胃旁路术后GK大鼠的铁代谢及血糖改变

张林君，刘长宝，陈登刚，姜明哲，谢杰斌，蔡景理

人体内铁的储存量与糖耐量减退、2 型糖尿病及妊娠期糖尿病的发生发展均呈正相关[1-2]。除体质量指数外，血清铁蛋白浓度是第二个最强决定因素[3]。胃旁路术能够增加2 型糖尿病患者胰岛素敏感，明显降低血糖水平，治愈或明显改善2 型糖尿病。本实验观察胃旁路术后2 型糖尿病GK 大鼠铁代谢的改变，并探讨其在2型糖尿病改善中的作用。

1 材料与方法

1.1 材料 12周龄雄性GK大鼠30只，由上海斯莱克动物中心提供。主要仪器：美国强生稳豪倍益血糖仪及试纸，Thermo公司DENLEY DRAGON Wellscan MK 3 型酶标仪。主要试剂：血清铁、总铁结合力测试盒，购于南京建成生物工程研究所。大鼠血清铁蛋白ELISA 试剂盒，购于上海西唐生物科技有限公司。

1.2 动物分组 动物饲养于温州医学院实验动物中心SPF 级屏障系统。适应环境1 周，用随机区组法将30只大鼠随机分成手术组（O组）、假手术饮食控制组（C 组）及假手术空白对照组（B 组）各10 只，均进食高脂饲料（购于上海史莱克公司）及饮用高压灭菌水。O 组进行胃旁路手术（Roux-en-Y 胃空肠吻合术），C 组进食量和O 组进食量相同，即C 组进食量由O 组前一日进食量所决定。B 组大鼠自由进食。

1.3 手术方法 O 组施行RYGB 术，即Roux-en-Y胃空肠吻合术。术前常规禁食24 h，10%水合氯醛(0.3 mL/kg)麻醉。以胃小弯侧中下1/3 和大弯侧上中1/3连线为界，离断胃部，远端闭合。在距十二指肠悬韧带约10 cm 处切断空肠, 远端空肠与近端胃行胃空肠吻合，近端空肠与距胃肠吻合口10 cm 处空肠行端侧吻合。术后用无损伤镊子尽量理顺并恢复肠管的正常解剖位置，庆大霉素(96万U) 2 mL冲洗腹腔。麻醉苏醒后自由进水，48 h后正常进食高脂固体饲料。C组和B组均行空肠切断原位吻合术。

1.4 观察指标 术后每日8点称重各组GK大鼠进食及体重。术前及术后每周一用强生稳豪倍益血糖仪测量禁食12 h 血糖。各组分别于术前及术后第4、8 周行口服糖耐量实验，采用50%葡萄糖溶液灌胃，（2 g葡萄糖/kg）。

1.5 标本收集 术后8周常规处死，行心脏采血，静置1 h，离心4000 r/min×15 min，取血清，置Eppendorf管及-20 ℃冰箱保存。

1.6 检测方法 血清铁、总铁结合力均采用比色法测定；血清铁蛋白采用双抗体夹心法检测。严格按说明书进行操作。

1.7 统计学方法 实验数据以均值±标准差(x±s)表示，采用SPSS11.0 软件进行分析。检验各组变量正态分布情况，多组间资料比较采用单因素方差分析（ANOVA），不同组别观测指标有无差异采用独LSD-t检验；同一组别手术前后指标比较采用配对t检验。

2 结果

2.1 存活率 O 组大鼠死亡2 只，均因术后吻合口漏引起腹膜炎致死。B组大鼠死亡1只，于术后10 d因粘连性肠梗阻死亡。C组大鼠均成活。

2.2 胃旁路术对大鼠进食量及体质量的影响 C组大鼠的进食量控制和O 组相同；B 组和O 组大鼠术前每周进食量无差异，术后差异具有统计学意义(P ＜0.05)。见表1。O 组于术后第1 周开始体质量下降(P＜0.05)，术后第6周大约升至术前水平，明显晚 于 其 他 两 组(P ＜0.05)。O 组 和C 组 除 第1 周 以外，其他各时间点体重均有统计学差异。O 组与B组各时间点体重均具有统计学差异。见表2。

2.3 胃旁路术对血糖的影响 GK大鼠胃旁路术后1、2、4、8周的空腹血糖与术前比较明显下降（均P ＜0.05)，各时间点血糖下降值比饮食限制组更明显（均P ＜0.05)；胃旁路术组及饮食控制组与正常对照组比较空腹血糖均显著下降(P ＜0.05)。见表3。

2.4 糖耐量实验 3 组GK 大鼠术前糖耐量曲线各时间点血糖值及曲线下面积无统计学差异，O 组术后第4 周由术前75.1±5.2 下降至53.0±3.7（P ＜0.05），与C 组61.9±3.9、B 组71.9±2.9 相比较有统计学差异（P ＜0.05）；术后第8 周，O 组与其他两组比较具有统计学意义。见图1、2。2.5 手术前后血清铁、血清铁蛋白、总铁结合力变化 胃旁路术组手术前后血清铁、血清铁蛋白显著下降（P ＜0.01），同时总铁结合力明显升高。假手术饮食控制组血清铁虽也有所下降，但无统计学意义。空白对照组铁代谢指标与术前相比均无显著差异。见表4。

表1 O组和B组大鼠手术后进食量比较（g，x±s）

表2 3组GK大鼠手术前后体重比较（g，x±s）

表3 各组GK大鼠胃旁路手术前后血糖变化情况（x±s）

图1 3组大鼠术后4周OGTT曲线

图2 3组大鼠术后8周OGTT曲线

3 讨论

胃旁路术原用于治疗病态肥胖症，Pories等[4]偶然发现，2型糖尿病患者在显著减重同时，血糖也快速恢复正常。Buchwald等[5]2009年的一项meta分析显示，78.1%的病人在体重减轻后糖尿病得到治愈，缓解率达到86.6%，并且可维持2年以上。

本实验结果表明，与术前相比，胃旁路术组的GK 大鼠术后空腹血糖由术前的(17.6±2.1) mmol/L在术后第一周下降至(7.5±0.9) mmol/L，并于此后一直保持在正常水平不回升。饮食控制组虽进食量与胃旁路术组相同，但体质量及空腹血糖始终高于手术组，差异具有统计学意义。说明胃旁路术本身对血糖的控制与饮食减少（与假手术空白组相比）、体重下降不完全吻合。我们的实验与李晗等[6]及Rubino 等[7-8]的动物研究结果相同。3 组大鼠术后4 周糖耐量曲线下面积结果为O 组＜C 组＜B 组，且具有统计学差异，表明胃旁路术可有效改善血糖耐受。胃旁路术后2 型糖尿病得到明显改善，但其具体机制尚未完全明确。Rubino 等[7-8]在动物实验基础上，提出“前肠假说”—胃旁路手术绕过了位于十二指肠、近端空肠分泌肠促胰岛素、抑胃肽等的细胞，降低此类导致高胰岛素血症的肠道激素分泌，减轻了胰岛素的抵抗。另一部分学者提出“后肠假说”，认为是因为胃旁路术后未完全消化的食物过早进入回肠，刺激远端回肠分泌胰高血糖素样肽-1、肽YY等，这些激素的分泌有助于降低血糖、改善β细胞功能。

表4 手术前后各组大鼠血清铁、铁蛋白、总铁结合力变化情况（x±s）

胃旁路术通过改道，旷置铁吸收的主要部位—十二指肠和空肠上段黏膜，使铁的吸收减少，铁代谢发生明显改变。铁是人体含量最多的微量元素，是多种酶类的重要组成成分，对维持机体的正常生长和代谢起到重要作用。血清铁蛋白作为人体含铁最丰富的蛋白，能够反映体内铁的储存总量，是判断缺乏及超载的有效指标。总铁结合力是血清中全部转铁蛋白结合的最大铁量，间接反应体内铁利用的情况。越来越多的研究表明，铁代谢影响着糖代谢。铁过多引起外周组织对葡萄糖利用降低，使血糖升高，并导致肝脏胰岛素水平及其代谢水平降低，引起外周高胰岛素血症，也就是胰岛素抵抗。Fernandez等[9]研究发现，放血治疗降低铁负荷，可以降低糖化血红蛋白及改善胰岛素的分泌和敏感性，放血治疗过程也比其他患者需要更少的胰岛素。美国哈佛大学对32 826名护士进行长达10年的前瞻性研究，结果显示，体内铁含量过高是2 型糖尿的独立危险因素[10]。Forouhi等[3]的研究也显示，2型糖尿病组的血清铁蛋白水平显著高于对照组。有研究表明，铁调素调节蛋白基因敲除，小鼠铁沉积严重，会使小鼠随着年龄的增长糖耐受性下降，并且患糖尿病的几率增加[11]。大量的临床资料、流行病学调查和基础实验研究都表明，人体铁代谢与糖尿病的发生及其并发症进展有关。

铁在损耗方面没有相关的生理调节机制，机体无法排除多余的铁，机体内铁的平衡主要是通过肠内铁的吸收来完成调控。胃旁路术由于旷置远端大部分的胃，限制了饮食，并且通过改道，旷置铁吸收的主要部位—十二指肠和空肠上段黏膜，使铁吸收减少。我们通过给GK大鼠实施胃旁路手术，术后8周血清铁平均下降了59.7%，血清铁蛋白由1.076±0.273 mg/mL 下降至0.768±0.178 mg/mL，总铁结合力平均上升了41.2%。与术前相比，饮食控制组虽空腹血糖也有所降低，但血清铁、血清铁蛋白、总铁结合力均未见明显改变。我们认为，铁代谢的改变是胃旁路术后2型糖尿病改善的机制之一。胃旁路术后铁代谢参与改善2 型糖尿病的机制主要是：(1)2 型糖尿病铁沉积于胰岛，使胰腺纤维化、胰岛萎缩、胰岛素分泌不足，难以维持机体的代谢[12]。胃旁路术术后，铁负荷减少，胰岛损伤得到修复，功能逐渐恢复，糖尿病出现好转。（2）2 型糖尿病多表现为铁离子增多，引起氧化应激，产生大量活性氧自由基，通过破坏细胞的线粒体和溶酶体[13]，最终导致细胞破裂，蛋白质失活、变性。（3）铁负荷引起脂质氧化，产生大量游离脂肪酸，减少肌肉组织对葡萄糖的利用，增加肝脏的葡萄糖异生，是公认的胰岛素抵抗因子。此外，铁还可以直接沉积于肝脏和肌肉，干扰其对胰岛素的摄取。胃旁路术通过减轻铁负荷，减少β细胞损伤，降低肝脏和肌肉的胰岛素抵抗，提高胰岛素敏感性，降低血糖，逆转糖尿病。

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