ZDF(fa/fa)大鼠的糖脂代谢特点与胰岛素抵抗特性

奚赛飞, 斯徐伟, 朱科燕, 陈小真, 杨涛涛, 陈民利

(1. 浙江中医药大学动物实验研究中心, 杭州 310053; 2. 绍兴市人民医院, 绍兴312000)

ZDF(fa/fa)大鼠的糖脂代谢特点与胰岛素抵抗特性

奚赛飞1, 斯徐伟2, 朱科燕1, 陈小真1, 杨涛涛1, 陈民利1

(1. 浙江中医药大学动物实验研究中心, 杭州 310053; 2. 绍兴市人民医院, 绍兴312000)

目的 观察ZDF(fa/fa)大鼠高脂饲喂后的糖脂代谢特点和胰岛素抵抗特性。方法 取ZDF(fa/fa)大鼠6只(ZDF模型组), 每日饲喂高脂饲料, 另取ZDF(fa/+)大鼠6只(ZDF对照组), 饲喂普通饲料, 连续饲喂6周; 每周称重, 隔周检测GLU、TG、CHOL、TC、HDL-C、LDL-C, 计算TC/HDL-C和AI，于第6周检测空腹胰岛素，并进行糖耐量与胰岛素耐量试验，计算HOMA-IR和HOMA-β。结果 ZDF(fa/fa)大鼠高脂饲喂后空腹血糖、血脂水平迅速升高(P＜0.01)，TC/HDL-C和AI显著升高(P＜0.01)，饲喂第4周后趋于稳定; 第6周的空腹胰岛素和HOMA-IR显著升高(P＜0.01)，而HOMA-β则显著降低(P＜0.01)。结论 ZDF(fa/fa)大鼠饲喂高脂饲料后出现高血糖伴高脂血症、糖耐量异常和高胰岛素血症，同时出现胰岛素耐量增加和胰岛素敏感性降低，较适合于胰岛素抵抗引起的2型糖尿病和代谢综合症的研究。

ZDF大鼠; 糖脂代谢; 胰岛素抵抗

糖尿病(diabetes mellitus, DM)已经成为继肿瘤、心血管疾病之后第三大严重威胁人类健康的慢性疾病，其中，2型糖尿病(T2DM)是发病的主体，约占 90%[1]。ZDF(Zucker Diabetic Fatty rat) 大鼠是自发性的糖尿病模型，是由高血糖的Zucker(fa/fa) 大鼠近交繁殖得到的亚系, 与Zucker(fa/fa)大鼠相比，ZDF(fa/fa)大鼠肥胖较轻但胰岛素抵抗更严重，但该大鼠须经特殊饲料诱导后才出现高脂血症和高血糖症[2], 国外采用特制的高脂饲料purina#5008[3]。最近北京维通利华有限公司从Charles River引进了ZDF大鼠，使用国内普通的高脂饲料配方是否能产生同样的诱导效应，或其胰岛素抵抗的特征表现如何。为此，本实验采用国内常用的高脂饲料饲喂ZDF(fa/fa)大鼠，观察其糖脂代谢特点和胰岛素抵抗特性, 为ZDF(fa/fa)大鼠在糖尿病和代谢综合症等研究领域中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验动物

SPF级6～7周龄雄性ZDF(fa/fa)大鼠6只、雄性ZDF(fa/+)大鼠6只，购于北京维通利华实验动物技术有限公司[SCXK(京)2012-0001]; 饲养于屏障实验室[SYXK(浙)2008-0115], 环境温度20±2℃，相对湿度50%～60%，光照: 12 h/12 h明暗交替，噪音＜50 dB; 每笼IVC笼内饲养2只大鼠，自由饮食，并在试验过程中按实验动物使用的“3R”原则给以人道主义关怀。

1.2 主要试剂与仪器

血糖(GLU)、高密度脂蛋白(HDL-C)、总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)等试剂盒，批号分别为25050/952012/1、16882/00000020、13052/931013/1、57158/975013/1，购自上海申能德赛诊断技术有限公司; 低密度脂蛋白(LDL-C)，批号: D1208051，购自上海复星长征医学科学有限公司; 大鼠胰岛素(INS)ELISA检测试剂盒，批号: E2013100801，购自杭州诚维科技生物有限公司; 7020型全自动生化分析仪(日本日立公司); Thermo Scientific Varioskan Flash光谱扫描多功能酶标仪(美国Thermo公司)、Advantage血糖仪(德国罗氏公司)。

1.3 高脂饲料配方

参考国内常用的高脂饲料配方[4]: 10%蔗糖，0.5%胆固醇，10%油，5%蛋黄粉，0.25%3号胆盐，74.25%基础饲料。

1.4 实验方法

ZDF大鼠适应性饲养观察3 d后，称体质量，尾静脉取血进行血糖血脂检测，ZDF(fa/fa)大鼠6只(ZDF模型组), 每日饲喂高脂饲料, 另ZDF(fa/+)大鼠6只(ZDF对照组), 每日饲喂普通饲料, 连续饲喂6周。每周称体质量, 隔周检测血糖血脂, 第6周进行空腹胰岛素检测、糖耐量与胰岛素耐量试验。

1.4.1 血糖血脂检测 各组动物禁食12 h后，分别在实验前（0周）、实验后2、4、6周时尾静脉取血1 ml，3 000 r/min离心10 min, 分离血清，用全自动生化分析仪检测GLU、TC、TG、HDL-C、LDL-C等指标，并计算心血管危险因子TC/HDL-C和动脉粥样硬化指数AI=（TC-HDL-C）/HDL-C。

1.4.2 糖耐量试验和INS检测 试验第6周时，各组大鼠禁食不禁水16 h后, 灌胃给予2.5 g/kg的葡萄糖溶液, 采用罗氏血糖仪测定给糖前(0 min)、糖负荷后30 min、60 min、120 min、180 min时的血糖浓度。计算180 min糖耐量曲线下面积, 公式为: 糖耐量曲线下面积AUC= (a+b)*1/4+(b+c)*1/4+(c+d)*1/2+(d+e)*1/2(a、b、c、d、e分别代表给糖前及给糖后30 min、60 min、120 min、180 min的血糖水平)。并在检测血糖时，同时用酶标仪检测血清INS含量，利用稳态模型评价(HOMA)指数中的胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)和胰岛素β细胞功能指数(HOMA-β)，评价动物胰岛素抵抗情况。计算公式为HOMA-IR = FBG(空腹血糖)×FINS(空腹胰岛素)/22.5，HOMA-β=20 × FINS/(FBG-3.5)。1.4.3 胰岛素耐量试验 各组大鼠禁食不禁水16 h后，皮下注射0.5 U/kg胰岛素，采用罗氏血糖仪测定注射胰岛素前(0 min)、注射胰岛素后30 min、60 min、120 min、180 min时的血糖。

注: 与ZDF对照组比, **P＜0.01。A: 体质量, B: 空腹血糖图 1 ZDF大鼠体质量和空腹血糖Note: compared with the control group, **P＜0.01. A: weight, B: fasting blood glucoseFigure 1 Body weight and FBG in ZDF rats

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 大鼠体质量和空腹血糖的变化

ZDF模型组体质量明显高于ZDF对照组(P＜0.01),试验期间，ZDF对照组体质量持续稳定增长，而ZDF模型组体质量在高脂饲喂后第1～2周快速增长，在饲喂第2周之后体质量增加趋于缓慢。同时可见，ZDF对照组空腹血糖水平一直处于稳定状态，而ZDF模型组在高脂饲喂后空腹血糖迅速显著上升(P＜0.01)，在饲喂第2周之后ZDF模型组逐渐趋于稳定的高血糖状态(图1)。

2.2 大鼠血脂和TC/HDL-C、AI的变化

与ZDF对照组比, 高脂饲喂后, ZDF模型组血清TC、TG、HDL-C和LDL-C水平均迅速显著升高(P＜0.01), 高脂饲喂2周之后即第4、6周时TG水平逐渐趋于稳定, 而TC、HDL-C和LDL-C水平仍持续上升, 尤其是LDL-C水平呈现倍数增高。另外,ZDF模型组高脂饲喂后心血管危险因子TC/HDL-C和动脉硬化指数AI亦显著升高(P＜0.01)(图2和表1)。

2.3 大鼠糖耐量试验

糖耐量试验发现，ZDF对照组经口灌胃给予2.5 g/kg的葡萄糖后，ZDF(fa/+)大鼠血糖值上升缓慢，60 min达到高峰后迅速下降，180 min的血糖值降至给糖前(0 min)水平; 而ZDF模型组经口灌胃给予2.5 g/kg的葡萄糖后，ZDF(fa/fa)大鼠血糖值快速上升，60 min达到高峰，之后血糖下降缓慢，180 min的血糖值仍显著高于给糖前(0 min)水平(P＜0.01), 与ZDF对照组比，ZDF模型组180 min糖耐量曲线下面积显著升高(P＜0.01)(表2)。

2.4 大鼠胰岛素耐量试验

注: 与ZDF对照组比, **P＜0.01; A: CHOL, B: TG, C: HDL-C, D: LDL-C图 2 实验期间ZDF大鼠血脂水平Note: compared with the control group, **P＜0.01. A: CHOL, B: TG, C: HDL-C, D: LDL-CFigure 2 Lipid levels in ZDF rats during experiment

胰岛素耐量试验发现，ZDF对照组皮下注射胰岛素后血糖迅速下降，在注射胰岛素后30 min时血糖值下降显著(P＜0.01)，在达到低值(60 min)后上升缓慢，120 min时维持在较低水平，180 min时仍显著低于注射胰岛素前(0 min)的水平(P＜0.01);而ZDF模型组皮下注射胰岛素后血糖下降缓慢, 在注射胰岛素后30 min时血糖下降仍不明显(P＞0.05),达到低值(60 min)后迅速上升, 180 min的血糖值高于注射胰岛素前(0 min)的水平(表3)。

2.5 大鼠空腹胰岛素水平和胰岛素抵抗程度

与ZDF对照组比，ZDF模型组高脂饲喂后空腹胰岛素和HOMA-IR指数显著升高(P＜0.01)，而HOMA-β 指数则显著降低(P＜0.01)(表4)。

表 1 实验期间ZDF大鼠TC/HDL-C和AITable 1 TC/HDL-C and AI in ZDF rats during the experiment

表 2 ZDF大鼠糖耐量试验Table 2 Results of OGTT in ZDF rats

表 3 ZDF大鼠胰岛素耐量试验Table 3 Results of ITT in ZDF rats mmol/L

表 4 ZDF大鼠空腹胰岛素和HOMA指数Table 4 Results of FINS and HOMA index in ZDF rats

3 讨论

目前, 全世界糖尿病的患病人数已超过2.85亿,到2030年预计将近5亿。在我国20岁以上人群中糖尿病的患病率高达9.7%, 约有9 240万成年人在受糖尿病折磨[5]。在DM中，2型糖尿病是发病的主体，约占90%[1]。理想的动物模型是研究2型糖尿病的关键。许多研究发现普通大鼠长期高脂饲喂，可出现胰岛素抵抗的特征，但是血糖升高不明显[6～7]。最近国内引进了具有自发性2型糖尿病的ZDF(Zucker Diabetic Fatty rat) 大鼠, 但该大鼠须经特殊饲料purina#5008诱导后, 才能产生高脂血症和高血糖症, 14周龄时则出现胰岛素缺乏[2]。由于进口饲料价格昂贵, 在应用上受到限制。为此, 本实验采用国内普通的高脂饲料配方进行饲喂试验，结果发现，用国内常用的高脂饲料配方饲喂后,ZDF(fa/fa)大鼠血糖迅速升高, 在高脂饲喂2周时即可出现高血糖症, 血糖平均值在25 mmol/L左右, 之后处于稳定的高血糖状态, 并伴有高血脂、高胰岛素血症和糖耐量异常等代谢综合症, 这与国外报道的资料相一致[3]。由于大鼠容易受抓取、固定等实验操作的影响引起应激导致高血糖, 而ZDF(fa/+)大鼠无自发性高血糖。因此, 本实验用ZDF(fa/+)大鼠作为对照, 试验期间ZDF(fa/+)大鼠的血糖值均处于稳定状态, 说明本实验操作中无应激反应, 可排除ZDF(fa/fa)大鼠因实验操作而引起的应激性血糖升高。

2型糖尿病血脂异常的发病机制与胰岛素抵抗密切相关, 2型糖尿病患者经常伴有脂代谢紊乱, 导致血脂升高，血脂升高又可以吸附大量的胰岛素，导致患者胰岛素抵抗，从而形成恶性循环[8～9]。实验性的2型糖尿病大鼠模型常用SD大鼠或Wistar大鼠高脂饲喂或小剂量注射STZ联合高脂饲料诱导，但大鼠对脂质的吸收率低，清除快，造模后的TC值大多在2.5 mmol/L左右[4,10～11]，而人类正常的TC值范围为3.1～5.18 mmol/L，实验性2型糖尿病大鼠模型的血脂水平与临床差异较大。而本研究发现，ZDF(fa/fa)大鼠高脂饲喂2周时, 血清TC、TG、HDL-C、LDL-C的含量均显著升高, 并明显高于人类的正常水平, ZDF(fa/fa)大鼠血清TC值均在7.0 mmol/L以上, 并随着饲喂周期的延长而持续升高,高脂饲喂6周后, TC值平均达13.25 mmol/L, 与人类2型糖尿病引起的血脂异常相类似。高脂血症是糖尿病血管并发症的重要因素。目前业已证实，血清TC和LDL-C水平升高是心脑血管动脉硬化的主要危险因素。而本研究发现ZDF(fa/fa)大鼠高脂饲喂2周后, 心脑血管疾病的风险因子TC/HDL-C和AI指数呈倍数升高, 说明高脂饲喂大大增加ZDF(fa/fa)大鼠发生糖尿病血管并发症的风险。

为进一步评价ZDF大鼠胰岛素抵抗的程度, 作者采用Matthews等提出的稳态模型(HOMA)来测定胰岛素β分泌指数, 其中胰岛β细胞分泌指数还可以反映动物对胰岛素的敏感性, 此法简单实用, 是评价胰岛素抵抗的金标准[12]。结果显示, ZDF(fa/fa)大鼠高脂饲喂6周后, 空腹胰胰岛素和HOMA-IR指数明显升高, 而HOMA-β指数则显著降低, 表明高脂诱导ZDF(fa/fa)大鼠呈现出胰岛素抵抗特征, 并伴有胰岛β细胞的功能障碍，胰岛素的敏感性下降。

综上可知, ZDF(fa/fa)大鼠饲喂高脂饲料后出现高血糖伴高脂血症、糖耐量异常和高胰岛素血症, 同时出现胰岛素耐量增加和胰岛素敏感性降低, 较适合于胰岛素抵抗引起的2型糖尿病和代谢综合症的研究。

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The Characteristics of Glucolipid Metabolism and Insulin Resistance in ZDF(fa/fa) Rats

XI Sai-fei1, SI Xu-wei2, ZHU Ke-yan1, CHEN Xiao-zhen1, YANG Tao-tao1, CHEN Min-li1
(1. Laboratory Animal Research Center, Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou 310053; China;2. Shaoxing People’s Hospital, Shaoxing 312000, China)

ObjectiveTo observe the characteristics of glucolipid metabolism and insulin resistance in ZDF rats after feeding with high fat diet.MethodsSix ZDF (fa/fa) rats in model group were fed with high fat diet, 6 ZDF (fa/+) rats in control group, fed with normal diet, lasted for 6 weeks. The body weight was measured every week. Glucose, cholesterol, triglycerides, high-density lipoprotein, low density lipoprotein were measured every two weeks, TC/HDL-C and AI were calculated. In 6thweek, the fasting insulin, OGTT and ITT were measured. HOMA-IR, HOMA-β were calculated.ResultsAfter feeding with high fat diet, the blood glucose and lipid levels in ZDF model group were rapidly increased (P＜0.01),TC/HDL-C and AI were significantly increased (P＜0.01), after 4 weeks, they remained stable.In 6thweek, fasting insulin and HOMA-IR were significantly increased (P＜0.01), but HOMA-β was significantly decreased (P＜0.01).ConclusionZDF rats induced by high fat diet, exhibits hyperglycemia with hyperlipidemia, abnormal glucose tolerance and hyperinsulinemia, and also exhibits increased insulin tolerance and decreased insulin sensitivity. ZDF rats are suitable to study tyjpe 2 diabetes mellitus and metabolic syndrome which caused by insulin resistance.

ZDF rats; Glucolipid metabolism; Insulin resistance

Q95-33

A

1674-5817(2014)02-0102-05

10.3969/j.issn.1674-5817.2014.02.005

2013-11-26

1.浙江省公益性技术应用研究项目(2013C37021);2. “浙江省卫生高层次创新人才培养工程项目”资助

奚赛飞(1989-), 女, 硕士研究生, 研究方向: 中药药理与比较医学。E-mail: xisaifei1228@163.com

陈民利(1963-), 女, 硕士, 教授, 研究方向: 实验动物与比较医学, E-mail: cmli991@aliyun.com