微量元素铜/锌比值对糖尿病大鼠血糖及肾脏的影响

张 涛，刘 义，齐志敏，王 红

(1辽宁医学院附属第一医院，辽宁锦州 121001;2辽宁医学院)

Zn、Cu做为人体必需的微量元素，与糖尿病(DM)有高度相关性。Yoshikawa等[1，2]研究认为，Zn不但可以维持胰岛素的活性，其本身还有胰岛素样作用，并认为补 Zn可以降低 DM大鼠的糖化血红蛋白水平，纠正其脂质代谢紊乱。2009年 4～7月，我们观察了补 Zn对 DM大鼠 Cu/Zn比值变化及对肾脏的影响。现报告如下。

1 材料与方法

1.1 实验动物、仪器及试剂 健康、雄性、清洁级大鼠 40只，2月龄，平均体质量 200 g，辽宁医学院实验动物中心提供。链脲佐菌素(STZ)由美国 Sigma公司生产;葡萄糖酸锌颗粒剂由石家庄神威药业股份有限公司生产，每 70 mg含 Zn 10 mg。 Cu、Zn试剂盒购自北京首都医科大学临床医学科技中心。光学显微镜及照相机(日本 Olympus)、血糖仪(美国Iifes-can)、7170A型全自动生化分析仪(日本)。

1.2 方法

1.2.1 动物分组及糖尿病大鼠模型的制备 随机将大鼠分为正常对照组、模型对照组、实验Ⅰ组、实验Ⅱ组，每组 10只。以 STZ溶于 0.5 mmol/L的枸橼酸—枸橼酸钠缓冲液(pH 4.5)中，配制成 1%STZ溶液，滤过除菌。模型对照组、实验Ⅰ、Ⅱ组大鼠禁食 12 h后按 60 mg/kg尾静脉注射 STZ，48 h后采尾血测血糖(BG)。连续 3 d BG＞16.65 mmol/L为成模大鼠。各组大鼠均以标准饲料、标准条件铁笼中单笼喂养，两个对照组饮用自来水，实验组大鼠成模后按各自剂量每天饮用加葡萄糖酸锌(大鼠补 Zn量为每日每千克体质量等于成人每日每千克体质量补 Zn量 ×6.25)的自来水。实验Ⅰ组剂量为每日Zn2+6 mg/kg，实验Ⅱ组剂量为每日 Zn2+3 mg/kg。实验周期 3个月。

1.2.2 各组大鼠 BG、Scr、BUN、MA、Cu、Zn及 Cu/Zn比值测定 实验结束前采尾血测各组大鼠 BG水平。然后以 20%乌拉坦腹腔内麻醉，打开腹腔直接从膀胱取尿送检，以肌酐比值法测定尿微量白蛋白(MA)。取尿后每只大鼠从颈总动脉取血 2 ml，2 500 r/min离心，取血清，-20℃保存备检，以日本7170A型全自动生化分析仪分别检测 Cu、Zn含量(比色法)及 Scr、BUN(酶法 )。

1.3 统计学方法 采用 SPSS10.0统计软件，结果以±s表示，结果比较采用单因素方差分析。P≤0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组大鼠 BG、Scr、BUN及 MA结果比较 见表1。

2.2 各组大鼠 Cu、Zn含量及 Cu/Zn比值的比较见表2。

3 讨论

研究表明，微量元素在胰岛素的生成以及 DM患者的能量底物代谢中具有极为重要的作用，尤其是 Zn在胰岛素中的作用更不容忽视[3]。Zn与胰岛素的合成、分泌、贮存、降解、生物活性及抗原性有关，缺 Zn可诱导产生胰岛素抵抗，甚至 DM[4]。胰岛素是体内降低 BG的唯一激素，其分子构造中有 2个金属原子 Zn，缺 Zn的胰岛素易变性失效[5]。Zn通过一些酶影响胰岛素的合成、贮存，从而维持胰岛素在血清中的浓度，进而促进糖的代谢。Zn还有稳定胰岛素结构作用，能协助葡萄糖在细胞膜的转运，影响胰岛素的溶解度及其释放过程。缺 Zn可使胰岛素降解加剧，引起血中胰岛素水平下降及对葡萄糖利用率降低，葡萄糖耐量下降[6];β细胞、α细胞数目减少，羧肽酶 β丧失 50%的活力，从而使胰岛素原转化为胰岛素的量减少，导致 BG升高[7];而DM患者普遍缺 Zn[8]，血清 Zn水平与 BG呈显著负相关。Zn还能纠正 DM脂代谢紊乱[9]，对于体内糖代谢具有显著促进、支持作用，适量 Zn的补充可促进胰岛素原转化为胰岛素，提高胰岛素的稳定性。

表1 葡萄糖酸锌对大鼠血清 BG、Scr、BUN和 MA的影响(±s)

表1 葡萄糖酸锌对大鼠血清 BG、Scr、BUN和 MA的影响(±s)

注:与模型对照组比较，*P＜0.05;与正常对照组比较，△P＜0.01

正常对照组 10 5.37±0.43 27.50±3.95 4.89±0.75 20.69±5.40模型对照组 10 23.60±3.05△ 53.97±11.53△ 14.12±3.96△151.81±15.67△实验Ⅰ组 10 16.94±0.88*40.57±1.59* 9.11±1.44*84.22± 9.10*实验Ⅱ组 10 23.06±2.68 56.51±14.98 13.29±3.44 148.42±28.93

表2 葡萄糖酸锌对大鼠血清 Zn、Cu含量及Cu/Zn比值的影响(±s)

表2 葡萄糖酸锌对大鼠血清 Zn、Cu含量及Cu/Zn比值的影响(±s)

注:与模型对照组比较，*P＜0.01;与正常对照组比较，△P＜0.01

组别 n Zn(μg/dl) Cu(μg/dl) Cu/Zn正常对照组 10 91.67±5.96 95.25±6.40 0.95±0.10模型对照组 10 62.91±7.26△ 92.94±4.48 1.64±0.22△实验Ⅰ组 10 93.06±3.09*91.01±5.85 0.88±0.11*实验Ⅱ组 10 61.30±6.39 95.34±7.25 1.66±0.20

糖尿病肾病(DN)是 DM主要的微血管并发症之一。影响 DN最主要的因素是 DM的代谢控制情况，其中 BG、血压和血脂控制至关重要[10]。有研究发现，BG控制水平与毛细血管基底膜厚度以及肾脏体积相关;而糖尿病鼠在 BG水平得到满意控制后，基底膜及系膜区病理改变可以逆转[10]，故 DN的诊断非常关键。MA是早期诊断 DN的一个有效且灵敏的指标，早期检测 MA并尽早使用有关药物治疗，可以预防或延缓 DN进展至终末期肾病。有研究表明，随着 DM并发症的出现，血清 Zn下降，血清 Cu升高，Cu/Zn比值增高。由于 Cu离子是细胞中 Cu-Zn SOD催化中心所必不可少的离子，Zn离子对稳定酶的分子结构起重要作用，因此，当 DM患者肠道Zn吸收障碍和尿 Zn排泄增多，分解代谢增强所需铜蓝蛋白增多，致肠道吸收 Cu增加，Cu在体内蓄积，致使 Gu/Zn比值增大。

实验表明，机体 Zn的摄入在疾病状态下会出现代谢失衡，动物在缺 Zn时补 Zn，血清 Zn会明显升高。本研究结果表明，DM模型组与实验Ⅱ组的 Zn值明显下降，Cu/Zn比值明显升高，且随着 DM病程的进展，大鼠 BG、Scr、BUN、MA水平呈明显上升趋势。当适量补 Zn后，实验Ⅰ组血清 Zn升高，Cu/Zn比值下降，大鼠 BG、Scr、BUN、MA水平与模型对照组比较差异具有显著统计学意义，实验Ⅱ组的上述各值与模型对照组比较无显著差异，而模型对照组与正常对照组比较差异非常显著。这不仅证明了微量元素 Cu/Zn比值与 DM的关系，而且也表明了合适剂量的 Zn剂使 BG下降，可使血管通透性减弱，基底膜变薄，防止血管腔闭塞和血栓形成，从而具有防治 DN等微血管并发症的作用。

DM患者血清 Zn显著低于正常人，与 BG呈显著负相关;血清 Cu升高，与 BG呈显著正相关，因此认为，有必要给 DM患者适当补 Zn，通过补 Zn可抑制 Cu的吸收，也能提高机体对胰岛素的敏感性，延缓或减轻 DN等并发症的发生。DM患者推荐补充Zn元素剂量 60 mg/d[12]，但 Brewer证实至少补充75 mg/d的 Zn才能使患者 Cu代谢达到负平衡[13]，适量补 Zn时血清 Cu含量无明显变化[14]。本实验内环境 Zn量已明显升高，而血清 Cu并无明显变化，可能与补 Zn剂量有一定关系。测量 Cu/Zn比值比单独测 Zn或 Cu更有实用价值，更能准确反映体内 Zn的营养状况，也是评价 DM患者体内缺 Zn的灵敏指标[15]。

总之，DM患者出现微血管病变后血清 Zn明显下降，如在 DM治疗中补充 Zn剂，对纠正缺 Zn状态、提高胰岛素的敏感性和免疫功能有一定的作用。但 Zn对胰岛素分泌的影响呈双向性，适量补 Zn才能有效防治 DM及并发症。

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