基于胰岛β细胞功能和胰岛素抵抗研究铝暴露对糖代谢的影响及其机制

发布时间：2020-07-14 03:21

【摘要】：目的:建立铝暴露大鼠模型,研究铝暴露对大鼠糖代谢的影响,并基于胰岛β细胞功能和胰岛素抵抗探讨其可能的机制。方法:60只SPF级Wistar大鼠按随机数字表法随机分成4组,即空白对照组(C组)、铝暴露低剂量组(L组)、中剂量组(M组)和高剂量组(H组),每组15只。L、M、H组分别给予AlCl_3溶液2、4、8 mg/(kg·d)AlCl_3进行腹腔注射,C组给予腹腔注射等体积生理盐水(2ml/只),全程共30天。于第10、20、30天每组取5只大鼠检测空腹血糖(fasting blood glucose,FBG)、空腹胰岛素(fasting insulin,FINS)水平,采用稳态模式评估法(homeostasis model assessment,HOMA)计算胰岛β细胞功能指数(homa beta cell function index,HOMA-β)和胰岛素抵抗指数(insulin resistance index,HOMA-IR);取胰腺组织行苏木素伊红染色,显微镜观察组织细胞结构变化;分光光度法检测血清Na~+-K~+-ATPase和Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase活性;实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,RT-PCR)和Western Blot技术检测各组大鼠骨骼肌、脂肪组织葡萄糖转运蛋白4(glucose transporters 4,GLUT4)mRNA和蛋白表达的情况。结果:1、铝暴露对糖代谢相关指标的影响:FBG在各时点的M、H组均高于C组(P0.05);FINS在10、20天的H组高于C组,在第30天反而低于C组(P0.05);HOMA-IR在第10、20天的M、H组高于C组,在第30天的L、M组高于C组(P0.05);HOMA-β在第20和30天的M、H组在均低于C组(P0.05)。2、铝暴露对胰腺组织病理学影响:铝暴露各组大鼠胰腺组织呈现不同程度充血,胰岛内胞浆较少,细胞轮廓消失,部分细胞核碎裂、溶解,伴有钙化灶形成及炎症细胞浸润,随着铝暴露时间延长加重,以H组病变最显著。3、铝暴露对ATP酶活性的影响:Na~+-K~+-ATPase在各时点的M、H组均低于C组(P0.05);Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase在各时点的H组均低于C组(P0.05);4、铝暴露对GLUT4 mRNA表达的影响:(1)骨骼肌组织:(1)各组间相同时间位点比较:第10天,H组GLUT4 mRNA含量明显低于C组(P0.05);第20、30天,各剂量组GLUT4mRNA水平均明显低于C组(P0.05)。(2)各组内不同时间点比较:随着铝暴露时间的延长,各剂量组GLUT4 mRNA表达呈下降趋势,M、H组GLUT4 mRNA表达在各时点间比较差异显著(P0.05),呈时间-效应关系。(2)脂肪组织:(1)各组间相同时间位点比较:第30天,各剂量组GLUT4 mRNA水平均明显低于C组(P0.05)。(2)各组内不同时间点比较:各组内各时点间比较均无显著差异(P0.05)。5、铝暴露对GLUT4蛋白表达的影响:(1)骨骼肌组织:(1)各组间相同时间位点比较:第10、20天,M、H组GLUT4蛋白含量明显低于C组(P0.05);第30天,各剂量组蛋白表达水平均低于C组(P0.05)。(2)各组内不同时间点比较:随着铝暴露时间的延长,各剂量组GLUT4蛋白表达呈下降趋势:L、H组在各时点间比较差异显著(P0.05);呈时间-效应关系。(2)脂肪组织:(1)各组间相同时间位点比较:第30天,H组GLUT4蛋白表达水平低于C组(P0.05)。(2)各组内不同时间点比较:L、H组在第30天的蛋白表达低于第10天(P0.05)。结论:1、铝暴露可能通过损害胰腺组织和降低Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase活性,导致胰岛β细胞功能下降,引发糖代谢异常。2、铝暴露可能通过下调骨骼肌GLUT4表达和其转位相关Na~+-K~+-ATPase活性,削减骨骼肌细胞转运葡萄糖能力,引发胰岛素抵抗,影响机体血糖调节,导致糖代谢紊乱。
【学位授予单位】：右江民族医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R587.1;R114
【图文】：

水平比较,大鼠,时点,组内

（3）HOMA-IR 及 HOMA-β 在各组及各时点水平变化：①HOMA-IR：Ⅰ、各组间在同一时间位点比较：a、第 10 天，M 组和 H 组 HOMA-IR 水平明显高于 C 组(P<0.05)；b、第 20 天，铝暴露各剂量组 HOMA-IR 水平明显高于 C 组(P<0.05)；c、第 30 天，L、M 组剂量组 HOMA-IR 水平明显高于 C 组(P<0.05)，H 组与 C 组比较无显著差异(P>0.05)。Ⅱ、各组内不同时间点比较：L 组在各时点间无显著变化(P>0.05)；M、H 组随着时间的延长，IR 水平呈下降趋势，M 组第 30 天 IR 水平明显低于第 10 天，H 组第30 天明显低于第 10、20 天(P<0.05)。②HOMA-β：a、各组间在同一时间位点比较：在第 20 和 30 天，M、H 组 HOMA-β 水平在同一时间位点上均明显低于 C 组(P<0.05)。b、各组内不同时间点比较：各组随着时间延长 HOMA-β 水平无明显变化(P>0.05)。

HE染色,光镜,胰岛细胞,胰岛

2.3 铝暴露对大鼠胰腺组织形态学影响如图 2-2~4 所示，C 组大鼠胰腺腺泡及胰岛结构完整，边缘清晰，胰岛多为圆形或椭圆形的细胞团，边界清晰，胰岛细胞排列紧密，分布均匀，胰岛数量较多。随着铝暴露时间延长，胰腺组织病变呈加重趋势。第 10 天，铝暴露各组组胰腺组织轻度充血；但胰岛细胞排列尚整齐，胰岛细胞未见明显破坏。第 20 天，铝暴露各组大鼠胰腺组织中度充血，腺泡轻度扩张、充血，胰岛细胞排列紊乱、间隙稍增大；第 30 天铝暴露各组胰腺组织重度充血，胰腺腺泡明显扩张、充血，胰岛与腺泡间界限不清，胰岛内胞浆较少，细胞轮廓消失，部分细胞空泡变，细胞核碎裂、溶解、固缩，呈坏死改变（如图中红色箭头指示），部分伴有钙化灶形成（图中黄色箭头指示）及炎症细胞浸润，正常细胞数目减少，铝暴露各剂量组中以 H 组更为严重。

光镜,略语,HE染色

图 2-3 第 20 天各组大鼠胰腺组织 HE 染色(光镜×400 倍镜)（注：略语同图 2-1）Fig2-3 Various groups of rats pancreatic tissue HE staining at 20th day (optical microscope×400)（Note: The abbreviations are the same as Figure 2-1.）

【参考文献】