孕期脂多糖刺激对子代大鼠胰岛素抵抗的影响

黄丛富，郝雪琴，邓雯



孕期脂多糖刺激对子代大鼠胰岛素抵抗的影响

黄丛富，郝雪琴，邓雯△

摘要：目的探讨孕期脂多糖（LPS）对子代成年大鼠胰岛素抵抗的影响。方法SD孕鼠20只随机分为2组，每组10只。LPS组孕期第8、10、12天腹腔注射LPS 0.40 mg/kg，对照组腹腔注射无菌生理盐水0.5 mL。子鼠3月龄时测血糖、血胰岛素的浓度和瘦素（Leptin）水平，计算稳态胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）和胰岛素敏感指数（QUICKI）。结果与对照组相比，3月龄LPS组子鼠血糖（mmol/L：7.72±0.42 vs 7.02±0.42）、血胰岛素（mIU/L：8.78± 4.10 vs 1.51±0.27）、血Leptin水平（μg/L：3.88±1.40 vs 1.00±0.33）、HOMA-IR值（3.01±1.41 vs 0.47±0.09）明显高于对照组；LPS组QUICKI值明显低于对照组（0.57±0.07 vs 0.99±0.08）。结论孕期LPS刺激会引起子代大鼠胰岛素抵抗。

关键词：受孕期；炎症；脂多糖类；大鼠, Sprague-Dawley；子代大鼠；胰岛素抵抗

△通讯作者E-mail:wen.dkj@163.com

糖尿病是一种最常见的内分泌代谢疾病，胰岛素抵抗和β细胞分泌缺陷是2型糖尿病发病机制的两个主要环节[1-2]。现有研究表明，胰岛素抵抗与全身炎症反应有关[3-4]。炎症因子可以通过影响胰岛素受体信号转导而导致胰岛素抵抗[5]。胰岛素抵抗存在于创伤应激、感染、肿瘤、妊娠等多种病理生理状况[6]，孕期暴露于低蛋白饮食或者药物（如糖皮质激素）可引起子代大鼠胰岛素水平异常。很多研究表明脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）可以引起胰岛损害[7]。但孕期炎症刺激是否会导致胰岛素抵抗目前尚少见报道。本研究通过在孕期应用LPS刺激，复制炎症刺激大鼠动物模型，研究孕期炎症对子代大鼠胰岛素抵抗的影响。

1　材料与方法

1.1实验动物分组及模型制备SPF级SD大鼠购自华中科技大学同济医学院动物培养中心，合格证号：SCXK（鄂）2010-0007。在室温（24±1）℃环境下，使10只雄鼠与40只雌鼠分批合笼交配，第2天7：00与19：00检查雌鼠阴道，如有阴道栓或阴道涂片精子呈阳性者定为妊娠第0天。从所有孕鼠中随机抽取20只分为2组，每组10只。在孕第8、10、12天上午8：00—9：00，对照组每只腹腔注射无菌生理盐水0.5 mL；LPS组每只腹腔注射LPS 0.40 mg/kg；注射后轻揉腹部以促进药物吸收。子鼠出生后，母乳喂养1个月后饲喂实验大鼠标准饲料。3月龄时，对照组与LPS组子代大鼠分别称体质量，然后从心脏取血测定血糖、血胰岛素和瘦素（Leptin）。

1.2观察指标与方法

1.2.1血糖、胰岛素、瘦素（Leptin）水平的测定分组喂养90 d后禁食12 h，腹腔注射戊巴比妥（40 mg/kg）麻醉子鼠，腹主动脉采血，室温放置30 min后3 000 r/min离心分离血清。在解放军第150医院测定其空腹血糖（FPG）、胰岛素（FINS）及Leptin水平。

1.2.2胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）及胰岛素敏感指数（QUICKI）的计算HOMA-IR计算公式：HOMA-IR=FPG× FINS/22.5。QUICKI的计算公式：QUICKI= 1（/lg FINS+lg FPG）。

1.3统计学方法采用SPSS 19.0软件进行分析，计量资料以均数±标准差（±s）表示，采用t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1体质量和FPG 3月龄子鼠LPS组的雌雄平均体质量（395.00±78.81）g与对照组（404.64± 117.10）g比较差异无统计学意义（t=0.512，P＞0.05）。3月龄雄鼠体质量LPS组为（470.00±14.14）g，比对照组雄鼠（510.71±49.78）g降低了8%（t= 2.081，P＞0.05），雌鼠体质量均值为（320.00±11.55）g，较对照组雌鼠（298.57±31.32）g增高了7%（t= 1.698，P＞0.05），差异均无统计学意义。LPS组FPG水平为（7.72±0.41）mmol/L，较对照组的（7.02±0.42）mmol/L升高（t=3.321，P＜0.01）。

2.22组间FINS、Leptin、HOMA-IR和QUICKI的比较LPS组子鼠的FINS、Leptin、HOMA-IR水平明显高于对照组（P＜0.01），而QUICKI值明显低于对照组（P＜0.01），见表1。

Tab.1 Effects of LPS on FINS, Leptin, HOMA-IR and QUICKI in offsping rats表1　LPS对子代大鼠FINS、Leptin、HOMA-IR及QUICKI的影响　（n=10，±s）

Tab.1 Effects of LPS on FINS, Leptin, HOMA-IR and QUICKI in offsping rats表1　LPS对子代大鼠FINS、Leptin、HOMA-IR及QUICKI的影响　（n=10，±s）

＊＊P < 0.01

组别LPS组对照组t FINS(mIU/L) 8.78±4.10 1.51±0.27 5.004＊＊Leptin(μg/L) 3.88±1.40 1.00±0.33 5.306＊＊HOMA-IR 3.01±1.41 0.47±0.09 5.094＊＊QUICKI 0.57±0.07 0.99±0.08 10.628＊＊

3　讨论

近年来，大量的研究表明胰岛素抵抗与全身炎症反应有关[8-9]。Pickup等[8]认为慢性炎症可能是胰岛素抵抗（包括糖尿病）的启动因子。其机制可能为白细胞介素（IL）-6是活化的T细胞和成纤维细胞产生的一种多功能的淋巴因子，它作为急性炎症的始发因子，是炎性反应的促发剂，并且有研究证实2型糖尿病脂肪细胞培养液中微炎症因子IL-6蛋白的水平明显高于非糖尿病对照组，这表明微炎症可能在胰岛素抵抗的发生、发展过程中起重要作用[9]。LPS是一种以氨基糖苷为组成单位的磷脂，构成革兰阴性杆菌细胞壁的成分，常用来模仿机体炎症反应[10]。LPS和它的受体TLR4结合后启动一系列的磷酸化过程，促进转录因子核因子（NF）-κB进入细胞核，LPS可直接或间接地刺激单核细胞、多形核中性粒细胞或内皮细胞等靶细胞，促进细胞因子肿瘤坏死因子（TNF）-α、IL-1β和IL-6的转录和释放，导致机体炎症反应[11]。在笔者前期的实验发现孕期LPS可引起子代新生大鼠肾脏肾素-血管紧张素系统活性降低[12]。本研究中，在大鼠孕第8、10、12天腹腔注射LPS，相当于人孕中期（孕3～6个月）感染[13]。孕期暴露于LPS引起子代大鼠胰腺功能异常，血液中血糖、胰岛素含量升高，血Leptin值明显高于正常水平，HOMA-IR值增大，QUICKI值减小，引起胰岛素抵抗。

Leptin为肥胖基因（ob）编码产物，是脂肪细胞分泌的蛋白质类激素，作用于下丘脑的代谢调节中枢Leptin受体，发挥抑制食欲、减少能量摄取、增加能量消耗、抑制脂肪合成的作用，在调节能量平衡、体质量平衡及摄食行为方面起重要作用[14]。本研究中，LPS组血糖、血胰岛素和Leptin水平均高于对照组，Leptin的增高可能是由于血糖和血胰岛素水平升高的原因。有研究表明胰岛素在调控Leptin基因的表达中发挥重要的作用[15]。Lee等[16]也证实胰岛素可促进培养的鼠脂肪细胞Leptin mRNA增加。Leptin作为胰岛素分泌的抑制剂具有重要的生理作用[15]，其水平成为糖尿病治疗的重要突破口。

在本研究中，雄鼠体质量LPS组比对照组降低了8%，雌鼠体质量较对照组增高了7%。这可能是因为，雄性胎儿更容易受到产前恶劣环境的影响[17]。Makarova等[18]研究发现瘦素注射到妊娠期第17天C57BL小鼠的体内，可以抑制雄性后代食物摄入量和饮食引起的肥胖，母体效应在雄性后代更为明显。其结果表明，怀孕期间高瘦素血症在后代能量平衡调节作用中具有长期的性别特异性，并且降低后代肥胖的危险。

胰岛素抵抗是指肝脏、脂肪、肌肉等靶组织、靶器官对胰岛素生物效应的敏感性、反应性降低和丧失，产生一系列病理和临床表现[19]。胰岛素抵抗是糖尿病发病的关键因素，稳态模型的胰岛素抵抗指数HOMA-IR在1985年由Mathews等提出，是基于血糖和胰岛素在不同器官（包括胰腺、肝和周围组织）的相互影响而建立的数学模型，胰岛素抵抗的成因尚未完全清楚。一般认为是人体内胰岛素的接收器出现了问题，所以如果不彻底修复胰岛素的接收器，而单纯的刺激胰岛素的分泌，是无法从根本上治疗胰岛素抵抗的。1996年，Haffner将表达式改换为FINS×FPG/22.5，取自然对数值[20]。笔者选择检测大鼠空腹血糖和空腹胰岛素水平计算HOMA-IR，来评估胰岛素抵抗，这种方法简便易行，测量准确性高。更重要的是，本实验同时对正常大鼠和已发生胰岛素抵抗的大鼠进行评估，而HOMA-IR可以很好地反映这两种不同状态下大鼠的胰岛素抵抗程度，比较适合用于本类研究。本研究中LPS组计算出的HOMA-IR显著高于对照组，QUICKI值低于对照组，这说明孕期炎症刺激引起子代胰岛素抵抗，其可能的原因是孕期炎症刺激引起子代胰岛功能的异常，从而导致子代出现胰岛素抵抗。国内外已有较多研究发现新诊断的2型糖尿病人群往往存在胰岛素抵抗，这部分人群经过胰岛素强化治疗或改善胰岛素抵抗治疗以后有助于胰岛功能的恢复[20-21]。这些结果为笔者下一步实验通过抑制炎症以减少胰岛素抵抗来治疗2型糖尿病提供了重要依据。

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（2015-06-17 收稿2015-08-28 修回）

（本文编辑魏杰）

作者单位：洛阳，河南科技大学动物科技学院药学系（邮编471003）

Effects of prenatal exposure to lipopolysaccharide on insulin resistance in offspring rats

HUANG Congfu, HAO Xueqin，DENG Wen△
Department of Pharmacy College of Animal Science and Technology, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China
△Corresponding Author E-mail: wen.dkj@163.com

Abstract：Objective To explore the effects of prenatal exposure to lipopolysaccharide (LPS) on insulin resistance in adult offspring rats. Methods Nulliparous, time-matched Sprague-Dawley rats were randomly divided into two groups (n= 10 for each group): control group and LPS group. On the pregnant day 8, 10 and 12, rats in control group and LPS group were administered intraperitoneally with saline 0.5 mL or LPS 0.40 mg/kg, respectively. The blood levels of fasting plasma glucose (FPG), insulin and Leptin were detected at 90 days of age in offspring. The steady state insulin resistance index (HOMA-IR) and insulin sensitivity index (QUICKI) were evaluated in adult offspring rats. Results Compared with the control group, blood levels of FPG (mmol/L: 7.72±0.42 vs 7.02±0.42), insulin (mIU/L: 8.78±4.10 vs 1.51±0.27) and Leptin (μg/L: 3.88± 1.40 vs 1.00±0.33) were significantly increased in offsping of LPS group, as well as HOMA-IR (3.01±1.41 vs 0.47±0.09) in⁃creased, while QUICKI (0.57±0.07 vs 0.99±0.08) decreased in offsping of LPS-treated rats. Conclusion Prenatal exposure to LPS can result in abnormality of insulin resistance in offspring rats.

Key words：fertile period; inflammation; lipopolysaccharides; rats, Sprague-Dawley; offspring rats；insulin resistance

中图分类号：R392.11

文献标志码：A

DOI:10.11958/59112

基金项目：河南科技大学博士科研启动项目（09001575）；实验技术开发基金项目（SY1112046）

作者简介：黄丛富（1990），男，硕士在读，主要从事药理学与毒理学方面研究