组氨酸铬在链脲佐菌素诱导的2型糖尿病大鼠模型中控制血糖、改善血脂和降低氧化应激的作用

摘要

高血糖，2型糖尿病的标志糖尿病(T2DM)，是导致高脂血症、氧化应激和各种糖尿病相关并发症的原因。管理旨在通过维持接近正常血糖来减少糖尿病并发症。新生Wistar大鼠70只，4 ~ 5日龄，随机分为7组。除第一组对照组外，其余各组均饲喂高脂肪饮食(HFD) -40%卡路里为脂肪。III、IV、V组患者腹腔内单次注射链脲佐菌素(STZ) (40mg/kg)诱导T2DM。IV、VI组添加4μg/kg组氨酸铬(CrHis)， V、VII组添加8μg/kg组氨酸铬(CrHis) BW/d，连续10周。10周后观察Cr His对血糖、血脂和丙二醛的影响。与对照组大鼠相比，II组和III组大鼠血糖出现轻度高血糖，II组大鼠胰岛素水平升高。与4 μg Cr His组比较，8 μg Cr His组大鼠血清葡萄糖值显著降低。高脂饮食组大鼠富含甘油三酯(TG)脂蛋白显著低于对照组(p<0.05)。8 μg Cr His组大鼠TG和VLDL水平明显低于4μg Cr His组(p<0.05)。 The plasma MDA level was elevated in the stress induced rats in Group II and III but normalized to baseline when Cr His was administered. CrHis controls hyperglycemia, improves lipid profile and reduces oxidative stress in streptozotocin induced type 2 diabetes model in rats.

关键字

组氨酸铬，链脲佐菌素，血脂，丙二醛和2型糖尿病

简介

铬(Cr)是一种微量金属，是最佳胰岛素活性、正常碳水化合物和脂质代谢所必需的微量营养素，几十年来一直被认为可以维持正常的葡萄糖耐量[1，2］．它以多种价态存在于地壳中，其中三价Cr (Cr III)具有生物活性。它已被确定为葡萄糖耐量因子(GTF)的活性成分。Cr增加胰岛素敏感性，降低胰岛素水平，改善肥胖2型糖尿病患者的葡萄糖处理。吡啶甲酸铬(CrPic)是铬元素和吡啶甲酸(CrPic)的组合，在美国是一种广泛使用的膳食补充剂。补充CrPic已被发现对T2DM有多种有益作用，包括减少体重增加[3.]，改善胰岛素敏感性，增强内皮功能[4]和改善血脂状况[5，6］．

糖尿病是一种非均质性代谢紊乱，以慢性高血糖伴糖、脂、蛋白代谢紊乱为特征。根据糖尿病的病因，导致高血糖的因素包括胰岛素分泌减少、葡萄糖利用减少和葡萄糖产生增加。高血糖是2型糖尿病的标志，可导致高脂血症、氧化应激和各种糖尿病相关并发症[7］．与糖尿病相关的代谢失调可引起多器官系统的继发性病理生理变化，对糖尿病患者和医疗保健系统造成巨大负担。

组氨酸铬(CrHis)是另一种被认为对糖尿病大鼠有积极作用的化合物，因为由于添加了氨基酸组氨酸，在胃肠道中吸收程度最高。CrHis可显著降低糖尿病大鼠肾脏脂质过氧化水平和HSP表达[8］．在高脂饮食喂养的大鼠中，已发现补充CrHis对肥胖有保护作用。

高脂喂养/链脲佐菌素(STZ)处理的大鼠是2型糖尿病的动物模型，被认为适合测试抗糖尿病化合物。［9本研究旨在评估补充CrHis对糖尿病患者的影响。

方法

实验动物的选择

新生Wistar大鼠(4-5日龄)，体重5 - 10克，在药理学系实验室育种室生产。将动物置于受控室温(25±2°C)和明暗(12:12小时)条件下，并允许哺乳。在大约6周大的时候，给它们提供食物(周粮)和随意的水。除第一组对照组外，所有组的动物都被给予高脂肪饮食-40%的脂肪。III、VI、V组采用单次腹腔注射链脲佐菌素(40mg/kg)诱导2型糖尿病。IV组和VI组每天在试验动物体内添加4μg/kg的CrHis, V组和VII组注射8 μg/kg BW/d的水溶CrHis，从6周龄开始，直到16周龄时处死。（表我)．在进行实验之前，获得了当地动物研究伦理委员会的伦理许可，并遵循了国家科学院的调查伦理准则。

药物及化学品

在这些实验中使用了以下特殊药物:链脲佐菌素(Sigma Chemicals, usa);组氨酸铬(美国营养21);柠檬酸;柠檬酸钠(盐)在pH 5.5制备柠檬酸缓冲液。将链脲佐菌素溶解在柠檬酸钠缓冲溶液中制备，并以40 mg /kg的体积腹腔注射。标准对照为pH 5.5的柠檬酸缓冲液。

实验设计

组

实验以4 ~ 5日龄新生Wistar大鼠为实验对象。动物被禁食4-6小时。2型糖尿病由单次腹腔注射链脲佐菌素(STZ)诱发，40 mg/kg体重溶解在柠檬酸缓冲液(pH- 5.5)中。动物被分为7组，每组10只。

生化参数分析

10周后，在乙醚麻醉下实施安乐死，并从引流的腹主动脉采集血液。用血清样本估计血糖[10胰岛素(ELISA) [11]和MDA [12］．使用德国人类诊断试剂盒，由Selectra E化学分析仪(默克公司)评估脂质谱，如TG、总胆固醇、LDL胆固醇和HDL胆固醇[13，14］．

统计分析

所有数据均以均数±标准差表示。采用Mann Whitney U检验分析，p <0.05为差异有统计学意义。

结果

对照组、高脂饮食组(HFD)大鼠和对照组大鼠的血糖水平分别为表2．I、II、III组血糖分别为306.50±74.93 mg/dl、391.25±35.98 mg/dl、341.75±88.05 mg/dl, II、III组血糖较I组轻度高血糖，差异有统计学意义(p< 0.05)。其中，各组大鼠血清胰岛素水平分别为1.11±0.32 μU/ml、1.39±0.72 μU/ml和1.30±0.69 μU/ml, II组和III组大鼠的胰岛素水平均高于I组。升高有统计学意义(p< 0.05)，这是由于高脂肪饮食诱发了啮齿动物的胰岛素抵抗。4 μg CrHis组大鼠血糖水平为324.67±54.75 mg/dl，与对照组相似，血清胰岛素水平为1.64±0.80μU/ml，高于对照组(p< 0.05)。8 μg CrHis组大鼠血糖降低230.42±50.64 mg/dl (p<0.05)，同时血清胰岛素轻度升高1.34±0.32 μU/ml (p<0.05)， 4μg CrHis组大鼠亦是如此。(p < 0.05) (表2）

HFD组和4 μg CrHis组大鼠的血糖和胰岛素水平分别为378.75±78.05 mg/dl和1.48±0.62 μU/ml，高于对照组，差异有统计学意义(p<0.05)，但与对照组II和III组大鼠相近。HFD组和8 μg CrHis组大鼠的血糖(196.58±61.16 mg/dl)和胰岛素(1.84±1.74 μU/ml)显著低于对照组(p <0.001)，其中4 μg CrHis组大鼠的胰岛素水平显著高于对照组(p <0.001)，除VI组大鼠外，其余各组大鼠的胰岛素水平也显著高于对照组(p <0.001)。

HFD各组胰岛素水平均显著高于对照组(1.11±0.32 μU/ml) (p<0.05)。

图1．描述各组大鼠血清胰岛素和血脂水平。高脂饮食组大鼠的富TG脂蛋白、TG和VLDL水平明显低于对照组和其他各组大鼠。二组TG富值分别为74.40±24.86 mg/dl和17.08±8.94 mg/dl (p<0.05)，显著低于对照组。8 μg CrHis组大鼠TG和VLDL水平分别为114.83±43.64 mg/dl和123.58±40.12 mg/dl，与4μg CrHis组IV和VI组大鼠相比，TG和VLDL水平显著降低(p<0.05)，与对照组相比无统计学差异。然而，与对照组和其他相关组相比，其他脂质参数没有明显变化(表2)．

Figure2．各组大鼠血清丙二醛水平的变化。ⅱ组和ⅲ组血清MDA水平分别为6.42±3.02 mmol/ml和7.17±3.09 mmol/ml，高于ⅰ组3.92±3.02 mmol/ml (p<0.05)。8 μg CrHis的V组和VII组分别为5.42±2.90 mmol/ml和3.58±2.70 mmol/ml，与对照组I组的水平相当，表明这些动物完全没有氧化应激。4 μg CrHis作用下IV组和VI组MDA的基线水平与I组相同，分别为4.00±2.86和4.12±2.04 mmol/ml。比较4 μg和8 μg CrHis组大鼠的血清MDA含量，均无统计学差异，说明这两种剂量均足以降低氧化应激。

讨论

铬是碳水化合物、蛋白质和脂肪的正常代谢所必需的，通过增强胰岛素敏感性。降低血浆胆固醇和甘油三酯水平，抑制氧化应激和炎症细胞因子分泌[15，7］．

铬是一种微量金属，是一种必需的微量营养素，用作治疗胰岛素抵抗的药物，当用量适当时，可提高人体的葡萄糖耐量，因此被称为葡萄糖耐量因子。

在本实验中，II组和III组大鼠产生轻度高血糖和高胰岛素血症，模拟胰岛素抵抗。用8 μg CrHis处理第VII组大鼠，其降糖效果优于其他各组。

本实验显示，ⅱ、ⅲ组大鼠血糖水平高于ⅰ组，血清胰岛素水平升高。这是因为高脂肪饮食会导致啮齿动物产生胰岛素抵抗[16，17，18］．

（表2)表示出现胰岛素抵抗。这些具有统计学意义的发现对2型糖尿病的特征具有重要意义。4μg和8μg CrHis分别用于高脂糖尿病大鼠和高脂糖尿病大鼠。虽然两种剂量的CrHis均能降低血糖，但从这一结果来看，8 μg剂量的降血糖效果明显优于4 μg剂量的降血糖效果(196.58±61.16)P <0.001， (表2)．这一结果确定了吡啶甲酸铬的葡萄糖调节活性，并被该化合物所实现。CrHis的这种降低葡萄糖的作用是通过增强胰岛素与其受体的结合来调节的，从而增加酪氨酸激酶活性和增加GLUT-4转位到细胞表面。

高脂饮食可诱发啮齿动物胰岛素抵抗[16-18胰岛素抵抗和高胰岛素血症已被证明可预测2型糖尿病。在本研究中，II组和III组大鼠出现高血糖和高胰岛素血清。增加的幅度是由于β细胞功能更大的胰岛素合成和释放，以克服靶组织中的抵抗[19］．（表2)．

与I组相比，II组TG降低44.68±39.57% (p<0.001)， III组TG降低19.45±43.22% (p<0.001)， III组TG降低8.11±2.47% (p<0.05)， VII组TG降低(p<0.05)是铬降低TG活性的一部分。即使服用8 μg CrHis的大鼠也比服用4 μg CrHis的大鼠表现出更低的TG水平，并证实CrHis激活了5 '腺苷单磷酸活化蛋白激酶(AMPK)，这是抑制脂肪生成和转移脂质分子进行氧化的主要信号[20.］．

总胆固醇水平(9.50±4.66%)低于对照组(p<0.05)，认为是铬对固醇调节元件结合蛋白(SREBP)的上调所致。218 μg CrHis剂量可降低胆固醇水平。然而，由于实验时间短，LDLc和HDLc不受影响。

来自各种实验的数据显示了MDA的降低，MDA是氧化应激的标志。在本实验中检测MDA水平时，在4 μg和8 μg CrHis时，II组和III组大鼠的MDA水平与对照组相比显著升高，而在对照组大鼠中则与对照组相当。应激组和应激组大鼠血浆中丙二醛水平升高，但CrHis给药后恢复到基线控制水平。本实验证明了CrHis对氧化应激的抑制作用。毫无疑问，添加铬降低了应激鸡血清MDA浓度，并已被证实[22，23］．报告还显示，通过补充CrPic和烟酸铬，大鼠肝脏硫代巴比妥酸反应物质的形成减少[24］．丙二醛水平的降低可能与铬对肾上腺素的抑制有关。本研究中检测到的生化值的变化可能是由于CrHis对胰岛素活性的刺激作用。

组氨酸的基本性质有助于最大限度地吸收和维持组织中的高铬水平。然后，它促进胰岛素促进作用，增强信号转导，增强酪氨酸激酶活性，促进GLUT-4转位到细胞表面，从而促进葡萄糖摄取的协调方式。[25它还上调胰岛素受体作为潜在机制[26，27］．

在许多原因中，饮食摄入不足可能在2型糖尿病的发生和进展中发挥作用，因为食物是在贫铬土壤中种植的，而CrHis在这个时候是一种营养疗法。

确认

我们非常感谢Nutrition21为我们的研究提供了组氨酸铬。

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