胰高血糖素样肽1受体激动剂对糖尿病脑病大鼠认知功能的影响

胰高血糖素样肽1受体激动剂对糖尿病脑病大鼠认知功能的影响

龙海燕肖四海谭华清（通讯作者）

龙海燕肖四海谭华清（通讯作者）

（南华大学附属娄底医院娄底市中心医院湖南娄底417000）

【摘要】目的:观察胰高血糖素样肽1受体激动剂艾塞那肽对糖尿病脑病大鼠认知功能的影响，并探讨其机制。方法:SD雄性健康大鼠随机分为对照组、糖尿病模型组和艾塞那肽治疗组。用链脲佐菌素（60mg/kg）腹腔注射建立糖尿病动物模型，艾塞那肽治疗组皮下注射艾塞那肽（1nmol/kg/d）12周，其余2组给予同等体积的生理盐水。分别采用葡萄糖氧化酶法和放免法测定血糖和血胰岛素浓度；通过Morris水迷宫法评价各组大鼠学习记忆能力；采用Westernblot检测大鼠海马组织中胰岛素受体底物-1（IRS-1）的表达。结果:与对照组比较，糖尿病模型组大鼠血糖显著升高，血胰岛素水平明显著降低，找到站台所需时间明显延长，IRS-1的表达显著降低（均P<0.05）；与糖尿病模型组比较，艾塞那肽组血糖显著降低，而血胰岛素明显升高，找到站台所需时间明显缩短，IRS-1的表达水平显著增加（均P<0.05）。结论:胰高血糖素样肽1受体激动剂艾塞那肽改善了改善了糖尿病脑病大鼠的认知功能，其机制可能与艾塞那上调海马中IRS-1的表达有关。

【关键词】糖尿病脑病胰高血糖素样肽1受体艾塞那肽

【中图分类号】R587.1【文献标识码】A【文章编号】1672-5085（2014）23-0081-02

糖尿病是严重危害人类健康的疾病，可引起多种急慢性并发症。糖尿病对中枢神经系统的影响也越来越引起人们的重视，糖尿病损害认知功能，可作为认知功能障碍的重要独立危险因素[1]。糖尿病脑病是糖尿病慢性中枢神经系统并发症，主要表现为痴呆样的学习和记忆功能的障碍[2]。胰高血糖素样肽l（glucagon-likepeptide-1,GLP-1）是一种由肠道L细胞分泌的肠促胰岛素，GLP-1是通过与受体结合，而发挥生理学作用[3]。GLP-1的受体激活后可发挥促进胰岛素分泌，抑制胰高血糖素分泌，减慢胃排空，抑制食欲，刺激胰岛β细胞增殖分化、抑制β细胞凋亡，降血脂等抗糖尿病作用。然而GLP-1的受体激活后是否对糖尿病脑病有影响还未见文献报道。因此本研究拟观察GLP-1的受体激动剂艾塞那肽对糖尿病脑病大鼠认知功能的影响，并从胰岛素受体底物-1（Insulinreceptorsubstrates-1,IRS-1）的角度探讨其机制。

1材料和方法

1.1材料

艾塞那肽购自美国礼来公司，链脲佐菌素（streptozotocin,STZ）购自美国Sigma公司，血清葡萄糖和胰岛素检测试剂盒由北京中国原子能研究所提供。BCA蛋白定量试剂为Pierce公司产品，IRS-1和β-actin抗体以及辣根过氧化物酶标记二抗为美国SantaCruz产品。

1.2实验动物

36只健康雄性Wistar大鼠，6-7周龄，体质量为200±20g，由南华大学实验动物学部提供。

1.3实验方法

1.3.1实验分组和动物模型制备

36只Wistar大鼠适应性喂养一周后，用随机数字表法分为对照组（n=10），糖尿病造模组（n=26）。糖尿病造模组大鼠一次性腹腔注射STZ（60mg/kg）制备糖尿病大鼠模型，STZ用无菌柠檬酸缓冲液（pH值为4.2，0.1mmol/L）)稀释，对照组给予等量柠檬酸缓冲液腹腔注射。72h后连续3次尾静脉采血测随机血糖，血糖值＞16.7mmol/L为模型制备成功。期间死亡3只，1只，血糖未达到诊断标准，成模22只。成模大鼠用随机数字表法随机选取大鼠作为糖尿病模型组（n=10）和艾塞那肽治疗组（n=10），余下的两只舍弃。艾塞那肽治疗组大鼠给予艾塞那肽（1nmol/kg/d）皮下注射。对照组和糖尿病模型组给予等量生理盐水皮下注射，共干预治疗8周。实验期间各组均无大鼠死亡。

1.3.2Morris水迷宫测试

Morris水迷宫系统由圆形水池、站台和记录系统三部分组成，在圆形水池中分为4个象限，站台高40cm、位于其中一个象限的中央，水深41cm，水面高出站台1cm，放入蓝墨水使水成蓝色，使大鼠不能看见站台。各组大鼠在处死前5d开始进行水迷宫测试，前4d进行训练，4个象限每天各训练1次；第5天进行测试，记录大鼠从入水到找到站台所用的时间(s)作为测试成绩。

1.3.3血糖、血胰岛素的测定

水迷宫行为学测试结束后尾静脉采血留取血标本用于测定血糖和血胰岛素。血糖用葡萄糖氧化酶法测定，血胰岛素用放射免疫法测定。

1.3.4Westernblot分析

水迷宫行为学测试结束后，各组大鼠尾静脉采血后迅速断头处死取脑，于冰上分离海马。取100mg海马组织于1mL蛋白裂解液中，用微量组织匀浆器将组织快速匀浆，制备海马组织匀浆。提取肝脏组织总蛋白,BAC法测定蛋白浓度。取100μL样本加入到2×SDS凝胶加样缓冲液中，煮沸。然后凝胶电泳1h分离蛋白，将分离的蛋白转膜至聚偏氟乙稀膜上。10%脱脂牛奶封闭2h，加入兔抗鼠IRS-1和β-actin一抗，4℃下过夜。加入羊抗兔二抗，室温下孵育6h。显影后进行半定量分析。

1.4统计学处理

数据均以x-±SD表示。用SPSS19.0统计软件进行数据分析，单因素方差分析进行统计分析，组间差异的两两比较采用LSD-t检验。P﹤0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1艾塞那肽对糖尿病脑病大鼠血糖和血胰岛素水平的影响

结果如表1所示：与对照组比较，糖尿病模型组大鼠的血糖显著升高（P<0.05），血胰岛素水平明显著降低（P<0.01）。与糖尿病模型组比较，艾塞那肽组血糖显著降低（P<0.01），而血胰岛素明显升高（P<0.05）。

表1艾塞那肽对糖尿病脑病大鼠血糖和血胰岛素水平的影响

组别血糖(mmol/L)血胰岛素(mIU/L)

对照组6.59±0.5624.91±3.11

糖尿病模型组19.74±2.4110.52±1.62

艾塞那肽治疗组9.53±0.7120.49±1.85

注：*P﹤0.05，与对照组比较；#P﹤0.05，与糖尿病模型组比较。

2.2艾塞那肽对糖尿病脑病大鼠空间学习记忆能力的影响

从图1可见，与对照组比较，糖尿病模型组大鼠找到站台所需时间明显延长，差异有统计学意义（P<0.05）；与糖尿病模型组比较，艾塞那肽组大鼠找到站台所需时间明显缩短（P<0.05）。

图1艾塞那肽对糖尿病脑病大鼠空间学习记忆能力的影响

注：*P﹤0.05，与对照组比较；#P﹤0.05，与糖尿病模型组比较。

2.3艾塞那肽对糖尿病脑病大鼠海马胰岛素受体底物-1表达的影响

结果如图2所示：与对照组比较，糖尿病模型组大鼠海马胰岛素受体底物-1蛋白的表达水平显著性降低（P<0.05）；与糖尿病模型组比较，艾塞那肽组大鼠海马胰岛素受体底物-1蛋白的表达水平显著性增加（P<0.05）。

图2艾塞那肽对糖尿病脑病大鼠海马胰岛素受体底物-1表达的影响

注：*P﹤0.05，与对照组比较；#P﹤0.05，与糖尿病模型组比较。

3讨论

糖尿病脑病是糖尿病常见的慢性并发症之一，主要临床表现为进行性的认知功能障碍和记忆能力的降低，糖尿病脑病被认为是老年性痴呆等认知功能障碍性疾病的危险因素。糖尿病脑病的发病机制目前还没有完全阐明清楚，研究显示糖尿病的微血管病变可使局部脑组织出现缺血或缺氧改变，使神经细胞的变性、凋亡导致中枢神经细胞的数目减少，加速大脑的老化，损害中枢神经系统，使获得性认知障碍。

GLP-1可由正常人体的肠道L内分泌细胞产生，是重要的肠促胰岛素。GLP-1通过与其受体结合发挥作用，GLP-1受体属于G蛋白耦联受体B家族中的胰高血糖素受体亚家族，广泛地分布于胰腺、脑、肺、心脏和肾脏等组织。GLP-1受体激活后刺激胰岛素分泌并改善胰岛细胞的状态，对糖尿病具有治疗作用，成为了糖尿病领域的研究热点[4]。GLP-1在中枢神经系统有广泛表达，GLP1受体激活后具有保护神经细胞、调节食欲、调节认知功能等作用。因此GLP-1受体激动剂可能是糖尿病脑病的治疗手段。

本研究中用STZ建立经典糖尿病大鼠模型，以血糖大于16.7mmol/L为模型制备成功标准，通过水迷宫行为学测试判断大鼠认识能力的变化。结果显示糖尿病大鼠认知能力明显降低，符合糖尿病脑病的特征，表明模型制备是成功的。本研究的结果显示GLP-1受体激动剂艾塞那肽降低糖尿病大鼠的血糖，升高了血胰岛素水平，在水迷宫行为学测试中找到站台所需时间明显缩短，表明大鼠认知能力明显增强。

中枢神经系统中海马是与认知、学习和记忆有关的重要脑区，海马也是胰岛素在中枢的重要靶组织。胰岛素要发挥生理学作用必须先与起受体结合，然后激活胰岛素受体β亚基的酪氨酸蛋白激酶，继而磷酸化不同的胰岛素受体底物（Insulinreceptorsubstrates,IRS），IRS有两种类型。通过IRS-1介导胰岛素的神经营养保护作用，而通过IRS-2介导胰岛素的调节神经细胞糖脂代谢的作用[5]。糖尿病中糖脂代谢的紊乱，其过高血糖和血脂水平通过糖毒性和脂毒性可抑制胰岛素的信号转导，表现为可下调靶细胞中胰岛素受体及IRS的表达导致胰岛素抵抗，加速糖尿病的进程。本研究的结果显示糖尿病脑病大鼠海马组织中IRS-1的表达降低，表明糖尿病脑病大鼠存在中枢神经系统中胰岛素作用信号转导通路受损，胰岛素发挥作用的敏感性降低。艾塞那肽上调了糖尿病脑病大鼠海马组织中IRS-1的表达，增加了胰岛素作用的敏感性，增强了其信号转导。这表明艾塞那肽改善糖尿病大鼠认知功能，可能与上调IRS-1的表达有关。

总之，我们的研究结果阐明胰高血糖素样肽1受体激动剂艾塞那肽改善了改善了糖尿病脑病大鼠的认知功能，其机制可能与艾塞那肽上调胰岛素受体底物-1的表达有关，我们的研究为糖尿病脑病的防治提供了新的线索和策略。

参考文献

[1]LiuJP,FengL,ZhangMH,etal.NeuroprotectiveeffectofLiuweiDihuangdecoctiononcognitiondeficitsofdiabeticencephalopathyinstreptozotocin-induceddiabeticrat[J].JEthnopharmacol,2013,150(1):371-81.

[2]MengH,ZhangD,YangH.Effectsofamyloidprecursorprotein17peptideontheprotectionofdiabeticencephalopathyandimprovementofglycolmetabolisminthediabeticrat[J].JDiabetesRes.2013,2013:689841.

[3]Mietlicki-BaaseEG,OrtinskiPI,ReinerDJ,etal.Glucagon-likepeptide-1receptoractivationinthenucleusaccumbenscoresuppressesfeedingbyincreasingglutamatergicAMPA/Kainatesignaling[J].JNeurosci,2014,34(20):6985-6992.

[4]傅铮,匡洪宇,郝明.胰高血糖素样肽-1受体激动剂对中枢神经系统的作用[J].国际内分泌杂志,2011,31(4):264-267.

[5]李剑敏,万丽,王蓉蓉,等.银杏叶提取物对1型糖尿病大鼠认知功能及海马神经细胞凋亡的影响[J].中国病理生理杂志.2010,26(2):266-271.