高铝暴露致大鼠肌肉胰岛素抵抗作用及机制

覃晓洁 杨大伟 韦 喜 何明杰 王民登 吴标良

(右江民族医学院附属医院重症医学科，广西 百色 533000)

过量铝摄入与神经、消化、内分泌、免疫等多种疾病的发生有关〔1,2〕，铝等微量元素可影响机体糖代谢水平，且与糖尿病并发症的发生有密切关系〔3,4〕，但具体机制尚未阐明。本研究拟观察高铝暴露后大鼠糖代谢及胰岛素抵抗水平变化，并观察大鼠肌肉组织胰岛素受体底物(IRS)-1、葡萄糖转运蛋白(GLUT)4表达变化，探讨高铝暴露致胰岛素抵抗、糖代谢异常的发生机制。

1 材料和方法

1.1实验动物及试剂 雄性Wistar大鼠60只，体重250～300 g，购自右江民族医学院实验动物中心。结晶氯化铝分析纯(AlCl3·6H2O，相对分子质量241.43)购自西安化学试剂厂。

1.2动物分组及造模 将大鼠随机分为两组，每组30只，根据参考文献〔5〕，制作高铝暴露模型：高铝暴露组予AlCl340 mg/kg尾静脉注射，对照组予生理盐水3 ml/kg,尾静脉注射，1次/d，同步实验,连续注射7 d。实验开始及结束时尾静脉取血测定空腹血糖(FBG)、空腹胰岛素(FINS)，实验结束时处死大鼠，留取骨骼肌组织备用。

1.3血糖及胰岛素测定 FBG测定采用氧化酶法，FINS测定采用化学发光法，分别由左江民族医院医学检验中心及核医学科专人使用日立7600-020全自动生化分析仪及美国贝克曼ACCESS2全自动微粒子化学发光免疫分析系统完成，均使用配套专用试剂盒。使用公式计算胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)及胰岛素敏感指数(ISI)：HOMA-IR=FINS(pmol/L)×FBG(mmol/L)/22.5，ISI=ln〔1/(FPG×FINS)〕。

1.4免疫组化测定 取部分肌肉组织于甲醛溶液固定48 h，经梯度乙醇脱水，二甲苯置换，浸蜡包埋，纵向切成3 mm厚的切片，免疫组化法检测GLUT-4、 IRS-1蛋白表达水平，采用多聚合物酶EliVision法(试剂购自中杉金桥技术有限公司)，免疫组化阳性判断：于细胞质、细胞膜等部位出现棕色或褐色沉着为免疫组化阳性反应，可为连续线状、不连续点状弥漫分布；使用Imagepro Plus 图像处理软件进行半定量分析，用平均光密值(AOD)表示，各检测法按照试剂盒说明。

1.5统计学方法 采用SPSS17.0软件进行t检验。

2 结 果

2.1FBG比较 实验前两组FBG差异无统计学意义(P>0.05)；实验后高铝暴露组FBG水平较对照组显著升高(P<0.01)，见表1。

2.2FINS、HOMA-IR、ISI比较 实验后，与对照组相比，高铝暴露组FINS、HOMA-IR水平明显升高，ISI水平显著下降(P<0.01)。见表2。

2.3肌肉组织IRS-1、GLUT-4表达比较 与对照组比较，高铝暴露肌肉组织IRS-1、GLUT-4表达水平均显著下降(P<0.01)，见表1、图1。

表1 两组实验前后FBG水平及实验后FINS、HOMA-IR、ISI水平、肌肉组织IRS-1、GLUT-4表达比较

与对照组相比:1)P<0.01；与实验前比较：2)P<0.01；下表同

图1 实验后两组肌肉组织IRS-1、GLUT-4免疫组化(×200)

3 讨 论

铝等微量元素可影响机体糖代谢水平，且与糖尿病并发症的发生有密切关系〔3,4〕，高铝暴露地区人群糖代谢紊乱发生率较非高铝暴露地区高〔6〕，有研究表明,在急性铝中毒中,血糖升高是一个导致死亡的重要因素,并推测其可能与氧化应激相关〔7,8〕。糖代谢产生的机制较为复杂,胰岛素抵抗是其中的重要机制之一。本研究表明，高铝暴露后机体胰岛素抵抗水平升高，胰岛素利用不足，从而导致了血糖升高；高铝暴露后机体胰岛素敏感性下降，导致了胰岛素抵抗的产生，从而导致了糖代谢紊乱的形成，这可能是高铝暴露致糖代谢紊乱的机制之一。IRS-1是一种与胰岛素抵抗发生密切相关的受体后信号转导蛋白，主要在胰岛素敏感组织如肌肉、肝脏、脂肪等分布。

胰岛素与胰岛素受体结合后，会促使IRS-1发生磷酸化，进一步与下游磷脂酰肌醇3-激酶(PI-3K)的P85亚基结合，并催化P110亚基，激活PI-3K，从而使GLUT-4从细胞内转移到细胞膜上，调节葡萄糖转运，此时葡萄糖可通过GLUT-4 转运至细胞内〔9,10〕，机体的糖代谢水平从而得以调节。与IRS-1一样，GLUT-4也主要存在于肌肉、肝脏、脂肪等组织内。总体而言，GLUT-4是胰岛素信号转导的重要分子，是细胞信号传导通路的开关，而IRS-1是胰岛素信号转导中的重要蛋白，负责将胰岛素信号转导至细胞内。有研究发现，胰岛素抵抗患者骨骼肌细胞IRS-1含量下降，IRS-1酪氨酸磷酸化水平较正常人下降，IRS-1基因敲除后大鼠可出现了不同程度的胰岛素抵抗〔11,12〕；Previs等〔13〕研究显示,胰岛素抵抗大鼠骨骼肌和肝细胞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 参与胰岛素抵抗的发生过程。本研究表明，高铝暴露大鼠胰岛素抵抗产生的原因可能是高铝暴露导致IRS-1、GLUT-4蛋白水平下降，影响胰岛素信号的转导，从而致使葡萄糖不能向细胞内转移，最终引起机体血糖水平升高，糖代谢紊乱。综上，高铝暴露可导致机体胰岛素抵抗发生，其机制可能是高铝暴露致使机体IRS-1、GLUT-4蛋白表达下降，进而促使机体胰岛素抵抗形成，最终引起糖代谢紊乱。