李忻,顧立剛,趙婷婷,楊鑫,張韞,張浩軍,嚴(yán)美花,董晞,趙海玲,文玉敏,李平△
糖腎方對(duì)2型糖尿病大鼠肝臟氧化應(yīng)激水平及病理改變的影響
李忻1,2,顧立剛1,趙婷婷2,楊鑫2,張韞2,張浩軍2,嚴(yán)美花2,董晞2,趙海玲2,文玉敏2,李平2△
目的觀察糖腎方對(duì)2型糖尿病大鼠肝臟氧化應(yīng)激水平及病理改變的影響,并探討其可能的機(jī)制。方法采用高脂飼料喂養(yǎng)和小劑量鏈脲佐菌素(STZ)腹腔內(nèi)注射方法,建立2型糖尿病合并非酒精性脂肪肝動(dòng)物模型。將造模成功的大鼠隨機(jī)分為正常組、模型組、糖腎方組和二甲雙胍組,比較各組大鼠血清丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(AST)、三酰甘油(TG)、總膽固醇(CHO)和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)水平,肝組織超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、維生素E(VE)、一氧化氮(NO)和一氧化氮合酶(NOS)水平,并在光鏡下觀察各組大鼠肝組織病理形態(tài)學(xué)改變。結(jié)果與模型組相比,二甲雙胍組和糖腎方組大鼠表現(xiàn)狀態(tài)較好,毛色較光澤,糞便成形;二甲雙胍組和糖腎方組大鼠的肝臟質(zhì)量和肝臟質(zhì)量指數(shù)較模型組明顯下降,2組大鼠血清ALT、AST、TG、CHO、LDL-C水平顯著降低。與模型組相比,糖腎方組大鼠肝組織勻漿中SOD、CAT、VE水平明顯升高,NO、NOS水平減低;二甲雙胍組大鼠肝組織勻漿中SOD、CAT水平明顯升高,NO、NOS水平減低。HE染色顯示二甲雙胍組和糖腎方組較模型組大鼠肝細(xì)胞脂肪變性明顯減少,肝細(xì)胞排列基本規(guī)則。結(jié)論糖腎方可改善2型糖尿病大鼠肝功能,降低血脂水平,減輕肝臟脂質(zhì)沉積,其作用機(jī)制可能與其清除脂質(zhì)過氧化物,改善肝組織氧化應(yīng)激水平有關(guān)。
糖腎方;糖尿病,2型;肝損傷;氧化性應(yīng)激
糖尿病是一組由遺傳以及環(huán)境因素相互作用導(dǎo)致的代謝性疾病,嚴(yán)重威脅人類的健康。糖尿病合并非酒精性脂肪肝?。╪on-alcoholic fatty liver dis?ease,NAFLD)是其并發(fā)癥之一,發(fā)病率逐年增加,但發(fā)病機(jī)制尚未完全明確。有研究發(fā)現(xiàn)NAFLD患者的氧化應(yīng)激水平高于正常人群,說明氧化應(yīng)激與其病因和發(fā)病機(jī)制有著密切關(guān)系[1]。本課題組在進(jìn)行中藥干預(yù)糖尿病并發(fā)癥的實(shí)驗(yàn)研究時(shí)發(fā)現(xiàn)糖尿病腎病大鼠存在肝損傷[2]。糖腎方由黃芪、生地、三七等藥組成,具有益氣養(yǎng)陰、活血化瘀的功效。中醫(yī)理論認(rèn)為肝與腎的關(guān)系密切,即“肝腎同源”。糖尿病癥狀的出現(xiàn)與肝腎功能失調(diào)關(guān)系較為密切,特別是并發(fā)糖尿病腎病和糖尿病肝損傷時(shí),其發(fā)生與肝腎陰虛、瘀血阻絡(luò)密切相關(guān)。糖腎方可以改善糖尿病腎病大鼠的腎損傷[3],但對(duì)肝臟的保護(hù)作用還鮮見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)對(duì)糖尿病大鼠給予糖腎方治療,通過觀察其血脂水平以及肝臟氧化應(yīng)激和肝臟病理學(xué)的變化,探討糖腎方在降低糖尿病大鼠血脂和保護(hù)肝臟中的作用及可能機(jī)制。
1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物雄性Wistar大鼠47只,6周齡,體質(zhì)量160~180 g,購(gòu)自北京華阜康實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司,合格證號(hào):SCXK(京)2010-0001。飼養(yǎng)于中日友好醫(yī)院臨床研究所動(dòng)物室(SPF級(jí))。
1.2藥物與飼料糖腎方配方顆粒由黃芪、生地、三七、大黃等藥物組成,江陰天江藥業(yè)有限公司加工,4 g/袋,批號(hào)060632。鹽酸二甲雙胍片(格華止):中美上海施貴寶制藥有限公司,規(guī)格0.5 g/片,批號(hào)1205102。高脂飼料成分:38%脂肪,12%蛋白質(zhì),50%碳水化合物。
1.3主要試劑及儀器
1.3.1主要試劑超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過氧化氫酶(catalase,CAT)、維生素E(vitamin E,VE)、一氧化氮(nitricoxide,NO)、一氧化氮合酶(NO synthetase,NOS)和三酰甘油(triglyceride,TG)檢測(cè)試劑盒均購(gòu)自南京建成生物工程研究所。
1.3.2實(shí)驗(yàn)儀器代謝籠(蘇州市馮氏實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)備有限公司);One Touch UltraII穩(wěn)豪血糖儀(美國(guó)強(qiáng)生公司);全自動(dòng)生化分析儀(美國(guó)CD-1600);滑走式切片機(jī)(日本SAKURA);奧林巴斯BX-51顯微鏡,DP70圖像采集系統(tǒng)(日本OLYMPUS)。
1.4模型建立及實(shí)驗(yàn)分組將大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)3 d后,測(cè)量血糖、體質(zhì)量,剔除指標(biāo)異常的動(dòng)物,將動(dòng)物按隨機(jī)數(shù)字表法分為正常組(n=12)和模型組(n=35)。正常組大鼠給予普通飼料,模型組大鼠給予高脂飼料,5周后,取正常組和模型組大鼠各4只,參照文獻(xiàn)[4]進(jìn)行胰島素鉗夾實(shí)驗(yàn)。模型組大鼠葡萄糖輸注率顯著低于正常組,表明模型大鼠出現(xiàn)了胰島素抵抗,模型大鼠參照文獻(xiàn)[5]以25 mg/kg體質(zhì)量給予1%的鏈脲佐菌素(STZ)腹腔注射,72 h后測(cè)定空腹血糖,大于11.1 mmol/L視為造模成功。將成模動(dòng)物35只按隨機(jī)數(shù)字表法隨機(jī)分成3組:模型組14只,二甲雙胍組10只,糖腎方組11只。正常組和模型組均給予0.5%羧甲基纖維素鈉溶液;二甲雙胍組給予500 mg/(kg·d)二甲雙胍,混懸于0.5%羧甲基纖維素鈉溶液;糖腎方組給予1.67 mg/(kg·d)糖腎方,混懸于0.5%羧甲基纖維素鈉溶液。均是1次/d灌胃給藥,10 mL/次,連續(xù)給藥20周。
1.5檢測(cè)指標(biāo)
1.5.1一般情況密切觀察大鼠精神狀態(tài)、反應(yīng)性、毛發(fā)色澤、飲食及排泄?fàn)顩r。每周稱大鼠的體質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)束,各組大鼠水合氯醛腹腔麻醉,取出肝臟后稱其質(zhì)量,計(jì)算肝臟質(zhì)量指數(shù)=肝臟質(zhì)量/體質(zhì)量×100%。
1.5.2血生化指標(biāo)自腹主動(dòng)脈取血5 mL,離心取血清,用自動(dòng)血生化分析儀測(cè)定血清丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(aminotransferase,ALT)、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(aspartate aminotransferase,AST)、TG、總膽固醇(cholesterol,CHO)和低密度脂蛋白膽固醇(low den?sity lipoprotein-cholesterol,LDL-C)的含量。
1.5.3肝臟組織中肝組織SOD、CAT、VE、NO和NOS水平測(cè)定分離肝組織做成肝組織勻漿液,按試劑盒方法進(jìn)行檢測(cè)。
1.5.4肝臟組織學(xué)觀察摘取大鼠肝臟右葉相同部位組織一塊,冰生理鹽水清洗后,10%福爾馬林固定72 h后制備4 μm石蠟切片,用蘇木素伊紅染色。光鏡下觀察肝組織脂肪變性、炎癥、壞死等病理變化。
1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)方法應(yīng)用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件處理,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以表示。多組比較采用One-way ANOVA,組間多重比較采用LSD-t檢驗(yàn),P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1一般情況正常組大鼠表現(xiàn)狀態(tài)良好,正常飲食、飲水,毛色光澤,糞便成形;模型組大鼠進(jìn)食量增加、飲水量增加、尿量增多,開始消瘦,毛色凌亂無光澤,活動(dòng)減少。二甲雙胍組和糖腎方組大鼠的狀態(tài)較模型組均有改善。模型組、二甲雙胍組、糖腎方組的體質(zhì)量低于正常組,糖腎方組和二甲雙胍組的肝臟質(zhì)量和肝臟質(zhì)量指數(shù)低于模型組,且糖腎方組高于二甲雙胍組(P<0.05),見表1。
Tab.1Comparison of body weights,liver mass and liver mass indexes between four groups表1 各組大鼠體質(zhì)量、肝臟質(zhì)量及肝臟質(zhì)量指數(shù)比較
Tab.1Comparison of body weights,liver mass and liver mass indexes between four groups表1 各組大鼠體質(zhì)量、肝臟質(zhì)量及肝臟質(zhì)量指數(shù)比較
**P<0.01;a與正常組比較,b與模型組比較,c與二甲雙胍組比較,P<0.05;表2、3同
組別正常組模型組二甲雙胍組糖腎方組F n 12 14 10 11體質(zhì)量(g)698.79±97.26 488.58±80.28a 478.12±93.85a 480.15±62.70a 7.379**肝臟質(zhì)量(g)14.96±2.60 23.91±4.29a 18.04±2.55ab 20.25±2.55abc 24.796**肝臟質(zhì)量指數(shù)(%)2.16±0.39 4.89±0.59a 3.72±0.48ab 4.22±0.42abc 76.335**
2.2 糖腎方對(duì)血清學(xué)指標(biāo)的影響ALT:模型組、二甲雙胍組、糖腎方組高于正常組,二甲雙胍組、糖腎方組低于模型組(P<0.05)。AST、TG:模型組高于正常組、二甲雙胍組、糖腎方組(P<0.05),后3組無明顯差異(P>0.05)。CHO:模型組高于正常組、二甲雙胍組、糖腎方組,糖腎方組高于正常組(P<0.05)。LDL-C:模型組高于正常組、二甲雙胍組、糖腎方組,糖腎方組高于正常組和二甲雙胍組(P<0.05),見表2。
Tab.2Comparison of serum markers between four groups表2 各組大鼠血清學(xué)指標(biāo)比較
Tab.2Comparison of serum markers between four groups表2 各組大鼠血清學(xué)指標(biāo)比較
組別正常組模型組二甲雙胍組糖腎方組F n 12 14 10 11 ALT(IU/L)53.60±9.03 174.25±33.70a 93.52±35.11ab 121.77±41.68ab 17.713**AST(IU/L)151.44±22.93 199.08±55.35a 127.70±28.84b 149.40±33.95b 10.603**組別正常組模型組二甲雙胍組糖腎方組F n 12 14 10 11 TG(mmol/L)0.42±0.27 1.17±0.53a 0.50±0.27b 0.60±0.29b 69.711**CHO(mmol/L)2.15±0.32 4.61±2.37a 2.39±0.57b 2.82±0.71ab 48.287**LDL-C(mmol/L)0.51±0.10 2.77±1.20a 0.70±0.31b 1.68±0.85abc 14.239**
2.3肝臟組織學(xué)正常組大鼠肝臟組織結(jié)構(gòu)清晰,肝索呈放射狀分布,肝細(xì)胞形態(tài)規(guī)則,大小如常,無明顯的脂肪變性和炎癥。模型組大鼠肝小葉輪廓基本消失,肝細(xì)胞索模糊,肝竇變窄,胞質(zhì)內(nèi)充滿大量大小不等的圓形脂滴,存在炎性細(xì)胞浸潤(rùn),部分肝細(xì)胞呈氣球樣變。糖腎方組和二甲雙胍組大鼠肝小葉結(jié)構(gòu)完整清晰,肝細(xì)胞形態(tài)規(guī)則,其脂肪變少見,炎癥程度較模型組改善,見圖1。
Fig.1HE staining of rat liver tissues in four groups(HE,×100)圖1 糖腎方對(duì)2型糖尿病大鼠肝臟病理觀察(HE,×100)
2.4對(duì)大鼠肝臟抗氧化能力的影響SOD:模型組低于正常組,二甲雙胍組、糖腎方組高于模型組(P<0.05)。CAT:模型組和糖腎方組低于正常組,二甲雙胍組、糖腎方組高于模型組(P<0.05)。VE:模型組和二甲雙胍組低于正常組,二甲雙胍組低于模型組,糖腎方組高于模型組和二甲雙胍組(P<0.05)。NO:模型組高于正常組,二甲雙胍組、糖腎方組低于模型組,糖腎方組高于二甲雙胍組(P<0.05)。NOS:模型組、二甲雙胍組和糖腎方組均高于正常組,二甲雙胍組、糖腎方組低于模型組,糖腎方組高于二甲雙胍組(P<0.05),見表3。
Tab.3Comparison of oxidative stress indicators in liver tissues between four groups表3 各組大鼠肝臟氧化應(yīng)激指標(biāo)比較
Tab.3Comparison of oxidative stress indicators in liver tissues between four groups表3 各組大鼠肝臟氧化應(yīng)激指標(biāo)比較
組別正常組模型組二甲雙胍組糖腎方組F n 12 14 10 11 SOD(U/mgprot)252.12±22.20 213.49±29.09a 246.43±14.10b 241.24±17.30b 5.938**CAT(U/mgprot)10.97±2.39 6.82±1.54a 9.02±2.34b 8.34±0.69ab 7.723**組別正常組模型組二甲雙胍組糖腎方組F n 12 14 10 11 VE(μg/g)13.16±1.81 10.61±2.83a 8.40±0.73ab 14.13±0.68bc 8.670**NO(μmol/gprot)0.13±0.04 0.27±0.15a 0.08±0.03ab 0.12±0.03bc 57.690**NOS(U/mgprot)0.72±0.05 1.52±0.20a 1.08±0.13ab 1.32±0.15abc 16.629**
糖尿病會(huì)導(dǎo)致各種并發(fā)癥,幾乎影響身體各處器官。NAFLD是糖尿病的主要并發(fā)癥之一,長(zhǎng)期糖尿病導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管、腎臟、肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥,包括其結(jié)構(gòu)和功能改變。氧化應(yīng)激是糖尿病并發(fā)癥發(fā)展的影響因素,源于糖脂代謝紊亂引起的自由基生成增加和內(nèi)源性抗氧化劑的減少。因此,改善糖尿病合并NAFLD需要關(guān)注抗氧化劑的治療[6-7]。
本研究采用高脂飲食喂養(yǎng)加小劑量STZ腹腔注射的實(shí)驗(yàn)方法,建立模擬人類2型糖尿病合并NAFLD的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型。HE染色顯示模型組大鼠肝小葉結(jié)構(gòu)紊亂、肝細(xì)胞彌漫性脂肪變性,可見點(diǎn)狀壞死灶,炎癥細(xì)胞增多,說明肝組織損傷。血清中的ALT、AST酶活性升高也顯示肝功能受損。模型組大鼠血清中TG、CHO、LDL-C水平明顯高于正常組,說明存在嚴(yán)重的脂代謝紊亂。經(jīng)糖腎方治療后,明顯降低糖尿病合并NAFLD大鼠血清中ALT、AST水平,并糾正了脂代謝紊亂。提示糖腎方對(duì)糖尿病合并NAFLD大鼠的肝臟脂質(zhì)代謝異常有保護(hù)作用。
糖尿病的重要特征糖脂紊亂會(huì)損害過氧化和抗氧化之間的平衡,抑制抗氧化水平和增加自由基水平[8-9]。此外,氧化應(yīng)激過程中,酶促和非酶促抗氧化系統(tǒng)的活性降低。SOD和CAT都是體內(nèi)重要的抗氧化酶[10-11],反映機(jī)體清除自由基和抗氧化損傷的能力。本研究中,模型組肝臟中的SOD、CAT水平下降可能源于STZ誘導(dǎo)的活性氧失活,糖腎方治療后通過降低氧化應(yīng)激反應(yīng)來提升抗氧化酶體系的活性。非酶促抗氧化系統(tǒng)中的VE會(huì)轉(zhuǎn)移其酚醛氫鍵到過氧化多不飽和脂肪酸的過氧化氫自由基,打破自由基鏈反應(yīng)并避免細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化。NO和NOS也是機(jī)體抗氧化能力的重要指標(biāo)。NO是一種細(xì)胞信使分子,由L-精氨酸NOS催化下合成。NOS過度表達(dá)可以產(chǎn)生大量的NO,誘導(dǎo)氧化損傷,生成過氧亞硝基陰離子,抑制線粒體代謝,介導(dǎo)其他毒性自由基產(chǎn)生,促進(jìn)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)[12]。本實(shí)驗(yàn)中糖尿病模型組大鼠肝組織的SOD、CAT和VE活性明顯降低,而NO、NOS水平顯著增加,說明機(jī)體氧化應(yīng)激水平增高,導(dǎo)致肝損傷。
2型糖尿病合并NAFLD屬于中醫(yī)“消渴”、“脅痛”等范疇。多因先天稟賦不足,加之過食。病因不外肥甘厚味、勞逸過度等導(dǎo)致脾胃運(yùn)化失常,肝氣失疏泄,則氣機(jī)郁滯。糖腎方由黃芪、生地、三七等中藥組成,以益氣養(yǎng)陰、活血化瘀為主要功效[3]。糖腎方中的有效成分黃芪多糖和大黃素可提高肝臟的抗氧化能力,降低脂質(zhì)沉積;黃芪總皂苷和三七總皂苷能夠調(diào)節(jié)免疫、改善大鼠血流動(dòng)力學(xué)參數(shù);大黃素可以降低血糖、血脂、改善胰島素抵抗;生地黃梓醇能夠降血糖,保護(hù)心血管。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示糖腎方可不同程度地提高肝組織的SOD、CAT和VE活性,降低NO、NOS水平,表明模型大鼠抗氧化能力提高、氧化應(yīng)激減輕、肝組織炎癥和病理?yè)p傷緩解。
綜上所述,筆者通過建立2型糖尿病合并NAFLD的大鼠模型,證實(shí)模型組大鼠存在明顯的氧化應(yīng)激反應(yīng)。糖腎方對(duì)糖尿病大鼠肝臟具有一定的保護(hù)作用,其機(jī)制可能是通過抑制體內(nèi)異常的氧化應(yīng)激反應(yīng)和改善脂質(zhì)代謝異常來發(fā)揮作用。
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(2015-02-13收稿 2015-03-15修回)
(本文編輯 閆娟)
Effects of Tangshen Formula on liver oxidative stress and pathologic changes in typeⅡdiabetic rats
LI Xin1,2,GU Ligang1,ZHAO Tingting2,YANG Xin2,ZHANG Yun2,ZHANG Haojun2,YAN Meihua2,DONG Xi2,ZHAO Hailing2,WEN Yumin2,LI Ping2△
1 Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100029,China;2 China-Japan Friendship Hospital△
ObjectiveTo investigate the effects of Tangshen Formula on liver oxidative stress in diabetic rats,and their mechanisms thereof.MethodsRat model of type 2 diabetes mellitus and nonalcoholic fatty liver disease was estab?lished by intraperitoneally injecting small dose of chain urea with cephalosporins(STZ)and feeding high fat fodder.The model rats were randomly divided into control group,model group,Tangshen Formula group and metformin group.The se?rum levels of alanine aminotransferase(ALT),aspartate aminotransferase(AST),triglyceride(TG),cholesterol(CHO),low density lipoprotein-cholesterol(LDL-C),and superoxide dismutase(SOD),catalase(CAT),vitamin E(VE),nitric oxide(NO)and nitric oxide synthase(NOS)in liver were compared between four groups.Changes of pathological morphology were ob?served under light microscopy.ResultsThere were significantly decrease in serum levels of ALT,AST,TG,CHO,LDL-C in Tangshen Formula group and metformin group compared with those of model group.There were significantly higher levels of SOD,CAT and VE,and lower levels of NO and NOS of liver homogenate in Tangshen Formula group than those of model group.There were higher levels of SOD and CAT,and lower levels of NO and NOS in liver homogenate in metformin group than those of model group.HE staining showed that liver fatty degeneration was significantly reduced in metformin group and Tangshen Formula group compared with that of model group.ConclusionThe fatty liver in type 2 diabetic rats is signifi?cantly improved by Tangshen Formula treatment,which is probably associated with the regulation of the response level to oxi?dative stress in liver.
Tangshen Formula;diabetes mellitus,type 2;liver injury;oxidative stress
R285.5
A
10.11958/j.issn.0253-9896.2015.07.009
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81173422);國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)課題(2011DFA31860)
1北京中醫(yī)藥大學(xué)(郵編100029);2中日友好醫(yī)院
李忻(1980),女,助理研究員,博士在讀,主要從事中西醫(yī)結(jié)合基礎(chǔ)研究
△通訊作者E-mail:lp8675@163.com