下丘脑POMC神经元在胃肠手术治疗2型糖尿病中的作用

季新荣+顾卫红+陈小建+江强+单海峰

[摘要] 目的 探讨下丘脑POMC神经元在胃肠手术治疗2型糖尿病中的作用。 方法 采用GK大鼠作为动物模型，随机分为4组：空白对照组、假手术组、袖状胃切除术组、胃旁路术组，然后比较术前及术后各组大鼠体重、进食量、血糖、血浆GLP-1含量、脑脊液GLP-1含量、下丘脑 POMCmRNA转录水平、下丘脑POMC多肽的表达量。 结果 行袖状胃切除术、胃旁路术后大鼠血浆及脑脊液GLP-1含量明显增高，下丘脑POMCmRNA转录及POMC多肽表达量相应程度增加，摄食量及体重也相应程度降低。结论 POMC神经元在胃肠手术改善2型糖尿病的过程中发挥作用，是胃肠手术治疗2型糖尿病的机制之一。

[关键词] 2型糖尿病；POMC神经元；袖状胃切除术；胃旁路术

[中图分类号] R59 [文献标识码] A [文章编号] 1672-4062（2017）06（a）-0058-03

糖尿病是严重威胁人类生命健康的代谢性疾病之一，目前全球患病人数在2.8亿左右，并且发病率仍在上升。目前治疗2型糖尿病的方法主要包括控制饮食、加强运动、口服药物、注射胰岛素等措施，但是由于患者依从性的不同，糖尿病仍有较高的致残率和致死率。曾有学者尝试应用胃肠手术治疗2型糖尿病，不同的手术方式取得了不同程度的成功[1]。目前在糖尿病发病机制及手术治疗糖尿病机制上仍不完全清楚。下丘脑是调节机体能量代谢的重要部位，有着许多重要的神经核团，参与神经生理活动。存在于下丘脑中的POMC（Pro—opiomelanocortin，阿片-促黑素细胞皮质素原）神经元能产生很强的厌食感，是食欲相关肽神经元，调控着机体摄食和能量平衡[2]。该神经元分泌的POMC多肽能抑制机体摄食和增加能量消耗。POMC缺陷大鼠常常患有肥胖和糖尿病。POMC神经元可以被升高的GLP-1（Glucagon- like peptide 1， 胰高血糖素样肽-1）激活，也能被降低的血糖所抑制。GLP-1是由远端回肠内分泌细胞分泌的。人体静脉注射GLP-1能增强葡萄糖依赖性胰岛素分泌，改善糖代谢，增强患者的饱食感，减少摄食行为[3]。GLP-1可以穿透血脑屏障激活POMC神经元[4]。曾有报道，袖状胃切除术（Sleeve gastrectomy，SG） 、胃旁路手术（Roux-en-Y gastric bypass，RYGB）后GLP-1的水平均升高，血糖水平降低[5]， 但关于袖状胃切除术、胃旁路术后POMC神经元是被激活还是抑制，袖状胃切除术、胃旁路手术对2型糖尿病的改善作用是否通过POMC神經元实现的，到目前为止还无定论。该研究采用非肥胖2型糖尿病GK（Goto-Kakisaki Rats）大鼠作为动物模型，随机分为4组：空白对照组、假手术组、袖状胃切除术组、胃旁路术组，然后比较术前及术后各个实验组大鼠体重、进食情况、血糖、血浆GLP-1等指标的变化。将该实验的GK大鼠在术后第10周处死，采集脑脊液和下丘脑组织标本，测量脑脊液中GLP-1含量；应用PCR检测下丘脑POMC的mRNA转录量；应用Western- blot测量POMC多肽的表达量，探讨POMC神经元在手术治疗2型糖尿病中的作用，为揭示2型糖尿病发病机制及胃肠手术缓解2型糖尿病的机制提供线索。

1 实验方法

选取SPF（specific pathogen free，无特定病原体）级GK大鼠。随机分为4组：空白对照组6只，假手术组6只，袖状胃切除术组8只，胃旁路术组8只。

①空白对照组 ：正常饲养，直至实验结束。

②假手术组操作：取上腹部正中切口，长约4 cm，进腹后探查消化道全长，逐层关腹。

③袖状胃切除术组操作：取上腹正中切口长约4 cm，分离网膜、切断脾胃韧带和肝胃韧带，游离胃体，视需要切断、结扎部分胃网膜右血管分支，在大弯侧切除大约70%的胃腔，间断缝合胃残端，逐层关腹。

④胃旁路术组操作：取上腹正中切口长约4 cm，游离胃大、小弯侧。斜行断胃，横断十二指肠，间断缝合十二指肠残端及残胃小弯侧。距屈氏韧带下方5 cm处横断空肠，将残胃大弯侧、空肠远断端行端端吻合。距胃肠吻合口15 cm处，行空肠、空肠端侧吻合，逐层关腹。

⑤检测大鼠下丘脑组织POMC的mRNA转录量：提取GK大鼠下丘脑POMC神经元的mRNA，反转录并扩增，同时进行琼脂糖凝胶电泳，比较各组大鼠POMC神经元的mRNA的转录量。

⑥检测下丘脑组织POMC的表达量：通过Western- blot法比较各组大鼠下丘脑POMC肽的表达量。

⑦体液指标含量：用眼眶后采血法采集血液，用直视下微量进样器穿刺硬脊膜法抽取脑脊液。用ELISA方法检测血液及脑脊液中GLP-1含量，葡萄糖氧化酶-过氧化物酶法测定血浆葡萄糖。

⑧统计方法：所有数据采用SPSS 24.0统计学软件进行处理。计量资料以均数±标准差（x±s）表示；各组手术前后数据比较采用配对t 检验，组间数据比较采用独立样本t 检验或方差分析，采用F 检验比较两组数据间的方差齐性，P<0.05为差异有统计学意义。

2 实验结果

术后第10周，空白对照组6只、假手术组6只、袖状胃切除术组7只及胃旁路术组6只大鼠存活。

2.1 体重

术前测体重一次，术后每周固定时间测体重，观察至第10周，由图可见，空白对照组及假手术组大鼠术前、术后体重无明显改变，而袖状胃切除术组及胃旁路术组大鼠术后体重明显下降（P<0.05），下降幅度胃旁路术组大于袖状胃切除术组（P<0.05），见图1。

2.2 进食量

术前测进食量，术后每周固定时间测进食量，观察至术后第10周，由图可见，空白对照组及假手术组大鼠术前、术后进食量无明显改变，而袖状胃切除术组及胃旁路术组大鼠术后进食量明显下降（P<0.05），下降幅度胃旁路术组大于袖状胃切除术组（P<0.05），见图2。endprint

2.3 血糖水平

术前、术后空白对照组及假手术组大鼠血糖变化不明显。术后第10周，袖带胃切除术组（16.38±2.32）mmol/L、胃旁路术组（11.2±2.16）mmol/L，大鼠血糖明显下降（P<0.05），下降幅度胃旁路术组大于袖带胃切除术组（P<0.05），见图3。

2.4 血浆GLP-1含量

术前、术后空白对照组及假手术组大鼠血浆GLP-1含量变化不明显。术后第10周，袖带胃切除术组（35.61±3.65）pmol/L、胃旁路术组（61.23±5.16）pmol/L，大鼠血浆GLP-1明显升高（P<0.05），胃旁路术组升高幅度大于袖带胃切除术组 （P<0.05），见表4。

2.5 脑脊液GLP-1含量

术后第10周空白对照组（13.2±2.87）pmol/L、假手术组（13.75±3.2）pmol/L，大鼠脑脊液GLP-1含量差异无统计学意义，袖带胃切除术组（18.4±2.26）pmol/L、胃旁路术组（25.23±2.67）pmol/L，大鼠脑脊液GLP-1含量明显升高（P<0.05），胃旁路术组升高幅度大于袖带胃切除术组（P<0.05），见图5。

2.6 下丘脑POMCmRNA的转录水平

RT-PCR及琼脂糖凝胶电泳结果显示：术后第10周袖带胃切除术组、胃旁路术组大鼠下丘脑组织POMC mRNA的转录水平比假手术组和空白对照组都高（P<0.05），胃旁路术组比袖带胃切除术组要高（P<0.05），而空白对照组与假手术组比较差异无统计学意义，见图6。

2.7 下丘脑POMC多肽的表达量

对大鼠下丘脑提取的蛋白质进行检测，发现术后第10周袖带胃切除术、胃旁路术组大鼠下丘脑POMC多肽表达量比假手术组和空白对照组大鼠都高（P<0.05），胃旁路术组比袖带胃切除术组要高（P<0.05），而空白对照组与假手术组比较差异无统计学意义，见图7。

3 讨论

2型糖尿病的发病及治疗过程中能量代谢平衡起着关键的作用。能量摄入过多，消耗减少，会导致多种代谢成分异常聚集，表现为肥胖、胰岛素抵抗、葡萄糖耐量异常等。1988年Reaven发现肥胖、高血糖、高血压、高甘油三酯血症和高胰岛素血症等常常伴发在一起，提出了代谢综合征的概念。控制饮食对2型糖尿病患者血糖有明显的改善作用，是目前治疗2型糖尿病的有效方法之一。POMC肽由下丘脑POMC神经元分泌，与调节食欲、能量代谢密切相关，具有抑制食欲，改善能量代謝的作用。有文献报道[6]POMC缺陷的大鼠能量摄入增加，消耗减少，常常伴有2型糖尿病。该实验结果显示接受胃肠手术的2型糖尿病大鼠血糖得到明显的改善，胃旁路术组改善程度要大于胃袖带术组。大鼠胃肠术后血浆GLP-1含量、脑脊液GLP-1含量明显增高，下丘脑POMCmRNA转录及POMC多肽表达相应程度增加，摄食量及体重也相应程度降低，符合POMC神经元激活后的生理表现。鉴于POMC神经元已知的生理功能，推测其在胃肠手术改善2型糖尿病的过程中发挥作用；且POMC神经元的激活及POMC多肽的合成增加与脑脊液中GLP-1水平的增高有关，是胃肠手术治疗2型糖尿病的机制之一；异常的胃肠激素作用于下丘脑的代谢中枢是2型糖尿病的发病机制之一。

[参考文献]

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[4] Larsen PJ，Tang-Christensen M，Jessop DS.Central administration of glucagon-like peptide-1 activates hypothalamic neuroendocrine neurons in the rat[J].Endocrinology，1997，138（10）：4445.

[5] Romero F，Nicolau J，Flores L，et al.Comparable early changes in gastrointestinal hormones after sleeve gastrectomy and Roux·En-Y gastric bypass surgery for morbidly obese type 2 diabetic subjects[J].Surg Endosc，2012，26（8）：2231-2239.

[6] Challis BG， Coll AP， Yeo GS， et al.Canton MB， O'Rahilly S. Mice lacking pro-opiomelanocortin are sensitive to high-fat feeding but respond normally to the acute anorectic effects of peptide-YY（3-36）[J]. Proc Natl Acad Sci U S A，2004，101（13）：4695-4700.

（收稿日期：2017-03-08）endprint