糖胃安煎劑改善糖尿病大鼠空腸生物力學重構的機制研究

沙 洪 ，趙 東 ，廖東華 ，仝小林 ，Hans Gregersen，趙靜波

（1.中日友好臨床醫學研究所 臨床醫學數據與項目管理平臺，北京100029；2.Department of Clinical Medicine，Aarhus University， 8200 Aarhus N，Denmark；3.重慶大學生物工程學院，重慶 400044；4.中國中醫科學院廣安門醫院，北京 100053）

國際糖尿病聯盟（IDF）2015年發布，全世界范圍有4.15億人患有糖尿病，中國占1.1億人，糖尿病已成為影響國民健康重大公共衛生問題[1]。糖尿病并發胃腸道功能紊亂（DGID）發病率高達75%，與非糖尿病狀態下單純的胃腸道節律失常完全不一樣，療效不佳[2]?，F代醫學研究尚不能完全闡明DGID的發病機制。本研究通過檢測鏈脲佐菌素（STZ）誘導的糖尿病大鼠空腸腸壁腦源性神經營養因子 （brain-derived neurotrophic factor，BDNF）及其受體TrkA和TrkB表達變化，分析腸壁形態學和生物力學重構的相關性，探討DGID發病可能機制及糖胃安作用機理。

1 材料與方法

1.1 材料

試劑：鏈脲佐菌素（美國Sigma公司），一抗和二抗（美國Abcam公司），血糖試紙（美國強生公司），10%水合氯醛。實驗動物：采用清潔級雄性SD大鼠 （動物生產許可證號SCXK （京）2009-0007）30 只，體重 220～250g，清潔級飼料。 中國藥品生物檢定所實驗動物中心提供。糖胃安煎劑：中國中醫科學院廣安門醫院提供 （符合 《中國藥典》質量標準），制備成浸膏，4℃保存，臨用前稀釋。采用超高效液相色譜質譜法測定化學組成，其主要成分柚皮甙、新橙皮甙、黨參炔苷、白術內酯和大黃素。

1.2 方法

1.2.1 建立糖尿病模型實驗

30只SD大鼠，10只設為對照組，20只注射鏈脲佐菌素（STZ）40mg/kg，造模成功后隨機分為糖尿病組和糖胃安治療組。

糖胃安組灌胃給藥，10g/kg/d，周期60d。24h大鼠禁食，4%水合氯醛麻醉。取空腸上段，測量長度和濕重。從近端切取腸壁組織環，用于無載荷和零應力狀態的研究；剩余腸段用于沖壓實驗。有關零應力狀態研究，沖壓實驗和普通組織學的研究方法和結果我們已發表[3]。

1.2.2 免疫組化染色

取10%福爾馬林固定小腸。酒精脫水，石蠟包埋，切片；60°C，60min；常規脫蠟；3%過氧化氫育10min，PBS沖洗抗原修復，滴加一抗，放入4°C冰箱過夜；二抗溫育40min；PBS沖洗，DAB液顯色約5～15min，蘇木素復染，脫水、透明、封片。

1.3 數據分析

BDNF、TrkA和TrkB陽性染色區域均為棕黃色。根據成色在組織中的分布，通過公式計算BDNF、TrkA和TrkB在黏膜、黏膜下層和肌層染色的面積百分比：染色面積百分比=免疫染色陽性面積/測量總面積采用Sigmascan Pro4.0（Jandel Scientific，德國）專業圖形處理軟件確定有效測定區域，根據染色強度閾值確定和區分免疫染色范圍和強度。利用Matlab程序 （MATLAB 7.1，The MathWorks公司，美國）計算BDNF、TrkA和 TrkB陽性染色面積比。

1.4 統計學方法

采用SigmaPlot11.0軟件進行統計學分析。多組資料間比較采用單因素方差分析，BDNF、TrkA和TrkB的表達與形態組織學和生物力學重構參數的關系采用線性回歸分析。

2 結果

2.1 體重和形態學指標

表1示，糖尿病組的空腸腸段單位重量/體重，無載荷壁厚和橫截面積均顯著高于正常組（均P＜0.01）。糖胃安能顯著降低這些形態學參數（P＜0.05，P＜0.01）。

2.2 組織學測量指標

表2示，糖尿病組與正常組比較，其空腸腸壁的各層厚度均顯著高于正常組（P＜0.05，P＜0.01）。糖胃安能顯著降低黏膜層和黏膜下層的厚度（P＜0.05，P＜0.01），但對肌層無顯著作用（P＞0.05）。

2.3 生物力學指標

表3示，糖尿病組與正常組比較，其展開角、內殘余應變的絕對值，腸壁周向和軸向的常數a均顯著增高（均P＜0.05）。糖胃安處理能顯著降低展開角、內殘余應變的絕對值，周向和軸向硬度（均 P＜0.05）。

表1 空腸腸段形態學測量結果（±s）

表1 空腸腸段形態學測量結果（±s）

注：與正常組比較，*P＜0.05，**P＜0.01；與糖尿病組比較，#P＜0.05，##P＜0.01。

形態學測量指標 正常組 糖尿病組 糖胃安組單位重量（g/cm）與體重（g）比 0.000237 ± 0.0000123 0.000719±0.0000401** 0.000389±0.0000637*#腸壁厚度 （mm） 1.07±0.06 1.34±0.06** 1.13±0.08*#腸壁橫截面積（mm2） 10.38±0.87 15.64±0.78** 11.42±.04*##

表2 實驗結束時腸壁各層厚度組織學測量結果（±s）

表2 實驗結束時腸壁各層厚度組織學測量結果（±s）

注：與正常組比較，*P<0.05，**P<0.01；與糖尿病組比較，#P<0.05。

腸壁厚度 正常組 糖尿病組 糖胃安組黏膜（μm） 518.92±64.69 852.76±69.21**697.64±64.73*#黏膜下層 （μm） 17.67±1.35 23.12±1.34* 16.92±1.64#肌層 （μm） 56.04±2.68 68.64±2.92* 68.47±2.37*

表3 實驗結束時生物力學指標測量結果（±s）

表3 實驗結束時生物力學指標測量結果（±s）

注：與正常組比較，*P<0.05；與糖尿病組比較，#P<0.05。

生物力學指標 正常組 糖尿病組 糖胃安組展開角 （度） 103.4±18.6 142.1± 22.6* 91.6±16.8#內壁殘余應變 -0.23±0.04 -0.29± 0.02* -0.22±0.02#外壁殘余應變 0.27±0.07 0.32± 0.11 0.29±0.06周向材料參數 a 1.07±0.06 1.34± 0.06* 1.13±0.08#軸向材料參數 a 10.38±0.87 15.64± 0.78* 11.42±1.04#

2.4 免疫組化分析結果

BDNF，TrkA和TrkB在空腸腸壁中的分布結果如圖1（見封二）和表4所示，黏膜、黏膜下層和肌層均有著色。糖尿病組與正常組相比，空腸腸壁各層BDNF、TrkA和TrkB染色顯著減弱。除黏膜層BDNF和TrkA外，其余差異均有統計學意義（P<0.05，P<0.01）。糖胃安組與糖尿病組相比，空腸腸壁各層BDNF、TrkA和TrkB表達上調。除黏膜層BDNF和TrkA外，其余差異均有統計學意義（P<0.05，P<0.01）。

圖1 各組空腸腸壁BDNF、TrkA和TrkB免疫組織化學染色結果舉例。糖尿病組與正常組相比，空腸腸壁各層BDNF、TrkA和TrkB染色顯著減弱。糖胃安組與糖尿病組相比，空腸腸壁各層BDNF、TrkA和TrkB表達上調。（標尺=100微米）

腸壁的單位濕重、腸壁壁厚和壁面積、腸壁各層厚度以及周向和軸向材料參數腸壁的單位濕重，腸壁壁厚和壁面積，腸壁各層厚度以及周向和軸向材料參數與BDNF、TrkA和TrkB表達呈顯著負相關（R=0.357～0.825，P＜0.01）。 圖 2 示一些相關分析的結果。

表4 BDNF、TrkA和TrkB各層染色面積百分比（%，±s）

表4 BDNF、TrkA和TrkB各層染色面積百分比（%，±s）

注：與正常組比較，*P<0.05，**P<0.01；與糖尿病組比較，#P<0.05，##P<0.01。

檢測蛋白 腸壁分層 正常組 糖尿病組 糖胃安組BDNF 黏膜層 0.197±0.026 0.185±0.041 0.207±0.021黏膜下層 0.576±0.029 0.432±0.024* 0.621±0.027#肌層 0.575±0.031 0.431±0.035* 0.691±0.027#TrkA 黏膜層 0.354±0.038 0.236±0.037* 0.257±0.032*黏膜下層 0.556±0.019 0.336±0.021** 0.526±0.017#肌層 0.525±0.045 0.288±0.036** 0.557±0.029##TrkB 黏膜層 0.332±0.029 0.173±0.015* 0.328±0.043#黏膜下層 0.479±0.048 0.309±0.022* 0.432±0.011#肌層 0.586±0.033 0.383±0.022* 0.496±0.015#

圖2 相關分析結果舉例

3 討論

糖胃安煎劑是多年臨床實踐經驗及研究形成的治療DM胃腸病變的復方制劑，由白術、枳實、榔片、酒軍、半夏、桃仁及小量人參組成。課題組以結構化信息采集數據為基礎，歸納了門診1331例（共計3030人次）病例數據，初步證明糖胃安方治療糖尿病胃腸道功能紊亂具有健脾行氣活血之功效，且副作用少，復發率低[4～6]。

神經營養因子（neurotrophic factors，NTFs）產生于膠質細胞和神經所支配的組織 （如平滑肌細胞）當中[7]。越來越多的研究證實：NTFs作為特殊的蛋白分子，可直接調控胃腸道功能[8，9]。小鼠動物實驗中，BDNF可引起腸神經一平滑肌形態及功能重構，興奮腸道平滑肌肌條的收縮活動，影響小鼠腸動力[10]。BDNF可增加小鼠回腸、近端結腸和遠端結腸肌條的收縮幅度，表明BDNF可以興奮回腸和結腸平滑肌肌條的收縮活性，發揮促進腸道動力作用[11]。在臨床實驗中，通過肌注給予BDNF等神經營養因子，逆轉高血糖誘導的腸道病變，從而提高腸道動力[12，13]。

我們的前期基礎試驗證實：（1）糖尿病大鼠在高糖狀態下，胃腸道平滑肌收縮的壓力和應力的閾值發生了明顯改變，其收縮張力對肌肉收縮刺激劑的反應也發生了明顯變化，導致胃腸道平滑肌組織結構、構型異常，引起胃腸道形態學和被動生物力學發生了重構[3]。（2）1型和2型糖尿病大鼠的小腸平滑肌對充壓刺激所引起應力-應變收縮的敏感性增加，單位平滑肌纖維的應力-應變的收縮力減弱[14，15]。即在糖尿病狀態下，腸壁平滑肌收縮張力改變，胃腸道管壁組織的主動生物力學特性發生了重構，導致腸道功能受損，影響胃腸動力，最終發生 DGID[14,16～18]。 （3）我們研究還發現：糖胃安在一定程度上可以改善腸道組織結構和構型，恢復其生物力學特性異常，改善腸道組織的病理損害[3，19]。

本實驗研究發現：發生生物力學重構的糖尿病大鼠腸壁組織中，BDNF及其受體TrkA、TrkB的表達水平下降，并且這些蛋白分子與生物力學重構具有一定相關性。糖胃安減輕胃腸道生物力學重構改善胃腸動力的同時，明顯增加腸壁BDNF的表達水平。由于腸道平滑肌是腸道收縮的直接效應器，平滑肌細胞是生物力學主要的功能細胞，我們提出推測：在DGID的發生發展進程中，糖尿病狀態導致胃腸道BDNF表達下降，直接影響平滑肌結構和功能，造成平滑肌收縮和張力異常，導致胃腸道生物力學重構，是最終導致糖尿病胃腸功能紊亂的途徑之一。糖胃安煎劑可能通過影響胃腸道神經營養因子及其受體水平進對生物力學重構的改善發揮了作用。

4 參考文獻