高脂高钠高糖饮食对大鼠代谢影响的研究

张执华，杨俊朋，张会峰△

(1.河南省实验中学； 2.河南省人民医院 内分泌科，郑州450003)



高脂高钠高糖饮食对大鼠代谢影响的研究

张执华1，杨俊朋2，张会峰2△

(1.河南省实验中学； 2.河南省人民医院 内分泌科，郑州450003)

目的构建饮食诱导的代谢综合征动物模型，为探讨该疾病的发病机制与预防方法，提供必要条件。方法健康的6周龄雄性SD大鼠40只，随机分为正常对照组(NC组，n=20)及模型组(n=20)，分别给予标准饮食及高糖、高脂以及高盐饮食喂养。喂养12周后，对各组大鼠血糖、血压、血脂、胰岛素抵抗指数等进行评价。结果饮食喂养12周后，与NC组比较，模型组大鼠的SBP、BW、FBG、FINS、IRI和血清TC明显升高(P<0.01)，HDL-C降低(P<0.01)。结论经过12周高糖、高盐及高脂饮食喂养SD大鼠，成功建立了与人代谢综合征相似的大鼠模型。

MS大鼠模型；饮食诱导；胰岛素抵抗指数

代谢综合征(metaboic syndrome，MS)是心血管的多种代谢危险因素( 糖代谢异常、高血压、血脂紊乱、中心型肥胖等)聚集一体的临床症候群。近年来MS发病率越来越高，已经对人类健康造成严重威胁。迫切需要研究MS的发病机制及防治措施。这些研究需要可行的动物模型，它们能够充分的模拟人类MS主要症状的进展，特别是肥胖、糖尿病、脂代谢异常、高血压和可能的脂肪肝及肾功能障碍。大鼠已经用于建立许多人类疾病的模型，尤其是高血压、糖尿病和肥胖。但病理特性较理想、花费相对小、易饲养的动物模型尚未见报道。本研究总结以前关于糖尿病、肥胖和高血压动物模型的特点，参照现代人类的饮食结构，经过长时间高糖、高脂及高盐饮食喂养，建立较满意的符合人类MS特征的MS大鼠模型。为代谢综合征预防和治疗的研究提供必要条件。

1　材料和方法

1.1实验动物清洁级6周龄雄性SD大鼠40只，体质量125～150 g，由河南省实验动物中心提供。实验符合伦理学要求。适应性喂养大鼠3 d后，将大鼠随机分为两组：正常对照组(NC组，n=20)及模型组(n=20)。所有实验大鼠均在河南省人民医院实验动物中心大鼠饲养室进行饲养，每5只一笼分笼饲养。饲养温湿度条件：恒定温度(20±2)℃、恒定湿度(50%～60%)。饮用水及标准饲料供动物自由取用。

1.2代谢综合征大鼠模型的制备给予标准大鼠饲料喂养正常对照组，标准大鼠饲料购自河南省实验动物中心。给予河南省实验动物中心配制的高糖、高脂及高盐饮食喂养大鼠，建立饮食性代谢综合征大鼠模型。正常对照组饲料配方及其所占标准饲料成分比例如下：蛋白质，16%；碳水化合物，50%；脂肪，8%；微量元素及其他26%。代谢综合征大鼠模型高糖、高脂及高盐饮食饲料具体配方如下：大鼠标准饲料，74%；脱脂奶粉，8%；猪油，2%；食用盐，6%；蔗糖，10%(购自南通特洛菲饲料科技有限公司)。

1.3模型评价

1.3.1一般观察记录各组大鼠的精神状态、饮水量、尿量及毛发光亮度等情况。

1.3.2体重及尾动脉血压每两周测量大鼠一次，记录。尾动脉血压测定方法：将大鼠置于血压测定仪(RBT-1型大鼠血压测定仪，北京中日友好医院产品)的加热盒中预热半小时，以便尾动脉充分扩张；然后用固定器固定大鼠。每次测量大鼠动脉血压3次，取均值。为尽量避免血压昼夜节律对所测血压数值的影响，血压测量时间均为上午9时至10时。

1.3.3血生化指标检测大鼠禁食12 h，于第二天经颈静脉窦抽取静脉血3 mL,2 mL分离血清，-80 ℃冰箱保存备用。取保存的各时间点血清标本，送至河南省人民医院检验科测定血糖等生化指标(奥林巴斯AU5400 全自动生化分析仪，奥林巴斯产业株式会社)。

1.3.4空腹血清胰岛素检测(放射免疫分析法)将保存的待测血清自-80 ℃冰箱取出，平衡至室温，采用竞争放射免疫分析法，送至河南省人民医院同位素室依试剂盒说明书进行测定。

胰岛素抵抗指数(IRI): 用稳态模式评估法(HOMA)中的HOMA-IR公式计算，即 HOMA-IR=(FBG×FINS)/22.5[1]。

1.4诊断标准参照当今成人NCEP-ATPⅢ诊断标准[2]，要求大鼠在5项条件中，与正常对照组比较，≥3项(体重、血压、高TG、低HDL-C和空腹血糖)差异有统计学意义，并在本实验中同时要求MS大鼠的各项指标高于正常对照组的均值。剔除未达成模型标准者。

2　结果

2.1实验动物基本情况建立大鼠代谢综合征模型历时12周，期间模型组1只大鼠死亡，死于肠胀气。模型组大鼠高糖、高脂及高盐饮食12周后，2只大鼠因不符合要求被剔除出实验：1只大鼠体重低于NC组平均值，1只大鼠血糖低于NC组平均值。共37只大鼠完成实验，其中NC组20只，模型组17只。造模成功率为85%，说明长期的高糖、高脂结合高盐饮食可较好的复制代谢综合征。

2.2饮食喂养12周NC组与模型组大鼠代谢指标比较高热量饮食喂养12周，与NC组比较，模型组大鼠的SBP、BW和血清TC明显增加，差异有统计学意义;模型组大鼠HDL-C降低，差异有统计学意义；而对TG及LDL-C, 两组间差异无统计学意义。与NC组比较，模型组大鼠FBG及FINS明显升高，差异有统计学意义。反映胰岛素抵抗的指标IRI在模型组升高，差异有统计学意义。见表1。

表1　两组大鼠高热量饮食喂养12周各代谢指标比较 ±s)

注：与NC组比较，1)P<0.01。

3　讨论

MS是心血管的多种代谢危险因素( 糖代谢异常、高血压、血脂紊乱、中心型肥胖等)聚集一体的临床症候群[3-4]。随着MS患病率持续上升， MS对人类健康的危害越来越明显[5-6]。因此，研究MS的进展和治疗策略尤为重要。建立MS需要可行的动物模型，它们能够充分模拟人类MS所有主要症状的进展，特别是肥胖、糖尿病、脂代谢异常、高血压和可能的脂肪肝及肾功能障碍。MS的病因复杂，包括先天性(基因遗传，胚胎发育)、后天性(不健康饮食、不良生活习惯；肥胖、年龄、性别；外界感染)，各种病因分别被用于不同的动物研究。目前主要以自发性糖尿病倾向的小型动物有家兔、大鼠和小鼠等复制MS模型。用于MS的大型动物模型包括Ossabaw猪、哥廷根小型猪、高脂饲养的犬、猕猴和狒狒，它们为动物实验研究结果的转化提供了更好的机会，但其价格昂贵，而且可变性小。一般来讲，鼠是建立最贴近于理想化的MS动物模型的动物。鼠已经用于人类许多疾病的模型，尤其是高血压、糖尿病和肥胖[7-9 ]。

目前认为，IR是MS的中心环节[10-12]。较早的IR模型有两种:以Zucker 糖尿病肥胖大鼠(fa/fa)为代表的基因缺陷型与高脂和高果糖介导的营养型。前者可以呈现MS临床表型，但价格昂贵，无法进行大量研究。同时其单一基因紊乱不能模拟在人类观察到的变化，这些模型更不能展示MS特征的全部表现。过去的50年里，肥胖发生率的增加和饮食中果糖增加的比率是一致的[13]。以含66%高果糖饮食喂养SD大鼠2周，显示甘油三酯和血压均明显升高，而空腹胰岛素水平、体重和空腹血糖值没有明显改变[14]。蔗糖是果糖饮食上的来源之一，因此用蔗糖来喂养已经用于模拟人MS的动物模型。与果糖一样，蔗糖诱导大鼠体内脂肪生成，血中胰岛素、瘦素、甘油三酯、葡萄糖和游离脂肪酸浓度升高，糖耐量受损[15]。高脂肪诱导胰岛素抵抗模型已建立数十年。高脂肪饮食的并发症类似于人类的MS，而且这些并发症可以扩展到心肌肥厚、心肌纤维化、心肌坏死和肝脂肪变性[15-16]。喂养果糖建立大鼠MS模型需要的时间相对较短，但费用较昂贵，不便于进行较长时间及大样本研究。高热量膳食型动物模型一般具有明显血脂异常，但往往高血压形成不理想。以往研究显示T2DM模型主要是由链脲佐菌素(STZ)结合高脂饮食介导，空腹血糖明显增高，空腹胰岛素水平减低，总胆固醇(TC)和甘油三酯(TG)明显增高，但MS主要的其他特征如高血压和肥胖不明显[17-18]。以上模型与流行病学调查MS发生的相关病理机制及因素不完全一致，并且研究的侧重点不一致，很难具有人类MS相符的临床特征。

目前建立一个满意的MS动物模型尚少。长期摄取高盐饮食是诱发高血压的重要因素之一[19]。而结合高糖、高脂及高盐饮食喂养动物可能会较满意的复制MS动物模型，MS动物模型的靶器官损害可能更接近人类临床特征。因而，基于高盐饮食可以介导高血压发生，高糖和高脂饮食可以介导肥胖和IR发生，本研究进行长期高糖、高脂结合高盐饮食复制成功MS大鼠模型，对MS大鼠的生理和病理进行相关研究。

本研究给予长时间高糖、高脂及高盐饮食，建立MS大鼠模型。因为高糖、高脂、高盐喂养的大鼠可以显示出所有的人类MS的并发症，且这种饮食和人类的饮食(碳水化合物为主、脂肪次之，蛋白质约占总热量的15%)也相似[13]，所以这种模型可能是研究人类MS的最好模型。造模过程中，每隔1周对大鼠的体重和血压测量一次，以进行观察对比。实验开始，提供高糖、高脂及高盐饮食，喂养12周及实验结束时测量FG、FINS、HDL-C、LDL-C、TG及TC，并计算HOMA-IR。结果表明：喂养12周后发现FG、FINS及TC明显高于NC组，HOMA-IR明显升高，提示该大鼠模型具备与人类MS特征较相似，且IR明显，说明长期高糖、高脂结合高盐饮食可建立较满意MS模型。

[1]Haffner SM, Miettinen H, Stern M P. Thehomeostasis model in the Sanantonio heart study[J]. Diabetes Care, 1997, 20: 1087-1092.

[2]Alberti KG, Zimmet P,Shaw J. The metabolic syndrome-a new worldwide definition [J].Lancet,2005,366(9491):1059-1062.

[3]K. Simmons, K. G. M. M. Alberti, E. A. M. Gale .The metabolic syndrome: useful concept or clinical tool Report of a WHO expert consultation[J]. Diabetologia,2010,53( 4): 600-605.

[4]Bauduceau, E. Vachey, H. Mayaudon et al.Should we have more definitions of metabolic syndrome or simply take waist measurement[J]. Diabetes andMetabolism,2007,33.(5): 333-339.

[5]Vanni, E. Bugianesi, A. Kotronen, S. de Minicis.From the metabolic syndrome to NAFLD or vice versa?[J] Digestive and Liver Disease, 2010,42(5):320-330.

[6]Palanisamy, P. Viswanathan, M. K. Ravichandran.Renoprotective and blood pressure- lowering effect of dietary soy protein via protein kinase C βII inhibition in a rat model of metabolic syndrome[J]. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, 2010,88(1):28-37.

[7]A. Doggrell， L. Brown.Rat models of hypertension, cardiac hypertrophy and failure[J]. Cardiovascular Research,1998,39(1):89-105.

[8]Ishimoto T, Lanaspa MA, Rivard CJ, Roncal-Jimenez CA, et al. High-fat and high-sucrose (western) diet induces steatohepatitis that is dependent on fructokinase[J]. Hepatology,2013, 58:1632-1643.

[9]Speakman, C. Hambly, S. Mitchell,et al. Animal models of obesity[J]. Obesity Reviews, 2007,8(1):55-61.

[10]MoilerD. New dragtargets for type 2 diabetes and the metabolicsyndrome[J]．Nature, 2001,414：821-827.

[11]H. M. Lakka, D. E. Laaksonen, T. A. Lakka， et al. The metabolic syndrome and total and cardiovascular disease mortality in middle-aged men[J]. Journal of the American Medical Association,2002,288(21):2709-2716.

[12]eFronzo RA．Insulin resistance：a multifaceted syndrome responsible For NIDDM,obesity, hypertension,dyslipidaemia and atherosclerosis[J]．NethJMed,1997,50：191-197.

[13]T. Tran, V. G. Yuen, and J. H. McNeill. The fructosefed rat: a review on the mechanisms of fructose-induced insulin resistance and hypertension[J]. Molecular and Cellular Biochemistry, 2009,332(1-2):145-159.

[14]S. Coelho, K. L. Lopes, R. D. A. Freitas. High sucrose intake in rats is associated with increased ACE2 and angiotensin-(1-7) levels in the adipose tissue[J]. Regulatory Peptides, 2010,162(1-3):61-67.

[15]S. C. Woods, R. J. Seeley, P. A. Rushing, et al. A controlled high-fat diet induces an obese syndrome in rats[J]. Journal of Nutrition,2003,133(4):1081-1087.

[16]B. Aguila and C. A. Mandarim-de-Lacerda. Heart and blood pressure adaptations in SD rats fed with different high-fat diets for 18 months[J]. Nutrition,2003,19(4):347-352.

[17]A. K. Sharma and B. P. Srinivasan. Triple verses glimepiride plus metformin therapy on cardiovascular risk biomarkers and diabetic cardiomyopathy in insulin resistance type 2 diabetes mellitus rats, European Journal of Pharmaceutical[J]. Sciences, 2009,38(5):433-444.

[18]L. M′enard, E. Croteau, O. Sarrhini，et al. Abnormal in vivo myocardial energy substrate uptake in diet-induced type 2 diabetic cardiomyopathy in rats[J]. American Journal of Physiology, 2015,298(5): E1049-E1057.

[19]Srinivasan K, Viswanad B, Asrat L．Combination of high-fat diet-fed and low-dose streptozotocin-treated rat: a model for type 2 diabetes and pharmacological screening[J]. Ramarao P.Pharmacol Res, 2005 Oct，52(4):313-20.

[责任编校：李振江]

Establishment of Diet Induced Rat Models of Metabolic Syndrome

ZHANG Zhi-hua1,YANG Jun-peng2,ZHANG Hui-feng2

(1.HenanExperimentalHighSchool,Zhengzhou; 2.DepartmentofEndocrinology,People’sHospitalofHenanProvince,Zhengzhou450003,China)

ObjectiveTo establish a diet induced rat model of Metabolic Syndrome, and to explore the pathogenesis, the prevention and control measures of the disease.MethodsForty healthy 6-week old male SD rats were randomly divided into two groups: normal control group (group NC,n=20) and model group (n=20).Model group rats were fed with high-fat, high-glucose and high-salt diet, establishing a rat model of MS. Another group rats were fed with standard diet．Glucose, blood pressure, blood lipid, insulin resistance index were tested at diffident time points.ResultsAt the beginning of the experiment, the differences of body weight (BW), fasting plasma glucose (FBG), insulin (FINS), insulin resistance index (IRI), tail systolic pressure (SBP), triglyceride (TG), cholesterol (TC), high density lipoprotein cholesterol and low density lipoprotein cholesterol (HDL-C and LDL-C) between two groups of rats had no statistical significance (P>0.05). After 12 weeks，compared with NC group，SBP，BW，TC，FINS，FBG IRI and TC in MS group significantly increased(P<0.01)，with HDL-C significantly decreased (P<0.01).ConclusionAfter 12 weeks of feeding with high-glucose, high-salt and high-fat diet , the SD rat successfully established a rat model of MS similar to human.

Rodent Models of Metabolic Syndrome; diet-induced metabolic; Syndrome Insulin resistance index

2016-03-10

张执华(2000-)，男，郑州市人，河南省实验中学在校生。

△张会峰，E-mail:zhf666777@163.com。

R 589.02

A

1008-9276(2016)05-0362-04