TfR、sTfR表达与2型糖尿病大鼠大血管病变的关系

刘江月 张代娟 刘同美 郭军堂 李香玲

(潍坊医学院病理生理学教研室，山东 潍坊 261042)

糖尿病(DM)引起的大血管病变如冠状动脉性心脏病、脑血管病及周围血管病已成为DM患者致死、致残的主要原因。动脉粥样硬化(AS)是2型糖尿病(T2DM)常见的伴发病之一。越来越多的证据揭示，铁代谢和糖代谢之间存在相互影响，二者的关系可能是双向的，即铁代谢异常可以影响糖代谢;而长期高血糖又可损伤铁代谢通路〔1〕。铁储存的增加预示着T2DM的发生，铁诱导的损伤还会影响到DM并发症的发展。本研究旨在探讨T2DM血管并发症与铁代谢之间的关系。

1 材料与方法

1.1 实验动物 健康雄性 Wistar大鼠，清洁级，日龄30～50 d，体重160～180 g，由山东鲁抗医药股份有限公司实验动物中心提供，许可证号SCXK鲁20090017。

1.2 主要试剂 链脲佐菌素(STZ)(美国Sigma公司);胰岛素放免试剂盒(北京原子高科技股份有限公司);血糖(BS)试剂盒(中生北控生物科技股份有限公司产品);糖化血红蛋白(HbA1c)测试盒(美国Bio公司);转铁蛋白受体(TfR)多克隆抗体(美国Sigma公司);sTfR酶联免疫吸附法试剂盒(美国BPB生物医学公司生产)。

1.3 动物分组及模型建立 Wistar大鼠分为对照组、模型组各10只。①对照组:喂以标准饲料不作任何处理(蛋白质占23%，碳水化合物占53%，脂肪占5%);②模型组:动物以自制高糖高脂饲料喂养1个月(含碳水化合物占48%，脂肪占22%，蛋白质占20%)诱导胰岛素抵抗后，按25 mg/kg腹腔注射STZ诱发DM，2 w后测量尾静脉血糖浓度达到16.7 mmoL/L为建模成功标准。

1.4 检测项目及方法 各组分别于最后1 d禁食12 h。然后腹腔注射3%戊巴比妥钠1 ml/kg，麻醉固定后，快速由颈总动脉取血4～5 ml，室温静置20 min后，离心10 min，分离血清，检测BS、采用微柱亲和层析法测定HbA1c、放射免疫法检测胰岛素(INS)及sTfR水平。同时取主动脉壁，分别固定、－80℃超低温冰箱保存，以备电镜观察和TfR mRNA表达检测。

2 结果

2.1 实验大鼠一般情况 对照组大鼠毛色光泽，活动自如，活泼，饮食正常。模型组大鼠体重增长较快，皮下脂肪厚，但随实验进程，毛色色泽暗淡，活动减少，精神状态较差，进食量减少。

2.2 各组BS、HbA1c、INS、ISI值的比较 模型组BS、HbA1c、INS均明显高于对照组，而ISI明显低于对照组(P＜0.05)。见表1。

2.3 各组总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL)、高密度脂蛋白(HDL)水平比较 模型组 TC、TG、LDL水平均明显高于对照组，而HDL明显低于对照组(P＜0.05)。见表2。

2.4 血清sTfR水平的比较 模型组大鼠血清sTfR较对照组显著升高〔(4.25±0.18)vs(2.92±3.75)mg/L，P＜0.05〕。

2.5 主动脉壁平滑肌细胞TfR mRNA表达 模型组大鼠主动脉壁平滑肌细胞TfR mRNA表达较对照组明显升高(0.826±0.003 vs 0.213±0.001，P ＜0.05)。

2.6 T2DM大鼠主动脉弓动脉壁内皮细胞超微结构的影响对照组大鼠主动脉壁平滑肌细胞核内异染色质成团块状分布于核周，胞质内有正常形态和大小的粗面内质网、高尔基复合体和线粒体，所观察的粗面内质网上都有丰富的核糖体。模型组可见主动脉壁平滑肌细胞成异常改变，核内电子密度升高，异染色质增多，胞质内大量线粒体出现明显嵴断裂、空泡样变、髓鞘样变，高尔基复合体内出现大空泡。见图1。

2.7 血清 sTfR 水平与 BS、HbA1c、INS、ISI、TC、TG、LDL、HDL的关系 模型组 sTfR水平与 BS、HbA1c、INS呈明显正相关(r=0.23、0.26、0.21，P ＜0.05)，与HDL呈负相关(P ＜0.05)。

表1 各组大鼠BS、HbA1c、INS、ISI的比较=10)

表1 各组大鼠BS、HbA1c、INS、ISI的比较=10)

与对照组比较:1)P＜0.05，下表同

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表2 各组大鼠TC、TG、LDL、HDL的比较，n=10)

表2 各组大鼠TC、TG、LDL、HDL的比较，n=10)

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3 讨论

近年来Brownlee〔2〕提出，高血糖致内皮细胞线粒体活性氧簇(ROS)生成增加是DM血管病变发病机制中的关键因素。而铁是体内最重要的脂质过氧化反应促进剂，可启动或催化Haber-Weiss反应，产生ROS，并能使低活性自由基转变为高活性自由基，特别是通过Fenton反应产生羟基。高活性自由基及其他氧化产物是损伤血管舒张及引起内皮细胞内生性抗氧化剂缺失的主要因子。同时铁和ROS可作为生长因子促进血管平滑肌增生，在动脉硬化粥样斑块形成过程中，铁蛋白基因表达是提高的〔3〕。另有研究发现，AS的动脉内膜细胞质含铁量明显高于AS组织，且铁沉积量与AS程度直接相关〔4〕。本研究提示T2DM大鼠大血管病变可能与TfR mRNA高表达有关，而TfR mRNA高表达与高糖导致的血管内皮细胞ROS生成增加及氧化应激反应增强有关。

胰岛素是一种合成激素，它刺激细胞摄取许多营养素。肠道吸收非血红素铁是与人体的需求紧密相关的，人体内总铁储存正常时这种铁的摄取量很小。然而，血红素铁的吸收却不依赖于总铁含量。稳态下，循环铁是通过高亲和力的特异的转铁蛋白受体从血液中吸收的，并与转铁蛋白结合在一起。TfR复合物被吞入细胞后，释放进入一个无酸性的细胞间隔中，消化成为细胞基本的组成成分。胰岛素可以显著加速脂肪细胞摄取铁，将TfR重新由细胞内膜间隔分布到细胞表面，从而介导细胞对铁的摄取，致使细胞内铁超负荷。在鼠神经胶质瘤细胞上发现，INS也影响铁蛋白合成的增加〔5〕。更重要的是，TfR使得胰岛素敏感的葡萄糖载体和胰岛素样生长因子受体在微粒体膜上聚集，意味着胰岛素调节铁的摄取与其调节葡萄糖的转运存在着关联。相反地，铁也影响胰岛素的功能。铁干扰胰岛素限制肝糖输出的作用。铁负荷增加可以抑制肝脏摄取和清除胰岛素，干扰胰岛素对肝糖原异生的抑制作用，造成循环中高胰岛素血症〔6〕。这样，胰岛素与铁潜在的相互作用形成恶性循环，加重胰岛素抵抗和诱导DM的发生。本研究提示高胰岛素血症可能导致铁代谢紊乱，T2DM大鼠大血管病变可能与高胰岛素血症导致铁代谢紊乱有关。

1 Fernandezr JM，Lope BA，Ricart W.Cross-talk between iron metabolism and diabetes〔J〕.Diabete，2002;51(8):2348-54.

2 Brownlee M.Biochemistry and molecular cell biology of diabetic complications〔J〕.Nature，2001;414(3):813.

3 Wu EX，Kim D，Tosti CL，et al.Magnetic resonance assessment of iron overload by separate measurement of tissue ferritin and hemosiderin iron〔J〕.Ann N Y Acad Sci，2010;1202(2010):115-22.

4 Vlasakova Z，Pelikanova T，Kazadova L，et al.Serum ferritin，oxidation and risk factors for atherogenes in healthy of spring of hypertensive patients〔J〕.Vnitr Lek，2002;48(2):105-11.

5 Cameron NE，Cotter MA.Effects of an extracellular metal chelator on neurovascular function in diabetic rats〔J〕.Diabetologia，2001;44(5):621-8.

6 贾 悦，董凌燕.铁元素在糖尿病中的作用〔J〕.国外医学·内科学分册，2004;31(5):201.