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目的:
在过去的几十年中,病态性肥胖的发病率迅速升高,已经成为全球性的健康问题和社会问题。病态性肥胖在影响生活质量的同时可以引起全身多系统多器官发生病变,如糖尿病、高血压、心脏病、睡眠呼吸暂停综合征、消化系统恶性肿瘤、非酒精性脂肪肝、肝硬化甚至肝癌等,其中2型糖尿病和动脉粥样硬化等疾病又对机体各系统造成损害,多样而复杂的损害造成了病态性肥胖患者极高的死亡率。同时,对于中重度病态性肥胖的保守治疗常常效果不佳或者难以长期维持疗效,反复的体重反弹对机体可能会造成更大的损害。在此背景下减重外科迅速发展,手术安全性大大提高,术式选择灵活多样,随着手术例数的增加和经验的积累研究者们发现减重手术带来的不仅是体重持久大量的下降,病态性肥胖患者的2型糖尿病、动脉粥样硬化、脂肪肝、睡眠呼吸暂停综合征等肥胖并发病也得到了很大程度的改善,其中对于2型糖尿病、动脉粥样硬化的治疗效果尤为引人注意,所以研究者们对于减重手术治疗肥胖并发病的机制进行了大量的研究,目前普遍认为手术改变了胃肠激素的分泌可能是其始发因素,可是具体机制目前并未取得确切的结论。
胰岛素抵抗是2型糖尿病最为重要的病理特征,也是动脉粥样硬化等其他病态性肥胖并发病共同的病理基础,我们的前期研究已经证实了手术对自发型2型糖尿病大鼠(Goto-Kakizaki大鼠)胰岛素抵抗的改善作用,另外骨骼肌是机体绝大部分葡萄糖的代谢场所也是胰岛素抵抗最为重要的靶器官,所以本研究的第一部分探讨了手术改善2型糖尿病大鼠骨骼肌胰岛素抵抗的可能机制,第二部分在细胞学水平对该机制进行了验证。术式选择目前临床对于病态性肥胖合并2型糖尿病最为常用的术式Roux-en-Y胃旁路术(RYGB),实验细胞则选取经诱导分化并建立胰岛素抵抗模型的L6成肌细胞。实验指标选取胰岛素刺激骨骼肌摄取葡萄糖摄取的主要通路PI3K通路的关键分子PI3Kp85α、Akt/PKB以及骨骼肌细胞摄取葡萄糖的最终效应器葡萄糖转运蛋白4来进行研究,观察其与胃肠激素ghrelin改变的关系,并在细胞学层面摒除其他干扰来进行验证,从而尝试分析手术对于骨骼肌胰岛素抵抗改善的可能机制。
另外,动脉粥样硬化类疾病也是病态性肥胖的重要并发病,更是肥胖患者死亡的主要原因之一。肥胖使得机体的低密度脂蛋白显著升高,其经氧化修饰后被细胞摄取从而形成粥样斑块,该过程正是由凝集素样氧化低密度脂蛋白受体-1(lectin-like oxidized low density lipoprotein receptor-1,LOX-1)来介导。本研究第三部分选取袖状胃切除术—一种更为简单安全的减重手术进行研究,观察术后大鼠体重、血浆低密度脂蛋白、主动脉组织LOX-1的蛋白和mRNA的表达以及主动脉内膜脂肪含量的改变,探讨袖状胃切除术对动脉粥样硬化的影响及其可能机制。
虽然仍有很多人认为手术对于2型糖尿病、动脉粥样硬化等疾病来说是一种极端的治疗方法,围手术期可能会有一定的死亡风险,术后感染、吻合口瘘等并发症可能会带来再次手术的风险,以及术后疾病依然可能复发的风险,然而这些和病态性肥胖及其并发病所带来的死亡率、手术所降低的死亡率相比却是微不足道的,并且相信随着医疗技术的发展、治疗及随访的规范以上手术风险还会逐步降低。
实验方法:
1、GK大鼠30只分为Roux-en-Y胃旁路手术组、假手术组、对照组,另取10只Wistar大鼠为正常对照组,术后28天处死实验动物,ELISA法检测血浆ghrelin浓度,免疫印迹法检测骨骼肌组织的磷酸化/总PI3Kp85α、磷酸化/总Akt/PKB、细胞膜/总GLUT4的蛋白相对表达,实时荧光定量PCR法检测骨骼肌组织PI3Kp85α、Akt/PKB、GLUT4 mRNA的表达。
2、大鼠L6成肌细胞经诱导分化、棕榈酸建立胰岛素抵抗模型成功后入选实验,分为酰化ghrelin组、非酰化ghrelin组、PI3K抑制剂(LY)+酰化ghrelin组、LY+非酰化ghrelin组和对照组。各组经处理因素干预24小时后,激光共聚焦和流式细胞术检测各组骨骼肌细胞在胰岛素刺激下对荧光葡萄糖的摄取能力,免疫印迹法检测骨骼肌组织的磷酸化/总PI3Kp85α、磷酸化/总Akt、细胞膜/总GLUT4的蛋白表达,实时荧光定量PCR法检测骨骼肌组织PI3Kp85α、Akt、GLUT4mRNA的表达。蛋白和mRNA检测指标与实验第一部分相同,旨在从细胞学水平验证第一部分所得出的结论。
3、Wistar大鼠24只随机分为3组,分别在假手术后给予正常饮食、假手术后给予高脂饮食和袖状胃切除后给予高脂饮食,30天后测量体重、ELISA法检测血浆LDL,免疫印迹法检测主动脉组织LOX-1蛋白表达,实时荧光定量检测LOX-1 mRNA表达、尼罗红染色荧光显微镜观察主动脉内膜脂肪含量的改变。
实验结果:
1、RYGB术后GK大鼠的血浆ghrelin水平较GK对照组和假手术组显著上升;与GK对照组相比骨骼肌组织的磷酸化/总PI3Kp85α蛋白相对表达量升高
2.699倍,磷酸化/总Akt蛋白表达升高1.683倍,细胞膜/总GLUT4的蛋白表达升高2.983倍,PI3Kp85α、Akt/PKB、GLUT4的mRNA表达分别升高了2.618、1.727、1.567倍。
2、L6成肌细胞诱导分化及胰岛素抵抗模型建立成功;酰化ghrelin和非酰化ghrelin组的细胞在胰岛素刺激下的葡萄糖摄取分别是对照组的1.25和1.28倍,磷酸化/总PI3Kp85α相对蛋白表达量分别是对照组的1.78和1.89倍,磷酸化/总Akt、细胞膜/总GLUT4的蛋白表达是对照组的1.84和1.80倍,细胞PI3Kp85α、Akt/PKB、GLUT4的mRNA表达均较对照组显著升高,酰化ghrelin+LY组和非酰化ghrelin+LY组细胞的上述指标较单独使用酰化ghrelin或非酰化ghrelin作用时显著下降。
3、同样给予高脂饮食时袖状胃切除组大鼠的体重和血浆LDL水平显著低于假手术组,并且其主动脉组织LOX-1的蛋白和mRNA的表达、主动脉内膜脂质沉积均显著低于假手术组。
结论:
1、RYGB术后GK大鼠血浆ghrelin水平显著升高,骨骼肌组织磷酸化PI3Kp85α、磷酸化Akt、细胞膜GLUT4的相对蛋白表达和PI3Kp85α、Akt/PKB、GLUT4 mRNA表达均显著升高。
2、酰化ghrelin和非酰化ghrelin均能够改善骨骼肌细胞的胰岛素抵抗,增加骨骼肌细胞在胰岛素刺激下的葡萄糖摄取;并能够上调骨骼肌细胞的磷酸化PI3Kp85α、磷酸化Akt/PKB、细胞膜GLUT4的相对蛋白表达和三者的mRNA表达,PI3K抑制剂LY294002能够抑制酰化和非酰化ghrelin的上述改善作用。
3、袖状胃切除术能够降低体重和改善主动脉内膜的脂质沉积,并降低血浆LDL水平来下调主动脉组织LOX-1蛋白和mRNA的表达,从而起到保护内皮、抗动脉粥样硬化的作用。