量子降糖装置对2型糖尿病模型小鼠的血糖调节作用

白雪松 孙德春 宋 岩 李银清*

（1 长春中医药大学，吉林 长春 130117；2 长春先盈医疗科技有限公司，吉林 长春 130103）

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是由机体胰岛素分泌机制的缺陷或胰腺生物学功能损害引起的以持续高血糖为特点的代谢性疾病[1]。随着现代社会生活方式的改变和生活水平的提高，DM的发病率逐年升高，目前全世界约有1.5亿DM患者，预计到2025年将突破3亿[2]。医学发展到今天，DM仍是一种可以控制但不能根治的疾病[3]。目前，DM的治疗主要以饮食控制、口服降糖类药物或注射胰岛素为主，长期血糖控制不佳者，容易导致多种并发症发生。尽管基础及临床研究众多，但现有的限制饮食、锻炼和药物治疗方案不能达到满意疗效和长期治愈是个不争的事实。

相比药物的化学治疗方法，医疗器械这类物理治疗方法更具有安全性，如 量子降糖装置等[4-7]。最新研发的量子降糖装置，是以量子生物学技术为核心基础，结合细胞生物学、物理学、医学等先进技术，采用激光诱导等离子体输出复合物理因子为底层技术的新型量子降糖装置。该装置输出的物理因子作用在皮肤表面被选择性吸收，通过实验验证可促进GLP-1、GLUT-4的表达；同时抑制白细胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）等促炎性因子，从而对DM起到治疗作用。基于此，本研究在高脂饲料结合链脲佐菌素（STZ）诱导小鼠2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）模型上，对量子降糖装置的降血糖作用进行科学评价，以期为量子降糖医疗器械的应用提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验动物与饲料 SPF级健康雄性ICR小鼠，体质量18～22 g，购于长春市亿斯实验动物技术有限责任公司，生产许可证号：SCXK（吉）-2018-0007。基础饲料和高脂饲料（83.30%基础饲料+10.00%猪油+3.00%胆固醇+3.00%白砂糖+0.50%的胆酸钠+0.20%丙基硫氧嘧啶，均为质量分数）由长春市亿斯实验动物技术有限责任公司提供。

1.1.2 试剂 链脲佐菌素（streptozocin，STZ）来自北京索莱宝科技有限公司；三酰甘油（triglyceride，TG）、总胆固醇（total cholesterol，TC）试剂盒来自南京建成生物工程研究所；小鼠低密度脂蛋白胆固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）、高密度脂蛋白胆固醇（high density lipoprotein cholesterol，HDL-C）、胰岛素（insulin，INS）、糖化血红蛋白（glycated hemoglobin A1c，GHbA1c）、胰高血糖素样肽-1（glucagon like peptide-1，GLP-1）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-1β、小鼠干扰素-γ（interferon-γ，INF-γ）、IL-6等酶联免疫试剂盒来自上海江莱生物科技有限公司。

1.1.3 仪器与设备 全膜终端过滤独立送风净化笼具（苏州新区枫桥净化设备厂）；量子降糖装置（授权发明专利号：201610389569.0，长春先盈医疗科技有限公司）；血糖仪（德国Roche诊断有限公司）；ELx800型全自动酶标仪（美国BioTek公司）。

1.2 方法

1.2.1 动物模型建立 采用80只雄性ICR小鼠，基础饲料适应性喂养1周后，随机选取10只小鼠作为空白组，继续饲喂基础饲料，70只小鼠连续8周饲喂高脂饲料；8周后筛选出体质量增加值超过空白组平均体质量20%的小鼠，隔夜禁食12 h后，连续3 d，每日1次腹腔注射STZ 40 mg/kg；于第9周末，小鼠禁食6 h后，尾静脉取血测空腹血糖（fastingplasmaglucose，FBG），若连续2次FBG值≥11.10 mmol/L即认为T2DM模型建模成功[8]，并剔除不成模者。从第10周开始，将40只STZ诱导的DM模型小鼠随机分成4组，每组10只，分别为模型组、阳性对照组（二甲双胍组）、常规组及强化组，均饲喂基础饲料至第15周实验结束。

1.2.2 治疗方案 空白组和模型组小鼠每日灌胃12 mL/kg无菌生理盐水；二甲双胍组小鼠每日灌胃200 mg/kg盐酸二甲双胍；常规组和强化组小鼠均采用量子降糖装置进行治疗，其中，常规组小鼠所采用的量子强度功率输出值为70 μW/cm2，每日治疗1次；强化组小鼠所采用的量子强度功率输出值为65 μW/cm2，每日治疗2次；12 d为1个疗程，共治疗3个疗程，每1个疗程结束后休息2 d，再进行下1个疗程的治疗。

1.2.3 体质量和FBG的测定 STZ诱导的T2DM模型小鼠在第10～15周治疗期间，每周进行1次体质量及FBG的测定。小鼠隔夜禁食12 h后，采用血糖仪尾静脉采血直接测定血糖值。

1.2.4 口服葡萄糖耐量试验（oral glucose tolerance test，OGTT）检测 第15周末各组小鼠隔夜禁食12 h后，灌胃50%葡萄糖溶液（2 g/kg），分别在30、60、90、120 min后，采用血糖仪尾静脉采血直接测定血糖值，并计算血糖曲线下面积（area under the curve，AUC）。

1.2.5 血清学生化指标检测 于第15周末，各组小鼠禁食12 h后，麻醉后摘眼球取血，静置离心（3000 r/min，4 ℃，10 min）收集血清后，于-80 ℃冻存。采用酶联免疫试剂盒检测小鼠血清中TC、TG、LDL-C、HDL-C、INS、GLP-1、GHbA1c、INF-γ和IL-6的水平，并严格按试剂盒说明书要求操作。

1.2.6 统计学分析 采用SPSS 22.0软件进行统计学分析。所有数据均采用（）表示，各组间差异采用单因素方差分析，a表示与模型组比较，差异显著（P＜0.05），b表示与模型组比较，差异极显著（P＜0.01）。

2 结果

2.1 量子降糖装置对小鼠体质量和FBG的影响 在第10～15周治疗期间，分别对小鼠的体质量和FBG进行了检测（表1和表2），模型组小鼠的体质量和FBG均呈现持续升高趋势，说明高脂饲料结合STZ诱导的T2DM模型小鼠建模成功。由表1可以看出，与模型组相比，常规组和强化组体质量明显下降，差异有统计学意义（P＜0.05），从第14周后，体质量低于空白组，但趋于平稳，维持在47 g左右，说明量子降糖装置具有缓解由T2DM导致的体质量下降趋势；由表2可以看出，从第11周起，与模型组相比，其他组小鼠的FBG明显下降，差异有统计学意义（P＜0.05或P＜0.01）；第15周时，发现常规组和强化组与二甲双胍组一样FBG显著降低，差异有统计学意义（P＜0.01）。结果表明，量子降糖装置能显著降低T2DM小鼠的FBG值。

表1 量子降糖装置对小鼠体质量的影响（g，）

表1 量子降糖装置对小鼠体质量的影响（g，）

注：与模型组相比，aP＜0.05，bP＜0.01。

表2 量子降糖装置对小鼠FBG的影响（mmol/L，）

表2 量子降糖装置对小鼠FBG的影响（mmol/L，）

注：与模型组相比，aP＜0.05，bP＜0.01。

2.2 量子降糖装置对小鼠糖耐量的影响 由图1A可以看出，小鼠在给予葡萄糖2 h内，模型组的各时点血糖值均显著升高，并一直高于其他4组，随着葡萄糖负荷时间的延长，各组小鼠血糖值均呈下降趋势，说明量子降糖装置能够抑制各时点的血糖值；由图1B可以看出，与模型组相比，常规组和强化组的AUC明显减少，差异有统计学意义（P＜0.01），且常规组的AUC与二甲双胍组相近。结果表明，量子降糖装置能有效改善T2DM小鼠的血糖调节能力，有效减缓餐后血糖水平的迅速升高。

2.3 量子降糖装置对小鼠血脂水平的影响 由表3可以看出，T2DM小鼠体内血糖代谢异常同时会引起血脂代谢紊乱，与模型组相比，常规组和强化组小鼠的血清中的TC、TG和LDL水平均有降低，且强化组的TC和TG水平差异有统计学意义（P＜0.05）；常规组和强化组小鼠的血清中的HDL水平显著升高，差异有统计学意义（P＜0.05）。说明量子降糖装置能有效改善T2DM小鼠的血脂代谢紊乱。

表3 量子降糖装置小鼠血脂水平的影响（）

表3 量子降糖装置小鼠血脂水平的影响（）

注：与模型组相比，aP＜0.05。

2.4 量子降糖装置对小鼠INS、GHbA1c、GLP-1水平的影响 由表4可以看出，与模型组相比，常规组和强化组小鼠的血清中的INS水平均有升高，GHbA1c水平均有降低，且强化组的GHbA1c水平差异有统计学意义（P＜0.05）；GLP-1水平显著升高，差异有统计学意义（P＜0.05或P＜0.01）。结果表明，量子降糖装置能有效降低T2DM小鼠GHbA1c的生成率，提高GLP-1的含量，改善INS抵抗的现象，具有较明显的降血糖效果。

2.5 量子降糖装置对小鼠炎性因子水平的影响 由图2可以看出，T2DM会诱发小鼠体内慢性炎症，升高血清中 炎性因子TNF-α、INF-γ、IL-1β以及IL-6的水平。与模型组相比，常规组和强化组小鼠血清中TNF-α（图2A）和IL-1β（图2C）水平显著降低，差异有统计学意义（P＜0.05或P＜0.01）；INF-γ和IL-6水平也有所降低，但差异无统计学意义（P＞0.05），说明量子降糖装置能够改善T2DM小鼠血清中炎性因子的水平，进而缓解机体慢性炎症状态。

图1 量子降糖装置对小鼠糖耐量的影响

表4 量子降糖装置对小鼠INS、GHbA1c、GLP-1水平的影响（）

表4 量子降糖装置对小鼠INS、GHbA1c、GLP-1水平的影响（）

注：与模型组相比，aP＜0.05，bP＜0.01。

图2 量子降糖装置对小鼠炎性因子水平的影响

3 讨论

近年来，随着量子医学在临床诊断中的应用，以量子医学为核心研制的量子医疗器械设备逐渐涌现。量子降糖装置是一种集精准化、数字化、智能化于一体的光量子与超声波复合物理因子治疗DM及高血糖症的医疗器械。本研究采用高脂饲料结合STZ诱导建立T2DM模型小鼠，T2DM小鼠FBG、OGTT都有明显升高趋势，且TC、TG、LDL水平升高，HDL含量降低，符合DM发病特点[9]；而经过量子降糖装置治疗后，T2DM小鼠体质量下降趋势较慢，FBG能显著降低，并能有效减缓餐后血糖水平的迅速升高，改善血脂代谢紊乱。

T2DM的特点是血糖水平长期升高。当INS水平低时，如处于禁食状态时，糖异生和糖原分解被激活；而在INS水平升高的情况下，如饭后，糖原和脂质的合成来维持血糖水平[10]，INS是这一转变的关键调节因子[11]。在本研究中，量子降糖装置能够提高小鼠的INS分泌水平，增加INS敏感性进而达到降糖目的。另外，胰岛素的分泌不仅直接受到葡萄糖的控制，而且还受到胰岛素调节因子的控制，如促胰岛素激素GLP-1[12]。GLP-1具有葡萄糖浓度依赖性降糖作用，作为一种肠源性激素，可显著降低DM患者FBG，糖化血红蛋白水平，促进β细胞增殖，抵抗β细胞凋亡[13]。GLP-1除了具有促进胰岛素分泌作用外，还抑制胰腺α-细胞分泌胰高血糖素[14]。本研究结果显示，量子降糖装置可显著升高GLP-1含量，促进INS的分泌，降低GHbA1c水平的作用，说明量子降糖装置可以减轻胰岛素抵抗，最终改善其DM状态。

T2DM的发病机制是一个复杂的过程，与胰岛素抵抗[15]、氧化应激[16]、低水平炎症[17]和表观遗传[18]等多方面因素有关。其中，炎性因子水平升高是诱导T2DM的主要原因之一，由于机体内不断积累的慢性炎症和引起的氧化应激可能导致胰岛β细胞的凋亡，最终引发T2DM[19]；而体内的葡萄糖升高又可诱导胰岛表达更多的炎性因子，进而使病情恶化[20-23]。为探究量子降糖装置降血糖机制，本文研究了T2DM模型小鼠体内炎性因子的表达。研究结果显示，在T2DM模型小鼠体内存在一种慢性和低度炎症，其炎性因子TNF-α、INF-γ、IL-1β及IL-6的水平均有显著升高，经过量子降糖装置治疗后，TNF-α和IL-1β水平显著降低（P＜0.05或P＜0.01），同时INF-γ和IL-6水平也有降低趋势，表明量子降糖装置的降 血糖作用与其能降低体内炎性因子的表达有关。

此外，已有报道量子降脂仪应用在高血脂症大鼠中具有较高好的降血脂作用[24]，并已通过大鼠动物实验证明量子对人体的照射是安全的[25]。因此，本研究所应用的量子降糖装置是安全的，可进行后续临床应用研究。

综上所述，量子降糖装置具有降血糖功效，能有效减缓餐后血糖水平的迅速升高，并改善血脂代谢紊乱，其作用机制与其能有效降低炎性因子的表达，促进胰岛素的分泌有关。量子降糖装置的量子强度功率输出值70 μW/cm2或65 μW/cm2及其治疗频率可在本研究基础上根据临床病情进一步选择确定。