血紅素氧合酶-1對(duì)胰島素抵抗大鼠血管功能的影響及機(jī)制.pdf

1、背景:越來(lái)越多的證據(jù)表明,在胰島素抵抗(insulin resistance,IR)狀態(tài)下活性氧(ROS)和致炎細(xì)胞因子的過(guò)度生成在內(nèi)皮功能障礙、高血壓和動(dòng)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(hù)作用受到人們的關(guān)注,多項(xiàng)研究認(rèn)為 HO-1是細(xì)胞的一種內(nèi)源性保護(hù)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(chǎn)物具有強(qiáng)大抗氧化

2、及調(diào)節(jié)血管舒縮等功能,因此我們推測(cè)HO-1的過(guò)表達(dá)對(duì)IR狀態(tài)下血管損傷有保護(hù)作用。
　　目的:通過(guò)觀(guān)察 HO-1對(duì)胰島素抵抗大鼠主動(dòng)脈血管功能和形態(tài)的影響,初步探討 HO-1血管保護(hù)作用的可能機(jī)制,為 IR時(shí)血管病變治療提供一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　方法:
　　1.通過(guò)高脂肪飲食方法復(fù)制IR大鼠模型。Sprague-Dawley(SD)大鼠經(jīng)6wk高脂肪飲食后,通過(guò)正常葡萄糖-高胰島素鉗夾技術(shù)證實(shí)成功復(fù)制IR大鼠

3、模型。
　　2.IR大鼠隨機(jī)分成3個(gè)亞組和正常對(duì)照組(普通飲食)大鼠進(jìn)行以下干預(yù),共4wk:①正常對(duì)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中每周監(jiān)測(cè)體重、血糖;采用鼠尾血壓測(cè)定儀測(cè)定鼠尾動(dòng)脈收縮壓,同時(shí)監(jiān)測(cè)心率;檢測(cè)血清或主動(dòng)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(nèi)皮型NO合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)含量;血?dú)夥治鰞x檢測(cè)動(dòng)脈血CO含量;應(yīng)用RT-PCR技術(shù)檢測(cè)各組HO-1、TNF-α、iNOS及eNOS mRNA的表達(dá);Western blot技術(shù)檢測(cè)HO-1蛋白的表達(dá);應(yīng)用離體血管張力檢測(cè)技術(shù)觀(guān)察各組胸主動(dòng)脈血管環(huán)反應(yīng)性;掃描電鏡下觀(guān)察胸主動(dòng)脈血管內(nèi)皮超微結(jié)構(gòu)改變。
　　結(jié)果:
　　1. IR模型的

6、結(jié)果
　　1.1經(jīng)過(guò)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(yàn)的結(jié)果顯示IR組的葡萄糖輸注率(GIR)低于NC組,說(shuō)明高脂飲食大鼠對(duì)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(shuō)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(yù)后的結(jié)果
　　2.1血糖、體重和收縮壓的變化: IR組大鼠動(dòng)脈收縮壓隨病程延長(zhǎng)進(jìn)行性增高,但同時(shí)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(méi)有明顯改變(P>0.05),但是hemin組大鼠動(dòng)脈收縮壓下降并接近同期對(duì)照組大鼠血壓水平(P>0.05);給予ZnPP后,收縮壓進(jìn)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(dòng)脈組織氧化損傷指標(biāo)的變化:與對(duì)照組相比,0wk、4wk IR組大鼠主動(dòng)脈的TAOC及SOD均下降,并且有時(shí)間依賴(lài)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(jìn)一步增加,而 TAOC及 SOD繼續(xù)降低,與 IR組相比均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。

9、　　2.3大鼠血液CO、NO和主動(dòng)脈NO含量變化:與對(duì)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(dòng)脈組織的NO含量明顯增加(P<0.05);應(yīng)用hemin后IR大鼠血液CO水平可顯著提高,血清和動(dòng)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(dòng)脈血CO含量進(jìn)一步降低(P<0.01),血清和動(dòng)脈組織的NO水平顯著增高(P<0.01)。

10、　　2.4各組主動(dòng)脈HO-1 mRNA和HO-1蛋白的表達(dá):對(duì)照組大鼠與4wk IR組大鼠血管組織HO-1 mRNA表達(dá)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05);hemin組HO-1 mRNA表達(dá)較對(duì)照組提高(P<0.01);ZnPP組HO-1 mRNA表達(dá)與對(duì)照組差異(P>0.05)。hemin組HO-1蛋白表達(dá)明顯高于對(duì)照組(P<0.05),對(duì)照組、IR組和ZnPP組HO-1蛋白表達(dá)均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　2.5各組主動(dòng)脈組織iNOS、eN

11、OS活性和mRNA表達(dá)變化:與對(duì)照組相比,各時(shí)間點(diǎn)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(dá)上調(diào)而eNOSmRNA表達(dá)減少;與4wk IR組大鼠相比,hemin組中血清iNOS活性和表達(dá)顯著降低(P<0.01),而eNOS活性和表達(dá)顯著增高(P<0.05);應(yīng)用ZnPP后,IR大鼠血清中iNOS活性和表達(dá)均增高(P<0.05),但是eNOS活性和表達(dá)與IR組相比無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)

12、差異。
　　2.6各組主動(dòng)脈組織TNF-α含量及mRNA表達(dá)的變化:與對(duì)照組相比,IR大鼠血管TNF-α含量及mRNA表達(dá)升高(P<0.05);hemin組TNF-α含量下降(P<0.05),但mRNA表達(dá)沒(méi)明顯改變(P>0.05);而ZnPP組TNF-α含量及mRNA表達(dá)與4wkIR組相比無(wú)差異(P>0.05)。
　　2.7血管舒縮功能的改變:與對(duì)照組相比,各時(shí)間點(diǎn)IR大鼠胸主動(dòng)脈對(duì)10-6 mol/L乙酰膽堿(acety

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

14、 PE的收縮反應(yīng)減弱,P<0.01;而 ZnPP組血管環(huán)對(duì)10-6mol/L PE的收縮反應(yīng)與IR組血管環(huán)相比無(wú)差異(P>0.05)。各組血管環(huán)非內(nèi)皮依賴(lài)性舒張反應(yīng)(硝普納所致)無(wú)明顯變化,組間比較均無(wú)差異(P>0.05)。
　　2.8掃描電鏡下觀(guān)察可見(jiàn)對(duì)照組完整的內(nèi)皮細(xì)胞層;IR組內(nèi)皮細(xì)胞表面和胞間連接被破壞;hemin組內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)較IR組有所改善,接近對(duì)照組;而ZnPP組內(nèi)皮細(xì)胞破壞嚴(yán)重。
　　結(jié)論:
　　1.持

15、續(xù)6周高脂飲食可成功復(fù)制胰島素抵抗大鼠模型,胰島素抵抗?fàn)顩r下,大鼠血管舒張功能異常及內(nèi)皮受損與血管組織存在氧化損傷和炎癥因子過(guò)度表達(dá)有關(guān)。
　　2.提高HO-1的表達(dá)水平可降低IR大鼠早期的高血壓,同時(shí)有益于改善胸主動(dòng)脈對(duì)血管活性物質(zhì)的反應(yīng)失調(diào);而抑制HO-1的活性可加重胸主動(dòng)脈對(duì)血管活性物質(zhì)的反應(yīng)失調(diào)。
　　3.提高HO-1的表達(dá)可以增強(qiáng)血管組織抗氧化能力、減少脂質(zhì)過(guò)氧化和炎性因子的生成,抗氧化途徑可能參與了HO-1對(duì)IR