長(zhǎng)爪沙鼠氧化應(yīng)激水平與血糖及胰島素抵抗的相關(guān)性分析

張藝博，文 靜，何 燕

（首都醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院流行病與衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)系，北京 100069）

糖尿?。╠iabetes）是一種以高血糖和胰島β 細(xì)胞功能障礙或死亡引起的胰島素分泌障礙為特征的慢性代謝性疾病[1]。2 型糖尿病由多種因素導(dǎo)致，有研究表明[2]，氧化應(yīng)激在糖尿病的發(fā)生與進(jìn)展過(guò)程中具有重要作用，但機(jī)制尚未闡明。氧化應(yīng)激是增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成和/或減少機(jī)體固有抗氧化防御系統(tǒng)之間的不平衡[3]。在高血糖條件下，一系列細(xì)胞因子和ROS 釋放時(shí)，胰島β細(xì)胞中的氧化應(yīng)激增加，引發(fā)激活胰島細(xì)胞中的死亡信號(hào)通路[4]。超氧化物歧化酶（superoxide dismutases，SOD）是能夠?qū)⒊蹶庪x子催化為過(guò)氧化氫和氧氣的金屬結(jié)合酶，是清除機(jī)體內(nèi)氧化自由基的重要物質(zhì)，SOD 和過(guò)氧化氫酶在清除ROS 中起重要作用[5]。骨骼肌是機(jī)體內(nèi)攝取葡萄糖的重要組織之一，在高血糖狀態(tài)下，骨骼肌代謝的調(diào)節(jié)能力下降。糖尿病常伴有肌肉酸痛、肌無(wú)力、肌萎縮，但發(fā)病機(jī)制至今仍不清楚。許多研究表明氧化應(yīng)激在骨骼肌減少過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[6]?；诖?，本研究主要探討長(zhǎng)爪沙鼠氧化應(yīng)激指標(biāo)與空腹血糖、胰島素抵抗、骨骼肌指標(biāo)的關(guān)系，了解氧化應(yīng)激與糖尿病之間的相互作用，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 采用首都醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物部自行培育的近交系長(zhǎng)爪沙鼠自發(fā)糖尿病模型（伴隨胰島素抵抗）F9 代145 只，其中雄性107 只，雌性38 只，體重65.4（58.4，77.8）g；3 月齡36 只、6 月齡22 只、12 月齡30 只、18 月齡30 只和24 月齡27 只。飼養(yǎng)在首都醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心控制恒溫恒濕的普通環(huán)境中，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物自由采食和飲水。室溫為（22±2）℃，相對(duì)濕度40%～70%，人工光照明暗各12 h。

1.2 方法

1.2.1 血生化指標(biāo)測(cè)定及分析 將3、6、12、18 和24月齡的長(zhǎng)爪沙鼠淺麻醉后摘眼球取血檢測(cè)血糖（FPG）、胰島素（FIN）、超氧化物歧化酶（SOD）水平。Spearman 相關(guān)性分析月齡與SOD 水平的關(guān)聯(lián)，建立多重線性回歸模型，以SOD 水平為自變量，空腹血糖及胰島素抵抗指標(biāo)為因變量，分析SOD 水平與空腹血糖、胰島素抵抗指標(biāo)的關(guān)聯(lián)。用穩(wěn)態(tài)模型胰島素抵抗指數(shù)（HOMA-IR）評(píng)價(jià)胰島素抵抗，用定量胰島素敏感性檢測(cè)指數(shù)（QUICKI）評(píng)價(jià)胰島素敏感性。穩(wěn)態(tài)模型胰島素抵抗指數(shù)：HOMA-IR=FPG（mmol/L）×FINS（μU/ml）/22.5。定量胰島素敏感性檢測(cè)指數(shù)：QUICKI=1/[Log FPG（mg/dl）+Log FINS（μU/ml）]。

1.2.2 骨骼肌指標(biāo)測(cè)定及分析 將所有長(zhǎng)爪沙鼠麻醉后經(jīng)頸椎脫臼處死，分離長(zhǎng)爪沙鼠腓腸肌。分別檢測(cè)腓腸肌中糖原儲(chǔ)存及腓腸肌重量，并分析SOD 水平與骨骼肌糖原儲(chǔ)存與骨骼肌質(zhì)量的關(guān)聯(lián)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 將各組一般資料、檢測(cè)數(shù)據(jù)均錄入課題數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。符合正態(tài)的計(jì)量資料用（）表示，非正態(tài)計(jì)量資料以[M（P25，P75）]，非正態(tài)計(jì)量資料組間比較采用Kruskal and Wallis 方法進(jìn)行檢驗(yàn)。雙變量定量數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析采用Spearman 相關(guān)性分析。采用多重線性回歸模型分析SOD 與血糖、胰島素抵抗指標(biāo)、胰島素敏感性指標(biāo)的關(guān)聯(lián)，計(jì)算偏回歸系數(shù)（b值）、95%置信區(qū)間（95%CI）及P值，并對(duì)性別進(jìn)行校正。以P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 長(zhǎng)爪沙鼠氧化應(yīng)激水平情況及與月齡的關(guān)系

2.1.1 不同月齡長(zhǎng)爪沙鼠氧化應(yīng)激水平比較 145 只長(zhǎng)爪沙鼠SOD 活性為[132.28（104.99，144.39）]U/ml。不同月齡間長(zhǎng)爪沙鼠SOD 活性比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），且3～18 月齡間長(zhǎng)爪沙鼠SOD 水平逐漸升高，18～24 月齡長(zhǎng)爪沙鼠SOD 水平有所降低，見(jiàn)表1。

表1 不同月齡長(zhǎng)爪沙鼠的氧化應(yīng)激水平[，M（P25，P75）]

表1 不同月齡長(zhǎng)爪沙鼠的氧化應(yīng)激水平[，M（P25，P75）]

2.1.2 月齡與SOD 活性水平的相關(guān)及回歸分析 根據(jù)沙鼠數(shù)據(jù)，月齡和SOD 水平之間呈正相關(guān)關(guān)系（r=0.361，P＜0.05)；以月齡作為自變量，SOD 水平為因變量進(jìn)行多重線性回歸分析，并對(duì)性別進(jìn)行校正，月齡與SOD 水平的線性回歸方程[b=1.046，95%CI（0.350～1.742），P=0.003]有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即隨著月齡的增加，SOD 活性水平升高。

2.2 氧化應(yīng)激與沙鼠血糖和胰島素抵抗指標(biāo)的關(guān)聯(lián)

2.2.1 空腹血糖和胰島素抵抗基本情況 145 只沙鼠的總體空腹血糖水平為[3.90（3.30，4.50）]mmol/L，胰島素抵抗為[0.87（0.53，1.34）]，胰島素敏感性檢測(cè)指數(shù)為[0.39（0.37，0.43）]。不同月齡間長(zhǎng)爪沙鼠空腹血糖、胰島素抵抗指標(biāo)、胰島素敏感指標(biāo)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)表2。

表2 不同月齡長(zhǎng)爪沙鼠的空腹血糖及胰島素抵抗指標(biāo)[，M（P25，P75）]

表2 不同月齡長(zhǎng)爪沙鼠的空腹血糖及胰島素抵抗指標(biāo)[，M（P25，P75）]

2.2.2 月齡與沙鼠血糖和胰島素抵抗的關(guān)系 Spearman 相關(guān)分析顯示，月齡與胰島素抵抗指數(shù)呈負(fù)相關(guān)（r=-0.303，P＜0.05），與胰島素敏感性呈正相關(guān)（r=0.303，P＜0.05），月齡與空腹血糖無(wú)相關(guān)性（r=-0.051，P＞0.05）；以月齡作為自變量，F(xiàn)PG、HOMAIR、QUICKI 分別為因變量進(jìn)行多重線性回歸分析，并對(duì)性別、SOD 活性水平進(jìn)行校正，結(jié)果顯示月齡與胰島素抵抗[b=-0.038，95%CI（-0.067～-0.009），P=0.011]、胰島素敏感性[b=0.002，95%CI（0.001～0.003），P=0.002]有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，月齡與空腹血糖[b=0.002，95%CI（-0.023～0.027），P=0.866]無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即隨著月齡的升高，胰島素抵抗降低，胰島素敏感性升高。

2.2.3 氧化應(yīng)激與沙鼠血糖和胰島素抵抗的關(guān)系Spearman 相關(guān)分析顯示，SOD 水平與空腹血糖呈負(fù)相關(guān)（r=-0.221，P＜0.05），與胰島素抵抗指數(shù)呈負(fù)相關(guān)（r=-0.184，P＜0.05），與胰島素敏感性呈正相關(guān)（r=0.184，P＜0.05）；以SOD 水平作為自變量，F(xiàn)PG、HOMA-IR、QUICKI 分別為因變量進(jìn)行多重線性回歸分析，SOD與空腹血糖[b=-0.007，95%CI（-0.012～-0.002），P=0.009]、胰島素敏感性[b=0.000，95%CI（0.000～0.001），P=0.034]存在關(guān)聯(lián)，且關(guān)聯(lián)存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，SOD 與胰島素抵抗（b=-0.005，95%CI（-0.012～0.001），P=0.096]存在關(guān)聯(lián)，但關(guān)聯(lián)沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即隨著SOD 水平升高即氧化水平降低，空腹血糖降低。

2.3 氧化應(yīng)激與骨骼肌質(zhì)量、骨骼肌糖原儲(chǔ)存功能的關(guān)聯(lián)

2.3.1 骨骼肌質(zhì)量與骨骼肌糖原基本情況 145 只沙鼠的總體骨骼肌質(zhì)量為（3.96±0.77）g，骨骼肌糖原為[1.16（0.98，1.36）]mg/g。不同月齡長(zhǎng)爪沙鼠骨骼肌質(zhì)量、骨骼肌糖原儲(chǔ)存比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)表3。

表3 長(zhǎng)爪沙鼠的骨骼肌指標(biāo)[，M（P25，P75）]

表3 長(zhǎng)爪沙鼠的骨骼肌指標(biāo)[，M（P25，P75）]

2.3.2 月齡與骨骼肌質(zhì)量和骨骼肌糖原的關(guān)系 月齡與骨骼肌質(zhì)量[r=0.097，P1=0.244；b=0.011，95%CI（-0.006～0.029），P2=0.205]、骨骼肌糖原[r=-0.121，P1=0.147；b=-0.006，95%CI（-0.014～0.002），P2=0.158]的相關(guān)系數(shù)和回歸系數(shù)偏小，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

2.3.3 SOD 活力與骨骼肌質(zhì)量和骨骼肌糖原的關(guān)聯(lián)SOD 活力與骨骼肌質(zhì)量 [r=0.045，P1=0.592；b=0.002，95%CI（-0.002～0.006），P2=0.413]、骨骼肌糖原[r=-0.077，P1=0.358；b=-0.002，95%CI（-0.004～0.000），P2=0.053]的相關(guān)系數(shù)和回歸系數(shù)偏小，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

3 討論

ROS 水平通過(guò)多種細(xì)胞防御機(jī)制（包括酶促抗氧化劑）進(jìn)行調(diào)節(jié)[7]，正常情況下，抗氧化體系可以減少氧自由基對(duì)機(jī)體的損害，一旦抗氧化系統(tǒng)不穩(wěn)定，會(huì)給機(jī)體帶來(lái)重要的影響。氧化應(yīng)激長(zhǎng)期以來(lái)與糖尿病并發(fā)癥相關(guān)，越來(lái)越多的2 型糖尿病病理生理學(xué)證據(jù)表明[5]，氧化應(yīng)激是導(dǎo)致胰島素分泌和葡萄糖利用受損、肝葡萄糖生成異常以及最終通過(guò)激活導(dǎo)致明顯T2DM 發(fā)病的主要因素。有研究表明[2]，氧化應(yīng)激也是引起胰島β 細(xì)胞功能障礙和胰島素抵抗的因素。胰島素抵抗和胰島細(xì)胞功能受損作為2 型糖尿病發(fā)病機(jī)制的中心環(huán)節(jié)，均與細(xì)胞自噬和氧化應(yīng)激有著密切的聯(lián)系[8]。氧化應(yīng)激反應(yīng)可使胰島β細(xì)胞功能紊亂而促使胰島素的抵抗，最終導(dǎo)致2 型糖尿病的發(fā)生[9]。在體內(nèi)，胰島β 細(xì)胞與其他組織細(xì)胞相比，β 細(xì)胞因內(nèi)抗氧化物水平較低，對(duì)ROS 更敏感[10]。此外，氧化應(yīng)激可能貫穿于糖尿病的整個(gè)發(fā)病過(guò)程，糖尿病發(fā)病之后，持續(xù)不斷的高血糖狀態(tài)會(huì)進(jìn)一步加重氧化應(yīng)激損傷，而在體內(nèi)大量堆積的氧自由基反過(guò)來(lái)又會(huì)加重糖尿病的病情[11]。

在正常的生理?xiàng)l件下，氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷通常是由細(xì)胞的自身保護(hù)性抗氧化能力所引起的，其中兩種機(jī)制涉及不同的酶（如谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、CAT 和SOD），而其他機(jī)制具有非酶組分（如維生素C 和E），這兩種方法（酶和非酶）都起到了積極的作用，以改善過(guò)度生產(chǎn)的活性氧和氧化應(yīng)激[5]。SOD 是一種天然的抗氧化酶，可以清除細(xì)胞內(nèi)活性氧物質(zhì)，對(duì)細(xì)胞維持氧化與抗氧化起重要作用，通過(guò)檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)SOD 變化可以反映細(xì)胞遭受氧化應(yīng)激的水平[12]。SOD 在體內(nèi)廣泛存在，并且使超氧化物歧化為毒性較小的其他化合物，同時(shí)其能夠分解細(xì)胞內(nèi)存在的潛在有害氧分子，并將其轉(zhuǎn)化為毒性較小的化合物[5]。在患有糖尿病的情況下，抗氧化物質(zhì)（SOD、還原型谷胱甘肽、維生素E、維生素C 等）的水平下降，使機(jī)體清除自由基的能力明顯減弱，從而對(duì)活性氧類導(dǎo)致的損害非常敏感[11]。本研究結(jié)果顯示，不同月齡間長(zhǎng)爪沙鼠SOD 活性比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），且3～18 月齡間長(zhǎng)爪沙鼠SOD水平逐漸升高，18～24 月齡長(zhǎng)爪沙鼠SOD 水平有所降低，提示在18 月齡之前，長(zhǎng)爪沙鼠SOD 水平隨著月齡升高而升高，說(shuō)明月齡越小，抗氧化能力低，體內(nèi)氧自由基等生成增加，清除率降低，氧化應(yīng)激狀態(tài)越高。研究提示[12]，氧化應(yīng)激可引起胰島細(xì)胞直接損傷與凋亡，胰島素合成與分泌減少，這可能是2 型糖尿病糖毒性作用的發(fā)病機(jī)制之一，最終可以促進(jìn)糖尿病的發(fā)生和進(jìn)展；同時(shí)，糖尿病又可以使ROS生成逐漸增多，從而加劇氧化應(yīng)激，二者形成惡性循環(huán)。

氧化應(yīng)激在骨骼肌減少癥、骨骼肌收縮機(jī)能失調(diào)、線粒體代謝失調(diào)和肌細(xì)胞凋亡等過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[6]。關(guān)于骨骼肌衰老萎縮，研究者們提出了氧化應(yīng)激學(xué)說(shuō)，并受到了廣泛認(rèn)可。大量證據(jù)表明氧化應(yīng)激導(dǎo)致骨骼肌萎縮是由于氧化劑的生成超過(guò)抗氧化防御系統(tǒng)的抵抗能力，從而ROS 生成不斷增加，累積的ROS 可促進(jìn)蛋白質(zhì)水解增加并抑制蛋白質(zhì)合成，加劇了骨骼肌萎縮的發(fā)生[13]。衰老性肌萎縮主要是肌纖維數(shù)量減少和現(xiàn)存肌纖維萎縮導(dǎo)致的[14]。而肌纖維數(shù)量減少和現(xiàn)存肌纖維萎縮的主要機(jī)制可能是線粒體機(jī)能下降和炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)的肌纖維凋亡及蛋白質(zhì)代謝不平衡。肌糖原是體內(nèi)葡萄糖的主要儲(chǔ)存形式，在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體消耗大量血糖，肌糖原分解供能，但肌糖原不能直接分解成葡萄糖，會(huì)分解生成乳酸，然后經(jīng)血液輸送到肝臟，再經(jīng)肝臟轉(zhuǎn)化成肝糖原、葡萄糖。肌糖原不能直接分解成糖，因?yàn)榧∪馊狈ζ咸烟?-磷酸酶，可成為G-6-P 之后進(jìn)入糖酵解途徑，或經(jīng)過(guò)氧化分解，或生成乳酸后經(jīng)乳酸循環(huán)實(shí)現(xiàn)再利用。骨骼肌葡萄糖攝取和糖原合成障礙是導(dǎo)致胰島素抵抗和2 型糖尿病的主要原因。本研究中不同月齡間長(zhǎng)爪沙鼠FPG、HOMA-IR、QUICKI 比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；Spearman 相關(guān)分析顯示，月齡與胰島素抵抗指數(shù)呈負(fù)相關(guān)（r=-0.303，P＜0.05），與胰島素敏感性呈正相關(guān)（r=0.303，P＜0.05），月齡與空腹血糖無(wú)相關(guān)性（r=-0.051，P＞0.05）；多元線性回歸分析，SOD 與FPG、胰島素敏感性存在關(guān)聯(lián)，即隨著SOD 水平升高，氧化水平降低，空腹血糖降低，胰島素敏感性升高。另外，不同月齡長(zhǎng)爪沙鼠骨骼肌質(zhì)量、骨骼肌糖原儲(chǔ)存比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；相關(guān)性及多元線性分析均顯示，SOD 水平與骨骼肌質(zhì)量、骨骼肌糖原無(wú)相關(guān)性，提示月齡小的長(zhǎng)爪沙鼠存在空腹血糖升高、穩(wěn)態(tài)模型胰島素抵抗指數(shù)明顯升高、定量胰島素敏感性檢測(cè)指數(shù)明顯下降，并且上述指標(biāo)與氧化應(yīng)激指標(biāo)存在明顯的相關(guān)性，再次說(shuō)明氧化應(yīng)激與胰島素抵抗之間的相關(guān)性。而在18～24 月齡長(zhǎng)爪沙鼠SOD 水平有所下降，說(shuō)明沙鼠過(guò)渡為老年階段時(shí)抗氧化能力又降低，從而導(dǎo)致氧化應(yīng)激水平升高。Dokken BB 等[16]研究表明，氧化應(yīng)激可以直接和迅速地誘導(dǎo)骨骼肌胰島素信號(hào)傳導(dǎo)，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)和糖原合成的實(shí)質(zhì)性胰島素抵抗。本研究中骨骼肌質(zhì)量和骨骼肌糖原水平與氧化應(yīng)激指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)證據(jù)不足，可能與樣本量不足有關(guān)，還需要更多大樣本的研究。

綜上所述，氧化應(yīng)激與胰島素抵抗存在相關(guān)關(guān)系，但與骨骼肌指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)證據(jù)不足，可為增強(qiáng)抗氧化系統(tǒng)防治糖尿病的發(fā)展提供依據(jù)。