胃肠转流术改善糖尿病大鼠胰岛素抵抗和增加外周脂肪和肌肉组织中GLUT-4基因表达*

左 莹，刘菊华,2，严宗逊，雷 震△

(1.川北医学院附属医院内科，四川南充 637000；2.成都中医药大学，成都 610000)

糖尿病是一个全球性健康问题，至少1.5亿人口深受其困扰，预计2025年这一数目将增长两倍，而其中2型糖尿病(T2DM)患者占86%[1]。胰岛素抵抗是T2DM葡萄糖利用障碍的主要原因，表现为外周组织对胰岛素介导的葡萄糖摄取功能障碍，胰岛素介导葡萄糖进入外周组织最重要的载体是胰岛素依赖性葡萄糖转运蛋白4(GLUT-4)，增加外周脂肪胡肌肉细胞中GLUT-4基因的表达或转运成为治疗糖尿病改善糖代谢障碍的靶位点[2-4]。

目前对T2DM的治疗主要包括药物改善胰岛素抵抗，增加胰岛素分泌及胰岛素替代治疗，但是传统的治疗方案并不能显著改善糖尿病患者的预后同时需要终身用药。近年研究发现胃肠转流术可以改善肥胖型T2DM患者的胰岛素抵抗，降低患者血糖，80%以上的患者术后降糖药物的用量明显减少，约半数以上的患者术后甚至不用药物也可控制血糖[5]。2018年美国糖尿病协会(ADA)糖尿病诊疗指南指出对于体质量指数大于30 kg/m2的肥胖性T2DM患者可采用胃肠转流术改善患者糖代谢紊乱[6]。目前胃肠转流术改善胰岛素抵抗，降低血糖的具体机制尚不明确,本实验拟通过对T2DM大鼠行胃肠转流术，观察术后血糖及胰岛素抵抗指数的变化，分析其与术后外周脂肪及肌肉组织中GLUT-4基因表达的相关性，探讨胃肠转流术改善胰岛素抵抗降低血糖的机制。

1 材料与方法

1.1 动物模型的建立及分组 正常健康6周龄雄性SD大鼠60只，购自川北医学院动物实验中心，实验动物生产许可证号[scxk(川)2008-18]。适应性喂养1周后，将大鼠分为T2DM组(n=40)及SD大鼠组(n=20)，SD大鼠组继续喂养普通饮食，T2DM组参考VATANDOUST等[7]实验方法采用高脂饮食联合腹腔注射链脲佐菌素制备T2DM大鼠模型，空腹血糖(FBG)测量时间为大鼠禁食但不禁饮12 h后测量。T2DM大鼠成模标准：高脂喂养加注射链脲佐菌素后隔日1次采用One Touch Ultra血糖试纸(美国强生)监测血糖，持续1周FBG稳定且大于或等于7.0 mmol/L，最终成模T2DM大鼠35只。

将SD大鼠分为SD大鼠真手术组(NRO，n=10),SD大鼠假手术组(NSO,n=10),T2DM大鼠分为T2DM真手术组(DRO,n=20)及T2DM假手术组(DSO,n=15)。均以2.5%戊巴比妥钠50 mg/kg麻醉大鼠，真手术组参考RUBINO等[8]报道的手术方式行胃空肠转流术，假手术组于真手术组相应胃肠段行原位离断后再行原位吻合术。手术完成后继续喂养8周，处死大鼠，分离右后肢股四头肌及附睾旁脂肪组织-90 ℃冰箱待用。

1.2 检测项目 分别检测手术前、术后4周及术后8周各组大鼠的FBG、空腹血浆胰岛素(Fins)。以稳态模型评估法(HOMA)计算胰岛素抵抗指数(HOMA-IR),公式HOMA-IR=(Fins×FBG)/22.5,HOMA-IR>6.0则存在胰岛素抵抗。

1.3 GLUT-4基因表达的检测 脂肪及肌肉组织中GLUT-4基因表达采用RT-PCR试剂盒测定，购自成都博瑞克生物技术有限公司(中国)。应用HP1AS 2000型图像分析系统测定吸光度。

2 结 果

2.1 4组大鼠术前、术后FBG水平比较 至实验结束，NRO组存活大鼠7只，NSO组9只，DRO组9只，DSO组8只。 术前SD大鼠FBG(5.86±1.13)mmol/L，T2DM组大鼠FBG(21.21±5.39)mmol/L，两组相比差异均有统计学意义(P<0.01)。 术后4周,DRO组FBG较术前下降约14%，但与术前比较差异无统计学意义(P>0.05),术后8周，DRO组FBG较术前下降约58%，与术前比较差异有统计学意义(P<0.01)。术后8周，DRO组的FBG明显低于相应时间点DSO组 (P<0.01)，但仍高于同时间点NRO及NSO组(P<0.05)；DSO组、NRO组、NSO组术前与术后FBG变化均差异无统计学意义 (P>0.05)。见表1。

2.2 4组大鼠术前、术后HOMA-IR比较 术前SD大鼠HOMA-IR 4.76±1.08，糖尿病组大鼠HOMA-IR 21.38±7.07，两组比较差异均有统计学意义(P<0.01)。术后4周DRO组HOMA-IR较术前下降约27%，但与术前比较差异无统计学意义(P>0.05)，至术后8周HOMI-IR较术前下降约68%，与术前比较差异统计学意义(P<0.01)。术后8周，DRO组HOMA-IR明显低于相应时间点DSO组 (P<0.01)，与同时间点NRO组及NSO组比较差异无统计学意义(P>0.05)；DSO组、NRO组、NSO组术前与术后HOMA-IR均差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

*：P<0.05与本组术前比较；#：P<0.05，术后8周与DRO组比较

表2 4组大鼠术前、术后HOMA-IR水平变化

*：P<0.05与本组术前比较；#：P<0.05，术后8周与DRO组比较

2.3 4组大鼠术后8周脂肪组织GLUT-4基因表达及其与FBG及HOMA-IR的相关性分析 术后8周，DRO组脂肪组织GLUT-4基因表达(0.88±0.17)较DSO组(0.58±0.09)增加(P<0.01),与NRO组(0.98±0.16)及NSO组(0.99±0.12)比较差异无统计学意义(P>0.05),见图1。相关性分析显示术后8周，脂肪组织中GLUT-4基因表达与FBG呈负相关(r=-0.89，P<0.01)，与HOMA-IR呈负相关(r=-0.88,P<0.01)。

图1 各组大鼠脂肪组织组织中GLUT-4基因表达

2.4 4组大鼠术后8周肌肉组织GLUT-4基因表达及其与FBG及HOMA-IR的相关性分析 术后8周，DRO组肌肉组织GLUT-4基因表达(2.49±0.21)较DSO组(1.41±0.42)增加(P<0.01)，与NRO组(2.59±0.18)及NSO组(2.60±0.19)比较，差异无统计学意义(P>0.05)，见图2。相关性分析显示术后8周,大鼠肌肉组织中GLUT-4基因表达与FGB呈负相关(r=-0.95，P<0.01),与HOMA-IR呈负相关(r=-0.98，P<0.01)。

图2 各组大鼠肌肉组织组织中GLUT-4基因表达

3 讨 论

本实验证实胃肠转流术后8周，T2DM大鼠FBG下降，胰岛素敏感性增加，甚至可以恢复到正常大鼠水平，外周肌肉和脂肪组织中GLUT-4基因表达增加，且与FBG及胰岛素抵抗指数呈负相关，因此胃肠转流术改善T2DM大鼠糖代谢的机制可能与术后脂肪组织和肌肉组织中GLUT-4基因表达增高相关。

GLUT-4属于葡萄糖转运蛋白超家族中的一员，在胰岛素的刺激下，GLUT-4从细胞内的存储囊泡转移到细胞膜表面，促进组织对葡萄糖的摄取，同时这也是外周脂肪及肌肉组织摄取葡萄糖的限速步骤，其表达或者转位异常均可以引起胰岛素抵抗[9]。在糖尿病患者的皮下脂肪中，GLUT-4基因表达较健康者明显下降，并且与患者的胰岛素抵抗指数呈负相关[10]。改善外周组织中GLUT-4的表达或者活性可以提高组织对葡萄糖的摄取能力，降低胰岛素抵抗，达到治疗糖尿病的目的。在传统治疗糖尿病的药物中，PPARγ受体激动剂可通过PPARγ信号通路上调组织中GLUT-4的基因及蛋白表达，改善机体胰岛素抵抗发挥降糖作用[11]。二甲双胍作用于离体培养的3T3-L1脂肪细胞24 h，GLUT-4基因增加4.2倍，蛋白表达增加2.6倍，同时细胞对葡萄糖的摄取率增加2倍[12]；在离体培养糖尿病患者外周淋巴细胞的培养液中加入磺脲类药物，12周后细胞对葡萄糖的摄取能力增加近6倍，表达GLUT-4的淋巴细胞从2.7%增加到15.5%[2]。有研究证实，胃肠转流术后28 d，大鼠肌肉组织中GLUT4的总蛋白含量及细胞膜表面的蛋白含量均显著增加，而脂肪组织中GLUT4的总蛋白含量虽然没有明显改变，但细胞膜表面的GLUT4蛋白含量却显著增加[13]。本实验进一步证实胃肠转流术后8周T2DM大鼠外周脂肪和肌肉组织中GLUT-4基因表达增加，外周脂肪及肌肉组织中GLUT-4基因表达与FBG及HOMA-IR呈负相关，因此胃肠转流术改善糖代谢的具体机制与术后外周脂肪及肌肉组织中GLUT-4基因的表达改变相关。

胃肠转流术增加GLUT-4基因表达的具体机制可能与术后胃肠激素及脂肪因子的含量改变相关。目前普遍接受的观点是胃肠转流术后初期，糖代谢障碍改善的主要原因是肠-胰岛素轴的变化，其中最主要的是GLP-1分泌增加[14-15]。采用GLP-1治疗伴有胰岛素抵抗的T2DM大鼠，大鼠脂肪组织中GLUT-4蛋白及基因表达均显著增加，同时伴有血糖和HOMA-IR下降[16-17]。而肿瘤坏死因子-α(TNF-α)可通过影响GLUT-4表达的转录因子活性降低GLUT-4基因表达[18]，胃肠转流术后TNF-α基因表达可显著下降[19]。此外有研究证实，胃肠转流术增加GLUT-4基因的表达可能与术后PPARγ蛋白表达增加，胰岛素信号通路中PI3K的活性增强相关[19]。

综上所述，胃肠转流术可降低T2DM大鼠胰岛素抵抗，改善糖代谢障碍，其机制可能与术后脂肪及肌肉组织中GLUT-4基因表达增加相关，而具体的信号通路有待于进一步研究证实。