高鋁暴露致大鼠肌肉胰島素抵抗作用及機制

覃曉潔 楊大偉 韋 喜 何明杰 王民登 吳標良

(右江民族醫學院附屬醫院重癥醫學科，廣西 百色 533000)

過量鋁攝入與神經、消化、內分泌、免疫等多種疾病的發生有關〔1,2〕，鋁等微量元素可影響機體糖代謝水平，且與糖尿病并發癥的發生有密切關系〔3,4〕，但具體機制尚未闡明。本研究擬觀察高鋁暴露后大鼠糖代謝及胰島素抵抗水平變化，并觀察大鼠肌肉組織胰島素受體底物(IRS)-1、葡萄糖轉運蛋白(GLUT)4表達變化，探討高鋁暴露致胰島素抵抗、糖代謝異常的發生機制。

1 材料和方法

1.1實驗動物及試劑 雄性Wistar大鼠60只，體重250～300 g，購自右江民族醫學院實驗動物中心。結晶氯化鋁分析純(AlCl3·6H2O，相對分子質量241.43)購自西安化學試劑廠。

1.2動物分組及造模 將大鼠隨機分為兩組，每組30只，根據參考文獻〔5〕，制作高鋁暴露模型：高鋁暴露組予AlCl340 mg/kg尾靜脈注射，對照組予生理鹽水3 ml/kg,尾靜脈注射，1次/d，同步實驗,連續注射7 d。實驗開始及結束時尾靜脈取血測定空腹血糖(FBG)、空腹胰島素(FINS)，實驗結束時處死大鼠，留取骨骼肌組織備用。

1.3血糖及胰島素測定 FBG測定采用氧化酶法，FINS測定采用化學發光法，分別由左江民族醫院醫學檢驗中心及核醫學科專人使用日立7600-020全自動生化分析儀及美國貝克曼ACCESS2全自動微粒子化學發光免疫分析系統完成，均使用配套專用試劑盒。使用公式計算胰島素抵抗指數(HOMA-IR)及胰島素敏感指數(ISI)：HOMA-IR=FINS(pmol/L)×FBG(mmol/L)/22.5，ISI=ln〔1/(FPG×FINS)〕。

1.4免疫組化測定 取部分肌肉組織于甲醛溶液固定48 h，經梯度乙醇脫水，二甲苯置換，浸蠟包埋，縱向切成3 mm厚的切片，免疫組化法檢測GLUT-4、 IRS-1蛋白表達水平，采用多聚合物酶EliVision法(試劑購自中杉金橋技術有限公司)，免疫組化陽性判斷：于細胞質、細胞膜等部位出現棕色或褐色沉著為免疫組化陽性反應，可為連續線狀、不連續點狀彌漫分布；使用Imagepro Plus 圖像處理軟件進行半定量分析，用平均光密值(AOD)表示，各檢測法按照試劑盒說明。

1.5統計學方法 采用SPSS17.0軟件進行t檢驗。

2 結 果

2.1FBG比較 實驗前兩組FBG差異無統計學意義(P>0.05)；實驗后高鋁暴露組FBG水平較對照組顯著升高(P<0.01)，見表1。

2.2FINS、HOMA-IR、ISI比較 實驗后，與對照組相比，高鋁暴露組FINS、HOMA-IR水平明顯升高，ISI水平顯著下降(P<0.01)。見表2。

2.3肌肉組織IRS-1、GLUT-4表達比較 與對照組比較，高鋁暴露肌肉組織IRS-1、GLUT-4表達水平均顯著下降(P<0.01)，見表1、圖1。

表1 兩組實驗前后FBG水平及實驗后FINS、HOMA-IR、ISI水平、肌肉組織IRS-1、GLUT-4表達比較

與對照組相比:1)P<0.01；與實驗前比較：2)P<0.01；下表同

圖1 實驗后兩組肌肉組織IRS-1、GLUT-4免疫組化(×200)

3 討 論

鋁等微量元素可影響機體糖代謝水平，且與糖尿病并發癥的發生有密切關系〔3,4〕，高鋁暴露地區人群糖代謝紊亂發生率較非高鋁暴露地區高〔6〕，有研究表明,在急性鋁中毒中,血糖升高是一個導致死亡的重要因素,并推測其可能與氧化應激相關〔7,8〕。糖代謝產生的機制較為復雜,胰島素抵抗是其中的重要機制之一。本研究表明，高鋁暴露后機體胰島素抵抗水平升高，胰島素利用不足，從而導致了血糖升高；高鋁暴露后機體胰島素敏感性下降，導致了胰島素抵抗的產生，從而導致了糖代謝紊亂的形成，這可能是高鋁暴露致糖代謝紊亂的機制之一。IRS-1是一種與胰島素抵抗發生密切相關的受體后信號轉導蛋白，主要在胰島素敏感組織如肌肉、肝臟、脂肪等分布。

胰島素與胰島素受體結合后，會促使IRS-1發生磷酸化，進一步與下游磷脂酰肌醇3-激酶(PI-3K)的P85亞基結合，并催化P110亞基，激活PI-3K，從而使GLUT-4從細胞內轉移到細胞膜上，調節葡萄糖轉運，此時葡萄糖可通過GLUT-4 轉運至細胞內〔9,10〕，機體的糖代謝水平從而得以調節。與IRS-1一樣，GLUT-4也主要存在于肌肉、肝臟、脂肪等組織內?？傮w而言，GLUT-4是胰島素信號轉導的重要分子，是細胞信號傳導通路的開關，而IRS-1是胰島素信號轉導中的重要蛋白，負責將胰島素信號轉導至細胞內。有研究發現，胰島素抵抗患者骨骼肌細胞IRS-1含量下降，IRS-1酪氨酸磷酸化水平較正常人下降，IRS-1基因敲除后大鼠可出現了不同程度的胰島素抵抗〔11,12〕；Previs等〔13〕研究顯示,胰島素抵抗大鼠骨骼肌和肝細胞IRS-1 酪氨酸磷酸化和IRS-1蛋白含量均有不同程度下降,表明IRS-1 參與胰島素抵抗的發生過程。本研究表明，高鋁暴露大鼠胰島素抵抗產生的原因可能是高鋁暴露導致IRS-1、GLUT-4蛋白水平下降，影響胰島素信號的轉導，從而致使葡萄糖不能向細胞內轉移，最終引起機體血糖水平升高，糖代謝紊亂。綜上，高鋁暴露可導致機體胰島素抵抗發生，其機制可能是高鋁暴露致使機體IRS-1、GLUT-4蛋白表達下降，進而促使機體胰島素抵抗形成，最終引起糖代謝紊亂。