血紅素氧合酶-1對胰島素抵抗大鼠血管功能的影響及機制.pdf

1、背景:越來越多的證據表明,在胰島素抵抗(insulin resistance,IR)狀態(tài)下活性氧(ROS)和致炎細胞因子的過度生成在內皮功能障礙、高血壓和動脈粥樣硬化的發(fā)病中發(fā)揮主要作用。血紅素氧合酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)在心血管系統(tǒng)中的保護作用受到人們的關注,多項研究認為 HO-1是細胞的一種內源性保護蛋白。HO-1催化血紅素氧化生成具有生物活性的膽綠素、一氧化碳(CO)和鐵離子,這些分解產物具有強大抗氧化

2、及調節(jié)血管舒縮等功能,因此我們推測HO-1的過表達對IR狀態(tài)下血管損傷有保護作用。
　　目的:通過觀察 HO-1對胰島素抵抗大鼠主動脈血管功能和形態(tài)的影響,初步探討 HO-1血管保護作用的可能機制,為 IR時血管病變治療提供一定的理論基礎和實驗依據。
　　方法:
　　1.通過高脂肪飲食方法復制IR大鼠模型。Sprague-Dawley(SD)大鼠經6wk高脂肪飲食后,通過正常葡萄糖-高胰島素鉗夾技術證實成功復制IR大鼠

3、模型。
　　2.IR大鼠隨機分成3個亞組和正常對照組(普通飲食)大鼠進行以下干預,共4wk:①正常對照組(NC),繼續(xù)普通飲食,隔日腹腔注射生理鹽水;②IR組:繼續(xù)高脂飲食,隔日腹腔注射生理鹽水;③正鐵血紅素(hemin)組:隔日腹腔注射hemin30μmol/kg;④鋅原卟啉(ZnPP)組:隔日腹腔注射ZnPP10μmol/kg。實驗過程中每周監(jiān)測體重、血糖;采用鼠尾血壓測定儀測定鼠尾動脈收縮壓,同時監(jiān)測心率;檢測血清或主動脈組

4、織的游離脂肪酸(free fatty acid,FFA)、總抗氧化能力(total anti-oxide capacity, TAOC)、超氧歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factorα,TNF-α)、一氧化氮(nitric oxide,NO)、誘生型NO合酶(inducible nitric oxide s

5、ynthase,iNOS)及內皮型NO合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)含量;血氣分析儀檢測動脈血CO含量;應用RT-PCR技術檢測各組HO-1、TNF-α、iNOS及eNOS mRNA的表達;Western blot技術檢測HO-1蛋白的表達;應用離體血管張力檢測技術觀察各組胸主動脈血管環(huán)反應性;掃描電鏡下觀察胸主動脈血管內皮超微結構改變。
　　結果:
　　1. IR模型的

6、結果
　　1.1經過6wk的高脂飲食,與普通飲食組(NC組)相比較,IR組的大鼠體重、血壓、血糖、胰島素水平明顯高于NC組(P<0.05),而鉗夾試驗的結果顯示IR組的葡萄糖輸注率(GIR)低于NC組,說明高脂飲食大鼠對胰島素敏感性降低,存在明顯的胰島素抵抗。
　　1.2 IR組出現(xiàn)明顯的血脂代謝異常,TC、TG及FFA均高于NC組;IR組MDA高于NC組,但TAOC和SOD卻低于NC組,說明IR大鼠存在氧化損傷且抗氧化能力

7、下降;腫瘤壞死因子α(TNF-α)水平高于NC組。
　　2. hemin和ZnPP干預后的結果
　　2.1血糖、體重和收縮壓的變化: IR組大鼠動脈收縮壓隨病程延長進行性增高,但同時未發(fā)現(xiàn)心率的明顯改變;與4wk IR大鼠相比,hemin組大鼠的血糖和體重沒有明顯改變(P>0.05),但是hemin組大鼠動脈收縮壓下降并接近同期對照組大鼠血壓水平(P>0.05);給予ZnPP后,收縮壓進一步升高,與4wk IR組收縮壓相比有

8、顯著差異(P<0.05)。
　　2.2動脈組織氧化損傷指標的變化:與對照組相比,0wk、4wk IR組大鼠主動脈的TAOC及SOD均下降,并且有時間依賴性(P均<0.01);而MDA含量則逐步上升(P<0.01);hemin組的TAOC及SOD水平明顯提高,與IR組大鼠相比有顯著差異(P<0.05);給予ZnPP后IR大鼠 MDA含量進一步增加,而 TAOC及 SOD繼續(xù)降低,與 IR組相比均有統(tǒng)計學差異(P<0.05)。

9、　　2.3大鼠血液CO、NO和主動脈NO含量變化:與對照組相比,0wk、4wk IR大鼠血液中CO含量明顯降低(P<0.05),IR組大鼠血清和動脈組織的NO含量明顯增加(P<0.05);應用hemin后IR大鼠血液CO水平可顯著提高,血清和動脈組織的NO含量與IR組相比則明顯下降(P<0.05);與4wk IR組大鼠相比,給予ZnPP后動脈血CO含量進一步降低(P<0.01),血清和動脈組織的NO水平顯著增高(P<0.01)。

10、　　2.4各組主動脈HO-1 mRNA和HO-1蛋白的表達:對照組大鼠與4wk IR組大鼠血管組織HO-1 mRNA表達無統(tǒng)計學差異(P>0.05);hemin組HO-1 mRNA表達較對照組提高(P<0.01);ZnPP組HO-1 mRNA表達與對照組差異(P>0.05)。hemin組HO-1蛋白表達明顯高于對照組(P<0.05),對照組、IR組和ZnPP組HO-1蛋白表達均無統(tǒng)計學差異。
　　2.5各組主動脈組織iNOS、eN

11、OS活性和mRNA表達變化:與對照組相比,各時間點IR組大鼠血清中iNOS活性均顯著增高,而eNOS活性顯著降低;4wk IR組大鼠血管組織iNOSmRNA表達上調而eNOSmRNA表達減少;與4wk IR組大鼠相比,hemin組中血清iNOS活性和表達顯著降低(P<0.01),而eNOS活性和表達顯著增高(P<0.05);應用ZnPP后,IR大鼠血清中iNOS活性和表達均增高(P<0.05),但是eNOS活性和表達與IR組相比無統(tǒng)計學

12、差異。
　　2.6各組主動脈組織TNF-α含量及mRNA表達的變化:與對照組相比,IR大鼠血管TNF-α含量及mRNA表達升高(P<0.05);hemin組TNF-α含量下降(P<0.05),但mRNA表達沒明顯改變(P>0.05);而ZnPP組TNF-α含量及mRNA表達與4wkIR組相比無差異(P>0.05)。
　　2.7血管舒縮功能的改變:與對照組相比,各時間點IR大鼠胸主動脈對10-6 mol/L乙酰膽堿(acety

13、lcholine,ACh)的內皮依賴性舒張反應明顯減弱(P<0.05);與4wk IR組大鼠相比,hemin組胸主動脈血管環(huán)對ACh舒張百分率有所提高(P<0.05);而給予ZnPP后, IR大鼠對10-6mol/L ACh的舒張反應繼續(xù)下降。與對照組相比,各時間點IR大鼠胸主動脈對對10-6 mol/L苯腎上腺素(phenylephrine,PE)的收縮反應增強(P均<0.01);與4wk IR組大鼠相比,hemin組胸主動脈血管環(huán)對

14、 PE的收縮反應減弱,P<0.01;而 ZnPP組血管環(huán)對10-6mol/L PE的收縮反應與IR組血管環(huán)相比無差異(P>0.05)。各組血管環(huán)非內皮依賴性舒張反應(硝普納所致)無明顯變化,組間比較均無差異(P>0.05)。
　　2.8掃描電鏡下觀察可見對照組完整的內皮細胞層;IR組內皮細胞表面和胞間連接被破壞;hemin組內皮細胞形態(tài)較IR組有所改善,接近對照組;而ZnPP組內皮細胞破壞嚴重。
　　結論:
　　1.持

15、續(xù)6周高脂飲食可成功復制胰島素抵抗大鼠模型,胰島素抵抗狀況下,大鼠血管舒張功能異常及內皮受損與血管組織存在氧化損傷和炎癥因子過度表達有關。
　　2.提高HO-1的表達水平可降低IR大鼠早期的高血壓,同時有益于改善胸主動脈對血管活性物質的反應失調;而抑制HO-1的活性可加重胸主動脈對血管活性物質的反應失調。
　　3.提高HO-1的表達可以增強血管組織抗氧化能力、減少脂質過氧化和炎性因子的生成,抗氧化途徑可能參與了HO-1對IR