补硒对血糖受损大鼠胰岛素抵抗和胰岛素敏感性的影响

蒋 霞 童 星, 袁林喜, 秦立强*

1.江苏省常州市疾病预防控制中心, 江苏 常州 213022; 2.苏州大学公共卫生学院, 营养与食品卫生教研室, 江苏 苏州 215123; 3.江苏省硒生物工程技术研究中心, 江苏 苏州 215123

补硒对血糖受损大鼠胰岛素抵抗和胰岛素敏感性的影响

蒋 霞1,2童 星2, 袁林喜3, 秦立强2*

1.江苏省常州市疾病预防控制中心, 江苏 常州 213022; 2.苏州大学公共卫生学院, 营养与食品卫生教研室, 江苏 苏州 215123; 3.江苏省硒生物工程技术研究中心, 江苏 苏州 215123

为了探讨补硒对空腹血糖受损大鼠血糖、胰岛素水平、胰岛素抵抗及胰岛素敏感性的影响,将40只大鼠随机分成4组，对照组、单纯高脂饲料组(HFD，饲料硒含量0.3 mg/kg),另外两组在HFD基础上添加富硒小麦(HFD+Se+，硒含量0.6 mg/kg；HFD+Se++，硒含量1.2 mg/kg)。实验前和实验第5周、10周、16周采血测定空腹血糖(FBG)和空腹胰岛素(FINS)，计算胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)和胰岛素敏感指数(ISI)。结果发现，无论补硒与否，高脂喂养大鼠体重明显高于对照组。从第10周开始3个高脂组FBG和FINS明显上升，提示空腹血糖受损。第16周时，HFD+Se+组和HFD+Se++组FINS显著低于HFD组，HFD+Se+和HFD+Se++组HOMA-IR显著低于HFD组，HFD+Se++组ISI显著高于HFD组。结果说明，补硒改善了空腹血糖受损大鼠的胰岛素抵抗，提高了胰岛素敏感性。

硒；空腹血糖受损；血糖；胰岛素

糖尿病前期是一种介于正常血糖和糖尿病诊断标准之间血糖升高的状态，又称为糖调节受损，是糖尿病的必经阶段。全球范围内糖尿病前期病人人数迅速增长，数据显示2003年全球患者为3.14亿，预计2025年将达到4.72亿[1]。空腹血糖受损(IFG)和糖耐量受损(IGT)是糖调节受损的两种高血糖状态。IFG是2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)病程中一个重要阶段，是T2DM最重要的危险因素之一，但是IFG这个阶段是可以预防的，通过恰当的方法可以抑制病情的发展甚至逆转，所以在这一可逆阶段进行干预有利于预防T2DM的发生。

膳食在T2DM的预防中起着十分重要的作用。近几年，一些体内外实验证实硒的类胰岛素作用[2,3]可以调节血糖水平，若在IFG阶段通过硒干预来控制血糖上升则对预防T2DM有着积极意义。因此，本研究探讨了补硒对空腹血糖受损大鼠血糖、胰岛素水平、胰岛素抵抗和胰岛素敏感性的影响，以期为糖尿病的治疗方案提供更多参考。

1 材料与方法

1.1动物与分组

40只6 周龄的雄性Wistar大鼠购于上海斯莱克实验动物有限公司(许可证号SCXK(沪)2012-0002)，适应性喂养1周后随机分成4组，分别为对照组、单纯高脂饲料(HFD)组以及两个在HFD基础上补硒(HFD+Se+和HFD+Se++)组，每组10只。

1.2饲料组成

大鼠普通粉末饲料购于上海斯莱克实验动物有限公司(许可证号为沪饲证(2014)04001)，食用猪油购于嘉里粮油(四川)有限公司。在每100 g普通粉末饲料中添加110 g猪油制成高脂饲料。饲料中添加的硒来源于富硒小麦(苏州硒谷科技有限公司)。用原子荧光分光光度计(AFS-9230，北京吉天仪器优先公司)检测普通粉末饲料和富硒小麦中硒含量分别为0.3 mg/kg和37.2 mg/kg。每210 g(100 g普通饲料+110 g猪油)的HFD、HFD+Se+和HFD+Se++组饲料中分别添加1.70 g、3.43 g和6.99 g富硒小麦，最终对照组、HFD、HFD+Se+和HFD+Se++中硒含量分别为0.3 mg/kg、0.3 mg/kg、0.6 mg/kg和1.2 mg/kg。

1.3指标测定

大鼠连续饲养16周，每天观察大鼠毛色、饮水饮食、排泄、活动能力和反应灵敏度等基本情况。每周称量一次大鼠体重。饲料置于专用大鼠给食器中，每天下午4点左右给食，次日上午10点左右撤食，并清洗给食器。实验前和实验第5周、10周、16周时大鼠禁食过夜，次日上午划破大鼠尾部，轻轻挤压出一小滴血液，滴于罗氏活力©血糖试纸，用罗氏血糖仪(ACCU-CHEK©Active，德国罗氏公司)测定空腹血糖(FBG)。继续收集0.5～1.0 mL血液离心取血浆，利用大鼠用ELISA试剂盒(Millipore, Billerica, MA, USA)测定FINS水平。采用稳态模型(HOMA-IR)评价胰岛素抵抗，公式为：

HOMA-IR随着胰岛素抵抗程度加重而上升。采用胰岛素敏感指数(ISI)评价胰岛素敏感性，ISI越高，胰岛素越敏感，计算公式为:

ISI=Ln[1/(FBG×FINS)]

1.4统计学分析

2 结果与分析

2.1大鼠体重变化

干预前,4组大鼠的平均体重无显著差异。干预后，4组大鼠毛色、饮水饮食、排泄、活动能力和反应灵敏度等无显著差异。3组高脂喂养大鼠的体重增长明显快于对照组，实验结束时对照组大鼠体重为402.3±17.6 g，而HFD、HFD+Se+和HFD+Se++组体重达到470.8±30.5 g、480.1±37.1 g和460.6±24.9 g，3组之间无显著差异，但均显著高于对照组(P<0.01)(图1)，这说明高脂喂养显著增加了大鼠的体重。

2.2空腹血糖和胰岛素变化

干预前和干预后第5周时4组之间的FBG无显著差异。干预后第10周时3个高脂组FBG显著高于对照组(P<0.05)，而高脂组之间无明显差异；第16周时4组的FBG分别为5.13±0.42 mmol/L、 5.76±0.37 mmol/L、 5.82±0.42 mmol/L和5.59±0.25 mmol/L，高脂组FBG显著高于对照组(P<0.05)，而高脂组之间无明显差异(图2A)，高脂组产生了空腹血糖受损。干预前和干预后第5周时4组之间FINS无显著差异。干预后第10周时3个高脂组FINS显著高于对照组(P<0.01)，高脂组之间无明显差异；第16周时，高脂组FINS仍显著高于对照组(P<0.01)，但HFD+Se+组和HFD+Se++组显著低于HFD组，此时4组的FINS分别为26.18±2.13 mU/L、 36.04±3.28 mU/L、 33.06±3.04 mU/L和32.29±2.91 mU/L(图2B)，因此，补硒抑制了高脂引起的胰岛素水平的升高。

图1 实验期间各组小鼠体重变化趋势Fig.1 The changes of rats body weight during the experiment.

图2 实验期间各组空腹血糖(A)和胰岛素(B)变化趋势Fig.2 The changes of FBG (A) and FINS (B) during the experiment.

2.3胰岛素抵抗指数的变化

由表1所示，干预前和干预后第5周时4组的HOMA-IR无显著差异。干预后第10周时3个高脂组HOMA-IR显著高于对照组(P<0.05)，而高脂组之间无明显差异；第16周时，高脂组仍然显著高于对照组(P<0.05)，但是HFD+Se+组和HFD+Se++组的HOMA-IR显著低于HFD组(P<0.05)，HFD+Se++组则显著低于HFD+Se+组(P<0.05)，说明补硒改善了胰岛素抵抗。

2.4胰岛素敏感指数的变化

由表2所示，干预前和干预后第5周时4组的ISI无显著差异。干预后第10周时3个高脂组显著高于对照组(P<0.05)，而高脂组之间无明显差异(P>0.05)；第16周时，3个高脂组ISI显著低于对照组(P<0.05)，HFD+Se++组则显著高于HFD组和HFD+Se+组(P<0.05)，说明补硒增加了胰岛素敏感性。

表1 实验期间各组胰岛素抵抗指数Table 1 HOMA-IR in each group during the experiment.

注：同列不同处理间不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

表2 实验期间各组胰岛素敏感指数Table 2 ISI in each group during the experiment.

注：同列数据后不同字母表示差异具有表示差异显著(P<0.05)。

3 讨论

干预前对照组和3个高脂组的FBG之间没有统计学差异。干预后第10周时3个高脂组FBG显著高于对照组，说明高脂喂养在第10周时对空腹血糖产生影响，产生类似于人类的IFG。IFG与基础胰岛素分泌缺陷和胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)相关[4]。第10周时3个高脂组FBG和FINS明显上升，HOMA-IR增加，ISI下降。第16周时，补硒组的HOMA-IR显著低于HFD组，HFD+Se++组的ISI显著高于HFD组，提示补硒改善了胰岛素抵抗，增加了胰岛素敏感性。

Ezaki[2]首先提出硒的类胰岛素作用，以硒酸盐的形态通过两种类型的葡萄糖载体从脂肪细胞胞内位点转移到质膜来促进葡萄糖转移的活性，并能促进核糖体S6蛋白质的磷酸化作用[2]。IFG状态下血浆硒水平降低导致硒的葡萄糖摄取功能下降以及增强胰岛素敏感性和信号放大作用减弱, 这可能与胰岛素抵抗的发生有关。Hwang等[5]的研究也发现补硒能诱导非肥胖型糖尿病小鼠Akt蛋白的表达和磷酸化从而明显活化胰岛素信号途径。Tanko等[6]用高胆固醇喂养大鼠诱导T2DM和氧化应激模型，富硒酵母干预6周后显著改善了氧化应激并减低了血糖水平。另外，T2DM患者体内炎症因子水平升高，促进脂肪组织、肝脏和肌肉部位的胰岛素抵抗和破坏胰腺中的β细胞[7]。这些细胞因子的表达依赖于转录因子NF-κB的核转位，而硒能够阻断NF-κB途径，从而降低炎症因子水平和胰岛素抵抗[8]。

人群研究也关注硒与胰岛素抵抗及T2DM之间的关系[9]。Stranges等[10]在皮肤病科收集非糖尿病患者硒干预病例7年，结果发现补硒并不能预防T2DM的发生。Park等[11]收集了两个美国队列的指甲硒，分析20年后T2DM的发病情况，发现指甲硒含量越高，T2DM发病风险越低。Wang等[12]的非线性剂量反应Meta分析显示血清硒和T2DM发病风险之间呈“U”型关系。最近的研究直接观察了膳食硒和IR的关系，研究发现HOMA-IR升高组硒摄入量较低，进一步的分析还证实只有硒摄入量低于1.6 μg/kg·d，高硒摄取才能改善IR[13]。我国成人硒的推荐摄入量(DRI)为60 μg[14]。对于60 kg体重成人来说，1.6 μg/kg为96 μg，该剂量已超DRI，因此在低于硒推荐摄入量的情况下，补硒可能对改善IR起到一定的作用。

总之，改善空腹血糖受损这一可逆状态可以预防糖尿病的发生，建议硒摄入不足的糖尿病危险人群适量增加必需微量元素硒的摄入量。

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EffectofSeleniumSupplementationonInsulinResistanceandInsulinSensitivityinRatswithImpiredFstingGlucose

JIANG Xia1,2, TONG Xing2, YUAN Linxi3, QIN Liqiang2*

1.ChangzhouCenterforDiseaseControlandPrevention,JiangsuChangzhou213022,China; 2.DepartmentofNutritionandFoodHygiene,SchoolofPublicHealth,SoochowUniversity,JiangsuSuzhou215123,China; 3.JiangsuBio-engineeringResearchCentreofSelenium,JiangsuSuzhou215123,China

To investigate the effects of selenium (Se) supplementation on fsting blood glucose (FBG) level, fsting insulin (FINS) level, insulin resistance and insulin sensitivity in rats with impired fsting glucose, 40 rats were randomly divided into control group, high-fat diet (HFD, 0.3 mg/kg Se) group, HFD supplemented with two levels of Se (HFD+Se+, 0.6 mg/kg Se; HFD+Se++, 1.2 mg/kg Se) groups. FBG and FINS were measured at the beginning and the fifth, tenth, sixteenth weeks of the experiment. Insulin resistance index (HOMA-IR) and insulin sensitivity index (ISI) were calculated according FBG and FINS. As a result, the body weight of rats was significantly higher in high-fat diet groups (including Se supplementation) than control group. From the tenth week, FBG and FINS significantly increased in 3 groups with high fat diet, demonstrating impaired fasting glucose in these rats. At sixteenth weeks, FINS was significantly decreased in HFD+Se+ and HFD+Se++ groups than in HFD group. HOMA-IR was also significantly decreased in HFD+Se+ and HFD+Se++ groups than in HFD group. On the other hand, ISI was significantly increased in HFD+Se++ group than in HFD group. In conclusion, Se supplementation improves insulin resistance and increases insulin sensitivity.

selenium; impired fsting glucose; blood glucose; insulin

2017-07-07;接受日期2017-07-31

国家自然科学基金项目(81472974; 81273067)资助。

蒋 霞，医师，主要从事营养相关疾病的研究。E-mail: whojx@126.com。*通信作者：秦立强，教授，博士生导师，主要从事营养与食品卫生研究。E-mail: qinliqiang@suda.edu.cn

10.19586/j.2095-2341.2017.0074