族醫(yī)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中心及核醫(yī)學(xué)科專(zhuān)人使用日立7600-020全自動(dòng)生化分析儀及美國(guó)貝克曼ACCESS2全自動(dòng)微粒子化學(xué)發(fā)光免疫分析系統(tǒng)完成，均使用配套專(zhuān)用試劑盒。使用公式計(jì)算胰島素抵抗指數(shù)(HOMA-IR)及胰島素敏感指數(shù)(ISI)：HOMA-IR=FINS(pmol/L)×FBG(mmol/L)/22.5，ISI=ln〔1/(FPG×FINS)〕。

1.4免疫組化測(cè)定 取部分肌肉組織于甲醛溶液固定48 h，經(jīng)梯度乙醇脫水，二甲苯置換，浸蠟包埋，縱向切成3 mm厚的切片，免疫組化法檢測(cè)GLUT-4、 IRS-1蛋白表達(dá)水平，采用多聚合物酶EliVision法(試劑購(gòu)自中杉金橋技術(shù)有限公司)，免疫組化陽(yáng)性判斷：于細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞膜等部位出現(xiàn)棕色或褐色沉著為免疫組化陽(yáng)性反應(yīng)，可為連續(xù)線狀、不連續(xù)點(diǎn)狀彌漫分布；使用Imagepro Plus 圖像處理軟件進(jìn)行半定量分析，用平均光密值(AOD)表示，各檢測(cè)法按照試劑盒說(shuō)明。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS17.0軟件進(jìn)行t檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.1FBG比較 實(shí)驗(yàn)前兩組FBG差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；實(shí)驗(yàn)后高鋁暴露組FBG水平較對(duì)照組顯著升高(P<0.01)，見(jiàn)表1。

2.2FINS、HOMA-IR、ISI比較 實(shí)驗(yàn)后，與對(duì)照組相比，高鋁暴露組FINS、HOMA-IR水平明顯升高，ISI水平顯著下降(P<0.01)。見(jiàn)表2。

2.3肌肉組織IRS-1、GLUT-4表達(dá)比較 與對(duì)照組比較，高鋁暴露肌肉組織IRS-1、GLUT-4表達(dá)水平均顯著下降(P<0.01)，見(jiàn)表1、圖1。

表1 兩組實(shí)驗(yàn)前后FBG水平及實(shí)驗(yàn)后FINS、HOMA-IR、ISI水平、肌肉組織IRS-1、GLUT-4表達(dá)比較

與對(duì)照組相比:1)P<0.01；與實(shí)驗(yàn)前比較：2)P<0.01；下表同

圖1 實(shí)驗(yàn)后兩組肌肉組織IRS-1、GLUT-4免疫組化(×200)

3 討 論

鋁等微量元素可影響機(jī)體糖代謝水平，且與糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生有密切關(guān)系〔3,4〕，高鋁暴露地區(qū)人群糖代謝紊亂發(fā)生率較非高鋁暴露地區(qū)高〔6〕，有研究表明,在急性鋁中毒中,血糖升高是一個(gè)導(dǎo)致死亡的重要因素,并推測(cè)其可能與氧化應(yīng)激相關(guān)〔7,8〕。糖代謝產(chǎn)生的機(jī)制較為復(fù)雜,胰島素抵抗是其中的重要機(jī)制之一。本研究表明，高鋁暴露后機(jī)體胰島素抵抗水平升高，胰島素利用不足，從而導(dǎo)致了血糖升高；高鋁暴露后機(jī)體胰島素敏感性下降，導(dǎo)致了胰島素抵抗的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致了糖代謝紊亂的形成，這可能是高鋁暴露致糖代謝紊亂的機(jī)制之一。IRS-1是一種與胰島素抵抗發(fā)生密切相關(guān)的受體后信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，主要在胰島素敏感組織如肌肉、肝臟、脂肪等分布。

胰島素與胰島素受體結(jié)合后，會(huì)促使IRS-1發(fā)生磷酸化，進(jìn)一步與下游磷脂酰肌醇3-激酶(PI-3K)的P85亞基結(jié)合，并催化P110亞基，激活PI-3K，從而使GLUT-4從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上，調(diào)節(jié)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)，此時(shí)葡萄糖可通過(guò)GLUT-4 轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)〔9,10〕，機(jī)體的糖代謝水平從而得以調(diào)節(jié)。與IRS-1一樣，GLUT-4也主要存在于肌肉、肝臟、脂肪等組織內(nèi)?？傮w而言，GLUT-4是胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要分子，是細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路的開(kāi)關(guān)，而IRS-1是胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的重要蛋白，負(fù)責(zé)將胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)。有研究發(fā)現(xiàn)，胰島素抵抗患者骨骼肌細(xì)胞IRS-1含量下降，IRS-1酪氨酸磷酸化水平較正常人下降，IRS-1基因敲除后大鼠可出現(xiàn)了不同程度的胰島素抵抗〔11,12〕；Previs等〔13〕研究顯示,胰島素抵抗大鼠骨骼肌和肝細(xì)胞IRS-1 酪氨酸磷酸化和IRS-1蛋白含量均有不同程度下降,表明IRS-1 參與胰島素抵抗的發(fā)生過(guò)程。本研究表明，高鋁暴露大鼠胰島素抵抗產(chǎn)生的原因可能是高鋁暴露導(dǎo)致IRS-1、GLUT-4蛋白水平下降，影響胰島素信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而致使葡萄糖不能向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移，最終引起機(jī)體血糖水平升高，糖代謝紊亂。綜上，高鋁暴露可導(dǎo)致機(jī)體胰島素抵抗發(fā)生，其機(jī)制可能是高鋁暴露致使機(jī)體IRS-1、GLUT-4蛋白表達(dá)下降，進(jìn)而促使機(jī)體胰島素抵抗形成，最終引起糖代謝紊亂。