改良胃旁路术对GK大鼠的降糖作用及其机制

摘要

目的: 研究改良胃旁路术(gastric bypass, GBP)对非肥胖型2型糖尿病(Goto-Kakizaki, GK)大鼠的降糖效果及其机制.

方法: ♂GK大鼠20只, 随机分为手术组和对照组, 每组10只. 对手术组大鼠行GBP, 对照组大鼠在十二指肠球部远端0.5 cm处切断吻合. 测定各组术前1 wk及术后8 wk体质量、空腹血糖(FPG)、餐后30 min血糖、血浆胰岛素(INS)、血浆胰高血糖素样肽-1(GLP-1)水平.

结果: 术后8 wk, 手术组FPG和餐后30 min血糖较术前明显降低(4.013 mmol/L±0.476 mmol/L vs 5.050 mmol/L±0.395 mmol/L; 12.488 mmol/L±1.173 mmol/L vs 22.790 mmol/L±3.525 mmol/L, 均P<0.05), 血浆INS和GLP-1较术前明显升高(873.630 ng/L±115.920 ng/L vs 674.000 ng/L±224.372 ng/L; 8 508.750 ng/L±l 247.013 ng/L vs 6 915.000 ng/L±1 566.860 ng/L, 均P<0.05).

结论: 改良GBP能降低GK大鼠血糖, 其机制可能与术后GLP-1的升高, 从而导致胰岛素分泌增多有关.

关键词: 2型糖尿病; 改良胃旁路术; 非肥胖型2型糖尿病大鼠; 血糖; 血浆胰高血糖素样肽-1

Improved gastric bypass surgery decreases blood glucose levels in Goto-Kakizaki rats

Shan-Geng Weng, Bin Zhang, Zhao-Qi Liu, Zheng Shi

Shan-Geng Weng, Bin Zhang, Zhao-Qi Liu, Zheng Shi, Department of Hepatopancreatobiliary and Laparoscopic Minimally Invasive Surgery, the First Affiliated Hospital of Fujian Medical University, Fuzhou 350004, Fujian Province, China

Supported by: the Fujian Provincial Natural Science Foundation, No. 2010J01152.

Correspondence to: Associate Professor Shan-Geng Weng, Department of Hepatopancreatobiliary and Laparoscopic Minimally Invasive Surgery, the First Affiliated Hospital of Fujian Medical University, 20 Chazhong Road, Fuzhou 350004, Fujian Province, China. shangeng@sina.com

Received: September 30, 2010
Revised: October 30, 2010
Accepted: November 2, 2010
Published online: December 18, 2010

Abstract

AIM: To investigate whether improved gastric bypass (GBP) surgery decreases blood glucose levels in Goto-Kakizaki (GK) rats and to explore possible mechanisms involved.

METHODS: Twenty male GK rats were randomized into two groups: one undergoing improved GBP surgery (GBP surgery group) and the other undergoing a sham operation (sham operation group). Body weight, fasting plasma glucose (FPG), oral glucose tolerance (OGTT), and plasma levels of insulin and glucagon-like peptide-1 level (GLP-1) were determined at 1 week before surgery and at 8 weeks after surgery.

RESULTS: After the surgery, fasting plasma glucose level decreased from (5.050 mmol/L ± 0.395 mmol/L) to (4.013 mmol/L ± 0.476 mmol/L), and OGTT from (22.790 mmol/L ± 3.525 mmol/L) to (12.488 mmol/L ± 1.173 mmol/L) in GK rats, while plasma insulin level increased from (674.000 ng/L ± 224.372 ng/L) to (873.630 ng/L ± 115.920 ng/L), and plasma GLP-1 level from (6 915.000 ng/L ± 1 566.860 ng/L) to (8 508.750 ng/L ± 1 247.013 ng/L).There were significant differences in the above parameters between the two groups of rats.

CONCLUSION: Improved GBP surgery can significantly improve carbohydrate tolerance in non-obese rats with type 2 diabetes possibly by increasing plasma GLP-1 level.

Key Words: Type II diabetes mellitus; Improved gastric bypass surgery; Goto-Kakizaki rat; Glucose; Glucagon-like peptide-1

0 引言

1982年, Pories等[1]在使用减肥手术治疗病态肥胖症时偶然发现, 合并有2型糖尿病的患者接受手术后, 体质量减轻的同时血糖也迅速恢复正常, 从而开创了外科手术治疗2型糖尿病的新途径. 近年来, 许多研究证实了胃旁路术(gastric bypass, GBP)可以治疗2型糖尿病, 但其机制尚不明确[2-4]. 本研究对非肥胖2型糖尿病(goto-kakizaki, GK)大鼠行改良的GBP, 观察这种术式对GK大鼠血糖、血浆胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1, GLP-1)、血浆胰岛素(insulin, INS)水平等的影响, 并探讨其可能的机制.

1 材料和方法

1.1 材料

8周龄♂GK大鼠20只, 上海斯莱克实验动物有限公司提供, 实验动物证号(SCXK(沪)2007-0005). 饲养于福建医科大学实验动物中心屏障系统. 大鼠INS ELISA试剂盒(美国R&D公司, 广州合达生物有限公司分装), 大鼠GLP-1 ELISA试剂盒(美国R&D公司, 广州合达生物有限公司分装).

1.2 方法

1.2.1 分组: 动物自由进水, 喂食5%脂肪饲料, 每天20-25 g. 2 wk后, 随机分为手术组和对照组, 每组10只.

1.2.2 手术: 各组大鼠均在10 wk龄时行手术, 术前1 d禁食, 不禁饮. 10%水合氯醛按5 mL/kg体质量进行腹腔注射麻醉. 手术组大鼠在十二指肠球部远端0.5 cm处横断十二指肠, 远端封闭, 近端与距Treitz韧带20 cm的空肠行十二指肠空肠端侧吻合术. 对照组在十二指肠球部远端0.5 cm处横断后再吻合(图1).

图1 手术示意图. A: 手术组; B: 对照组.

1.2.3 体质量测量: 使用电子体质量测量仪, 测量术前1 wk及术后8 wk各组大鼠的体质量, 在清晨空腹时测量.

1.2.4 血糖的测量: 使用罗氏活力型一键式微量血糖仪. 取大鼠尾静脉血, 测量术前1 wk及术后8 wk禁食12 h后清晨空腹血糖以及给予3 g/kg 50%葡萄糖灌胃30 min后的血糖.

1.2.5 血浆INS、GLP-1的测量: 术前1 wk及术后8 wk, 禁食12 h后, 给予3 g/kg 50%葡萄糖灌胃. 灌胃后30 min, 眶静脉取血, 用50 mmol/L EDTA, 12 kTIU/L抑肽酶和100 μmol/L的胰酶胃蛋白酶抑制剂处理后3 000 r/min在4 ℃离心10 min, 分离后的血浆保存在-80 ℃冰箱中待测量. 测量使用大鼠INS RIA试剂盒和大鼠GLP-1 ELISA试剂盒.

统计学处理 用SPSS13.0软件行统计学分析, 数据以mean±SD表示.

2 结果

术后8 wk, 手术组大鼠死亡1只, 对照组大鼠无死亡.

2.1 体质量

术后8 wk, 两组大鼠体质量与术前相比, 均有增多; 手术组与对照组大鼠间体质量差别无统计学意义(表1).

表1 术前1 wk与术后8 wk各组指标的变化 (mean±SD).

指标	手术组		对照组
	术前1 wk	术后8 wk	术前1 wk	术后8 wk
体质量(g)	293.200±12.363	321.250±5.339	282.700±11.285	319.000±4.899
FPG(mmol/L)	5.050±0.395	4.013±0.476a	5.380±0.700	5.175±0.838
餐后30 min血糖(mmol/L)	22.790±3.525	12.488±1.173a	21.290±2.285	19.088±3.026
INS(ng/L)	674.000±224.372	873.630±115.920a	701.000±214.529	680.750±115.806
GLP-1(ng/L)	6 915.000±1 566.860	8 508.750±1 247.013a	7 456.000±1 519.789	6 368.750±1 320.438

^aP<0.05 vs 术前.

2.2 空腹血糖

与术前相比, 手术组大鼠空腹血糖(fasting plasma glucose, FPG)水平显著降低, 差别具有统计学意义(P<0.05); 对照组大鼠术前术后差别无明显统计学意义(表1).

2.3 餐后30 min血糖

与术前相比, 手术组大鼠餐后30 min血糖水平显著降低, 差别具有统计学意义(P<0.05). 对照组大鼠术前术后差别无统计学意义(表1).

2.4 血浆INS

与术前相比, 手术组大鼠血浆INS水平显著上升, 差别具有统计学意义(P<0.05); 对照组大鼠术前术后差别无统计学意义(表1).

2.5 血浆GLP-1

与术前相比, 手术组大鼠血浆GLP-1水平显著上升, 差别具有统计学意义(P<0.05). 对照组大鼠术前术后差别无统计学意义(表1).

3 讨论

近年来, GBP治疗2型糖尿病的机制成为一个新的研究热点, 因其机制不明, 大多数学者都以大鼠为模型进行机制研究. GK大鼠作为自发的非肥胖2型糖尿病模型鼠, 被广泛应用于非胰岛素依赖性2型糖尿病的研究. GBP手术在动物实验中, 操作难度相对较大, 因此我们设计一个了既旷置了近端小肠又只有一个吻合口的新术式, 即改良GBP. 改良GBP保留幽门, 并将十二指肠和近端小肠直接端侧吻合, 比GBP少了一个吻合口, 降低了实验动物手术的难度. Dallegrave Marchesini等[5]于2007年提出相类似的想法, 但并没有后续相应的临床及基础研究报道指出其想法的可行性.

本实验通过对GK大鼠的研究结果表明, 行改良GBP术后8 wk, 大鼠空腹血糖较术前明显降低(P<0.05), 而对照组大鼠术后血糖与术前相比, 差别无统计学意义, 表明改良GBP能降低GK大鼠的血糖水平.

Buchwald等[6]在回顾性研究中指出, 22 094例合并2型糖尿病的患者在接受GBP后, 84%的患者血糖降低. Pacheco等[7]对GK大鼠的研究结果表明, 大鼠在接受GBP后, 血糖恢复正常且并没有饮食的减少以及体质量减轻. GBP能够治疗2型糖尿病, 然而对于GBP治疗2型糖尿病的机制目前尚无定论, 目前众多学者比较认同的是肠道假说. 下段小肠假说最早由Mason[8]提出, 此假说认为下段回肠存在一种L细胞, 该细胞在营养素刺激下能够产生GLP-1. GLP-1是一种肠促胰岛素, 能够通过增加胰岛素分泌、抑制胰高血糖素分泌、抑制胃排空、刺激β细胞增生等作用而提高糖耐量[9]. GBP改变了消化路径, 使得未消化或消化不完全的食物提早进入下段小肠, 刺激L细胞分泌GLP-1, GLP-1的分泌增加, 从而改善了血糖.

从我们的实验结果来看, 行改良GBP术后GK大鼠的血糖明显降低, 其体质量并无明显减轻, 说明体质量减少并不是GBP治疗2型糖尿病的主要机制. 术后8 wk, 手术组大鼠的血浆GLP-1和INS均明显升高(P<0.05). 我们的实验结果与下段小肠学说的假设相吻合, 与近年来的许多研究结果相一致[10-13]. 因此, 我们认为GBP治疗2型糖尿病的机制可能是由于手术旷置了上段小肠, 使得未消化或消化不完全的食物提前进入下段小肠, 引起GLP-1分泌的增加, 使得胰岛素分泌增加, 从而导致血糖的降低.

改良GBP操作更简单, 降低了实验动物的手术难度, 并且能够降低GK大鼠血糖水平, 其机制可能与GLP-1分泌增加, 使得胰岛素分泌增加有关, 但不排除其他原因的可能, 例如肠抑胃肽、血浆抵抗素等水平变化[14,15].

评论

背景资料

2型糖尿病在世界范围内都是常见的疾病, 其发病机制尚不明确, 目前内科药物治疗尚无法治愈. 1982年Pories等的偶然发现, 开创了外科手术治疗糖尿病的新途径, 掀起了一股研究热潮.

同行评议者

谢敏, 主任医师, 南京大学医学院附属鼓楼医院普外科

研发前沿

胃旁路术可治疗2型糖尿病的机制仍不明确, 近年来, 人们认识到肠道能够分泌多种激素, 在调节胰岛素分泌和敏感性方面起重要作用, 因此, 肠道假说也成为近年来的研究热点.

相关报道

Clifton等指出, 糖尿病患者在接受胃旁路术后, GLP-1水平升高, 血糖、血脂等指标都得到了良好的控制. BOSE等的研究同样表明了胃旁路术后, 患者GLP-1水平升高.

创新盘点

目前, 多数学者还是通过实验动物研究胃旁路术治疗2型糖尿病的机制, GK大鼠作为常用的实验动物, 对其行胃旁路术难度相对较大, 因此本课题组提出一种新的术式, 以降低在实验动物研究中的技术难度.

同行评价

本文新颖性较好, 提出了一种改良的胃旁路术动物模型, 对研究胃旁路术治疗2型糖尿病具有一定的参考价值.

备注

编辑:李薇 电编:何基才

参考文献

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