不同濃度胰島素原對大鼠肝臟細胞胰島素敏感性的影響及意義

邵 紅，杜 娟，王 銳，黃 毅

(1.吉林省人民醫院,吉林 長春130021;2.長春醫學高等專科學校)

高胰島素血癥和胰島素抵抗(IR)導致2型糖尿病(T2DM)發病的分子病理學機制成為國內外研究的難點和熱點。觀察發現，臨床應用放免法測定胰島素，其測定值包括真胰島素、胰島素原(PI)及胰島素中間代謝物。但是T2DM和糖耐量異常(IGT)的患者及動物模型中出現的高胰島素血癥，主要是PI增高引起，真胰島素水平并不增高，掩蓋了機體真胰島素分泌不足的變化。隨著醫學檢驗的發展，現在已經能分別測定真胰島素和PI，并推測高PI可能在DM及其并發癥中有重要作用。此外，高PI水平還與高血壓、冠心病、血脂異常等多種疾病密切相關，但病因尚不完全清楚，有作者認為胰島素降解過快可能是IR的重要原因[1]。本研究采用大鼠肝臟細胞培養技術，觀察不同濃度PI引起胰島素抵抗的作用，旨在探討PI導致T2DM的分子病理學機制。

1 材料與方法

1.1 試劑及儀器DMEM培養液(Thermo Fisher Scientific,USA)，小牛血清(Gibco，Australia)，PBS(國產)，肝細胞消化液及純化液(Invitrogen，USA)，胰島素原(上海)，人胰島素(Lilly，USA)，青霉素(國產)，鏈霉素(國產)，Ⅳ型膠原酶(Sigma，USA)，14C-2-脫氧葡萄糖(Sigma，USA)。液體閃爍儀(Beckman LS1801，USA)，Gamma-C12計數器(DPC，German)，800型離心機(上海)。

1.2 大鼠原代肝細胞培養參照文獻方法[2,3]。健康雄性SD大鼠2只，吉林大學實驗動物中心提供，體重180-200 g，分籠飼養，各12小時的明暗交替照明，標準飲水和飲食，適應性飼養1周。動物被處死前禁食水12小時。乙醚吸入麻醉，仰臥位固定，麻醉起效后，無菌條件下打開腹腔，取肝臟組織。本實驗程序遵守動物福利道德原則。用膠原酶法分離純化肝臟細胞，置于培養瓶中，沖洗，消化，轉移到EP管中離心，所獲得的肝細胞加入DMEM和小牛血清培養液中，青霉素10 U/ug，鏈霉素10 μg/uL，37℃ CO2孵箱孵育3小時。貼壁細胞用PBS沖洗，倒置顯微鏡下觀察，具有肝細胞形態，臺盼藍染色，細胞活性大于85%，用不含小牛血清的DMEM培養液，將細胞濃度調至2×106/ml 。

1.3 分組根據預實驗結果，分離后的肝細胞接種在2塊24孔培養板，濃度為每孔2×105個細胞,(1)胰島素組：含有5×107mol/L真胰島素培養液，(2)PI-L組：用含有濃度為1×108mol/L PI的培養液，(3)PI-M組：用含有濃度為3×108mol/L PI的培養液，(4)PI-H組：用含有濃度為7×108mol/L PI的培養液，以上4組細胞均在37℃，5% CO2孵箱孵育16小時。

1.4 大鼠肝細胞的胰島素敏感性測定4組肝細胞孵育后棄去培養液，分別用DMEM洗滌2次，加入含100 ng/mL胰島素的DMEM培養液1 ml，在37℃，5% CO2孵箱孵育30 min，加入14C-2-脫氧葡萄糖，1.51×104Bq，終濃度6 μmol/L，孵育后用液體閃爍儀測定14C-2-脫氧葡萄糖摻入率。

1.5 大鼠肝細胞的胰島素酶(IDE)活性測定4組細胞分別用0.05% 的膠原酶PBS緩沖液消化，然后加入10倍體積的低離子強度緩沖液，0℃作用30 min，用吸頭反復吹打細胞，使細胞碎裂，溶解物離心后，取上清，用放射酶分析法測定IDE活性。用Gamma計數儀進行計數，為消除細胞數目不同對測定值的影響，IDE活性用酶比活性表示，即單位質量蛋白質的酶活性，即mol/s/mg 蛋白表示。

2 結果

PI-M組和PI-H組大鼠肝細胞的14C-2-脫氧葡萄糖摻入率降低，低于胰島素組，P<0.05。見表1 和圖1。 PI-M組和PI-H組大鼠肝細胞的IDE活性增高，高于胰島素組，P<0.05。見表1 和圖2。

表1 四組大鼠原代肝細胞體外培養胰島素敏感性及IDE活性比較

*P<0.05，與胰島素組比較

圖1 四組大鼠原代肝細胞體外培養胰島素敏感性比較

3 討論

本研究采用體外細胞培養技術，分離培養大鼠原代肝細胞，這樣實驗條件單一而固定，相比在體實驗干擾因素少。該細胞模型具有較好的穩定性，可觀察在單純情況下IR的發生，是觀察細胞IR的理想模型。

PI是胰島素的前體物質，由胰島β細胞合成和分泌。生理情況下，只有極少量的PI釋放入血，在正常胰腺β細胞分泌的總胰島素中，PI所占比例不超過5%，應用刺激胰島素分泌的物質，這一比例也無明顯增高。因此,外周血中既有胰島素和C肽,又存在PI。而高PI導致胰島素原前體基因幾乎只在胰島β細胞表達,對維持胰島素的分泌至關重要，葡萄糖是該基因的主要生理性調節劑。慢性高血糖和高血脂可通過抑制PI前體基因表達[4],胰島β細胞釋放PI增多，血中PI水平相應升高，促進T2DM中β細胞的損傷。在T2DM 和IGT患者以及DM患者一級親屬中，PI明顯增高，可占總胰島素50%。有學者依據PI占總胰島素比例來統計IGT人群，發現該比例越高，2年后轉變為DM的人數越多[5]。因此，認為PI升高可做為預測T2DM發病的指標，并認為PI可能是部分T2DM病人的遺傳標志。但是PI增高的原因尚不清楚，為探討 PI比例增高的直接原因，本研究觀察不同濃度PI引起大鼠肝細胞模型IR，與胰島素引起的IR做對比研究，探討PI升高在T2DM發病機制中的作用及其與濃度的相關性。

圖2 四組大鼠原代肝細胞體外培養IDE活性比較

14C-2-脫氧葡萄糖摻入率是反應胰島素敏感性的指標，反應胰島素刺激的葡萄糖攝取能力，本研究結果顯示，中高劑量PI組14C-2-脫氧葡萄糖摻入率降低，PI可降低體外培養的大鼠原代肝細胞對胰島素的敏感性，從而引起胰島素抵抗，并且與濃度相關。

IDE是含巰基的金屬蛋白水解酶，是細胞內催化胰島素降解的最主要的酶，可特異性催化細胞內的胰島素或者胰島素-受體復合物的降解作用。該酶只特異性的代謝真胰島素，而對胰島素原無代謝作用，故其活性在細胞水平上影響胰島素降解速度。細胞水平的胰島素降解過快可能是胰島素抵抗的主要原因，而胰島素抵抗是糖耐量異常和T2DM的重要發病機制。還有研究也證實T2DM和非DM一級親屬中IDE活性增高，家系成員的紅細胞IDE活性增高與代謝相關，并與胰島素敏感性相關[6]。本研究觀察到IDE活性增強并引起PI 增高，與胰島素敏感性負相關，促進細胞IR。IDE基因表達增強引起PI升高，促進DM的發生。而IDE活性增高，說明PI促進胰島素快速降解，與相關報道一致[5,6]。