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孕期营养不良对子代大鼠胰岛素抵抗的影响

hc360慧聪网医疗器械行业频道 2004-05-25 11:02:03

[摘要] 目的探讨孕期营养不良大鼠造成子代宫内发育迟缓(intrauterine growth retardation，IUGR)成年后胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)的发生，以及肿瘤坏死因子α(TNF-α)与其胰岛素抵抗发生的关系，并寻求较合理的早期营养干预措施。方法通过母鼠孕期营养不良建立IUGR模型，IUGR新生雌鼠80只随机分为4组，分别给予下述相应饮食饲料喂养母鼠3周，幼鼠母乳喂养：IUGR模型组(S／N组)给予常规饮食，IUGR高热能饮食组(A组)，IUGR高蛋白高热能饮食组(B组)，IUGR高蛋白等热能饮食组(C组)。另以正常母鼠所生正常新生雌鼠20只为正常对照组(C／N组)，母鼠给予常规饮食喂养至实验结束。各组幼鼠3周断乳后，第4周起均予常规饮食喂养。各组大鼠在12周时(成年期)、48周(老年期)时分别测定体重、身长、空腹血糖、胰岛素及脂肪组织TNF-α浓度，计算体重指数(BMl)、胰岛素敏感指数(ISI)、胰岛素抵抗指数(IRI)、β细胞分泌功能(HBCI)并分析与TNF-α的相关性。结果 12周及48周时，IUGR模型组与正常对照组比较，体重无统计学意义，但已出现肥胖趋势，BMI升高、胰岛素敏感性下降、TNF-α升高，TNF-α与ISI呈负相关，与IRI正相关，与HBCI无关；IUGRA、B组成年后出现肥胖，较IUGR模型组更为严重的IR；IUGR高蛋白等热能组ISI、IRI、HBCI、TNF-α与C／N无统计学意义。结论孕期营养不良造成的IUGR子代大鼠12周时已出现IR，TNF-α与IUGR的IR发生关系密切。IUGR生后早期予高热能或高蛋白高热能的饮食模式放大和加重了IR的代谢异常。IUGR生后早期高蛋白等热能饮食是合理的营养干预模式。 [关键词] 胎儿生长迟缓；胰岛素抗药性；肿瘤坏死因子；营养；干预性研究；大鼠宫内生长迟缓儿(IUGR)又称小于胎龄儿(SGA)，其发生的常见原因是母孕期营养不良，IUGR在我国其发生率约为7.5％-8.7％。研究表明IUGR由于胎儿代谢的适应性改变可出现多种内分泌激素系统重整，其中胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)的远期影响使IUGR成年后发生代谢综合征的易患性明显增加^[1]。IUGR演变为胰岛素抵抗的病理生理过程及分子机制尚不明确。近年来研究发现肿瘤坏死因子-α(TNF-α)与成人胰岛素抵抗及2型糖尿病的发生密切相关。我们通过母鼠饥饿法建立IUGR模型，并在出生至哺乳期(生后3周)分别给予母鼠高热能、高蛋白高热能、高蛋白质等热能的不同饮食结构，观察IUGR大鼠在12周(成年期)、48周(老年期)时脂源性TNF-α和胰岛素敏感性的变化，探讨早期营养干预对IUGR大鼠成年后胰岛素敏感性的远期影响，以及TNF-α与IUGR大鼠IR发生的关系，以寻求较合理的早期营养干预措施。　　材料与方法　一、研究对象　采用健康SD二级雌鼠15只，体重220-260g，与雄鼠交配受孕后，用母鼠全程饥饿法建立IUGR动物模型[2]，母鼠受孕后第1日始饲以对照组40％的进食量，10s／d，直至自然分娩。所生新生仔鼠出生体重在正常新生仔鼠平均体重减去2倍标准差以下者为IUGR新生鼠，鼠仔每窝超过10只以上者舍弃部分雄鼠仔，使每窝鼠仔控制在8-10只。80只IUGR新生雌鼠随机分为4组，分别予下述相应饮食饲料喂养母鼠3周，幼鼠母乳喂养：①IUGR模型组(S／N组)给予常规饮食，②IUGR高热能饮食组(A组)，③IUGR高蛋白高热能饮食组(B组)，④IUGR高蛋白质等热能饮食组(C组)。各组IUGR幼鼠母乳喂养3周，第4周起各组幼鼠断乳后全部改为常规饮食喂养至实验结束。另以正常母鼠所生正常新生雌鼠20只为正常对照组(C／N组)，生后给予常规饮食喂养至实验结束。二、饲料构成本实验所需的饲料均由广东省实验动物场提供。饲料原材料包括：面粉、玉米粉、大麦粉、籼米粉、麦麸、黄豆粉、鱼粉、酵母粉、植物油、鱼肝油、食盐、VitB2等。其他组分包括钙、磷、粗灰粉、粗纤维、水分、水溶性氯化物。三、检测项目各组分别于满12周、48周时各取10只雌性大鼠称重、测量身长后处死，取血及肾周脂肪。取血日禁食10h，每只大鼠均由专人摘除眼球取血，血样立即低温离心取血清。取血后由专人立即剖腹，剥离双侧肾后脂肪组织称重后，置-70℃冰箱冻存备测TNF-α水平。 1．血糖：葡萄糖氧化酶-过氧化物酶法，批内、批间CV为2％及3％，河北保定长城临床试剂公司提供。 2．胰岛素：放免法，灵敏度为1.5 μIU／ml，批内、批间差异分别为6.4％和9.7％，美国DPU总公司生产，天津德普生物技术和医学产品有限公司提供。 3．脂源性TNF-α：采用鲁瑾^[3]法。迅速称重约50mg左右脂肪组织，加入1 ml冰冻蒸馏水，在冰浴下电动匀浆机匀浆后离心，去除表层脂质层取中间澄清匀浆液，检测TNF-α含量及匀浆蛋白浓度。TNF-α检测用ELISA法测定，试剂盒购自天津四方公司(进口分装)，单位pg／ml，灵敏度<20pg／ml，批内相对标准偏差8.2％，批间相对标准偏差6.1％。蛋白浓度测定用考马斯亮蓝法，单位μg／ml。TNF-α含量以每克组织蛋白质中含TNF-α的量表示，单位μg／g。 4．体重指数：BMI=体重(g)／身长(cm)²。 5．胰岛素敏感指数ISI：按ISI-ln[1000／(FPG×FINS)]计算^[4]，(FPG为空腹血糖，FINS为空腹胰岛素)。 6．胰岛素抵抗指数IRI=(FPG×FINS)／22.5^[5]。 7．β细胞胰岛素分泌指数(HBCl)=20×FINS／(FPG-3.5) ^[5]。四、统计学处理所有数据用均数土标准差表示，各组结果比较采用方差分析(ANOVA)，LSD最小显著差异法和t检验，相关分析用Pearson法。统计使用SPSS forwindowsl0.0软件包。结果一、IUGR模型组与正常对照组比较 IUGR模型组12周时已出现肥胖持续至48周，BMI显著高于正常对照组，ISI显著下降，IRI升高，P<0.05；HBCI下降，TNFα升高，P均<0.01。二、IUGR的A、B、C组与正常对照组或IUGR模型组比较 1．体重与体重指数(BMI)：IUGR高热能组(A组)、高蛋白高热能(B组)12周时已出现肥胖并持续至48周，体重、BMI高于正常对照组(P<0.05)；高蛋白组(C组)12周时BMI小于正常对照组及IUGR模型组，但48周时也呈现肥胖趋势，BMI高于正常对照组。 2．ISI与IR：12周及48周时，与正常对照组及IUGR模型组比较，A、B组ISI下降，IRI升高，差异有统计学意义，P<0.05或0.01；C组12周及48周的ISI、IRI与正常对照组比较均无统计学意义(P>0.05)，但优于IUGR模型组(P<0.05)。 3．HBCI：12周时，A、B组HBCI已低于正常对照组；48周时A、B组HBCI进一步下降，低于正常对照组及IUGR模型组(P均<0.01)。C组12周及48周时HBCI均高于IUGR模型组，48周时与正常对照组比较无统计学意义(P均<0.05)。 4．TNF-α：12周及48周时，A、B组显著高于正常对照组(P<0.01)，而与IUGR模型组无统计学意义(P>0.05)。C组12周及48周时与正常对照组比较无统计学意义(P>0.05)而显著低于IUGR模型组(P<0.01或<0.05)。三、各组TNF-α与ISI、IRI、HBCI的相关性分析 12周及48周时各组TNF-α与ISI呈负相关(12周r=-0.928，P=0.000；48周r=-0.668，P=0.002)；与IRI呈正相关(12周r=0.845，P=0.000；48周r=0.620，P=0.006)。12周及48周时与HBCI无显著相关(P均>0.05)。讨论大量流行病学调查结果表明，IUGR是导致胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)的一个重要危险因素，其远期影响使IUGR成年后发生代谢综合征(metabolic syndrome)的易患性明显增加。最近的人群追踪研究显示，胎儿期营养不良是成年期Ⅱ型糖尿病独立的危险因素^[6]。本实验通过母鼠孕期营养不良建立的IUGR模型也证实了IUGR确实存在成年后胰岛素敏感性下降。本实验结果显示，IUGR模型组大鼠12周时已出现肥胖趋势和胰岛素抵抗，BMI、IRI升高，ISI、HBCI下降，脂源性TNF-α升高。12周及48周TNF-α均与ISI呈高度负相关，与IRI成正相关关系。提示脂肪组织TNF-α与IUGR的IR的发生密切相关。国外研究也发现TNF-α在脂肪组织／细胞中过度表达与肥胖和IR密切相关，脂肪细胞来源的TNF-α可增加激素敏感脂肪酶活性，促进脂肪分解，升高循环FFA水平；并通过介导了胰岛素受体底物(IRS)-1的丝氨酸磷酸化，影响胰岛素的信号传导通路，造成胰岛素抵抗^[7]。国内鲁瑾等^[3]研究也显示高脂饮食诱发成年大鼠胰岛素抵抗后，存在TNF-α合成和分泌的升高，且与IR的发生密切相关。 1998年Lucas^[8]提出了营养程序化(nutritional programming)的概念，即在发育的关键或敏感时期的营养状况，将对机体或各器官功能产生长期以至终生的影响，其机制是由于早期营养环境刺激机体产生适应性的克隆选择或者分化母细胞增殖，从而使组织细胞数量或比例永久性地得到改变。基于早期营养程序化的概念，我们选择在生后初3周(相当于人类新生儿至婴儿哺乳期)这个发育的关键和敏感时期进行不同蛋白质含量和不同热能的营养干预。国外研究报道母乳分泌量和营养成分可受乳母妊娠期及哺乳期营养状态的影响，若妊娠期及哺乳期营养状态较差，泌乳量和乳汁中的蛋白质浓度显著下降；而在怀孕和哺乳期都予高蛋白质饮食的母鼠其乳汁分泌旺盛、蛋白质合成增多、浓度增高^[9]。而母鼠高脂肪、高能量饮食其乳汁产量及乳汁的脂肪浓度也显著升高，乳汁的蛋白质、乳糖浓度无明显变化^[10]。IUGR大鼠在高蛋白高热能以及高热能早期营养干预下，出现更为严重的胰岛素敏感性和p细胞分泌功能受损，脂源性TNF-α升高。说明高热能、高蛋白高热能早期营养模式可使放大和加重这种代谢异常。该结果与国外研究报道结果相似，Vickers等^[11]建立母体营养不良的大鼠动物模型断乳后分别给予正常及高热能饮食，结果显示母体营养不良导致胎儿生长发育迟缓、低出生体重，生后的高热能饮食通过程序化的作用诱导放大代谢紊乱，出现成年后腹型肥胖、高血压、高瘦素、高胰岛素血症。高蛋白等热能饮食组持续追踪至老年期仍无胰岛素抵抗出现。已知营养物质对胰岛β细胞的发育影响甚大，其中以蛋白质、氨基酸含量尤为重要。IUGR由于宫内营养不良导致其出生时胰岛β细胞的数量及功能已经下降，但由于胰岛β细胞细胞发育从胎儿期持续至断乳，婴儿期营养也决定了胰岛的发育和塑形，因此，出生后早期给予足量的蛋白质有可能通过促进胰岛β细胞的发育，使其数量增加、功能增强，以弥补其胎儿期存在的不足，改善IUGR远期预后及生存质量。hc360慧聪网医疗器械行业频道慧聪医疗器械医疗器械医疗设备手术器械保健器材卫生材料
信息来源：黄婷婷丘小汕沈振宇等


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