長爪沙鼠氧化應激水平與血糖及胰島素抵抗的相關性分析

張藝博，文 靜，何 燕

（首都醫科大學公共衛生學院流行病與衛生統計學系，北京 100069）

糖尿?。╠iabetes）是一種以高血糖和胰島β 細胞功能障礙或死亡引起的胰島素分泌障礙為特征的慢性代謝性疾病[1]。2 型糖尿病由多種因素導致，有研究表明[2]，氧化應激在糖尿病的發生與進展過程中具有重要作用，但機制尚未闡明。氧化應激是增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成和/或減少機體固有抗氧化防御系統之間的不平衡[3]。在高血糖條件下，一系列細胞因子和ROS 釋放時，胰島β細胞中的氧化應激增加，引發激活胰島細胞中的死亡信號通路[4]。超氧化物歧化酶（superoxide dismutases，SOD）是能夠將超氧陰離子催化為過氧化氫和氧氣的金屬結合酶，是清除機體內氧化自由基的重要物質，SOD 和過氧化氫酶在清除ROS 中起重要作用[5]。骨骼肌是機體內攝取葡萄糖的重要組織之一，在高血糖狀態下，骨骼肌代謝的調節能力下降。糖尿病常伴有肌肉酸痛、肌無力、肌萎縮，但發病機制至今仍不清楚。許多研究表明氧化應激在骨骼肌減少過程中發揮了重要作用[6]?；诖?，本研究主要探討長爪沙鼠氧化應激指標與空腹血糖、胰島素抵抗、骨骼肌指標的關系，了解氧化應激與糖尿病之間的相互作用，現報道如下。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 采用首都醫科大學實驗動物部自行培育的近交系長爪沙鼠自發糖尿病模型（伴隨胰島素抵抗）F9 代145 只，其中雄性107 只，雌性38 只，體重65.4（58.4，77.8）g；3 月齡36 只、6 月齡22 只、12 月齡30 只、18 月齡30 只和24 月齡27 只。飼養在首都醫科大學實驗動物中心控制恒溫恒濕的普通環境中，實驗動物自由采食和飲水。室溫為（22±2）℃，相對濕度40%～70%，人工光照明暗各12 h。

1.2 方法

1.2.1 血生化指標測定及分析 將3、6、12、18 和24月齡的長爪沙鼠淺麻醉后摘眼球取血檢測血糖（FPG）、胰島素（FIN）、超氧化物歧化酶（SOD）水平。Spearman 相關性分析月齡與SOD 水平的關聯，建立多重線性回歸模型，以SOD 水平為自變量，空腹血糖及胰島素抵抗指標為因變量，分析SOD 水平與空腹血糖、胰島素抵抗指標的關聯。用穩態模型胰島素抵抗指數（HOMA-IR）評價胰島素抵抗，用定量胰島素敏感性檢測指數（QUICKI）評價胰島素敏感性。穩態模型胰島素抵抗指數：HOMA-IR=FPG（mmol/L）×FINS（μU/ml）/22.5。定量胰島素敏感性檢測指數：QUICKI=1/[Log FPG（mg/dl）+Log FINS（μU/ml）]。

1.2.2 骨骼肌指標測定及分析 將所有長爪沙鼠麻醉后經頸椎脫臼處死，分離長爪沙鼠腓腸肌。分別檢測腓腸肌中糖原儲存及腓腸肌重量，并分析SOD 水平與骨骼肌糖原儲存與骨骼肌質量的關聯。

1.3 統計學方法 將各組一般資料、檢測數據均錄入課題數據庫，數據采用SPSS 26.0 統計軟件進行分析。符合正態的計量資料用（）表示，非正態計量資料以[M（P25，P75）]，非正態計量資料組間比較采用Kruskal and Wallis 方法進行檢驗。雙變量定量數據的相關性分析采用Spearman 相關性分析。采用多重線性回歸模型分析SOD 與血糖、胰島素抵抗指標、胰島素敏感性指標的關聯，計算偏回歸系數（b值）、95%置信區間（95%CI）及P值，并對性別進行校正。以P＜0.05 表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 長爪沙鼠氧化應激水平情況及與月齡的關系

2.1.1 不同月齡長爪沙鼠氧化應激水平比較 145 只長爪沙鼠SOD 活性為[132.28（104.99，144.39）]U/ml。不同月齡間長爪沙鼠SOD 活性比較，差異有統計學意義（P＜0.05），且3～18 月齡間長爪沙鼠SOD 水平逐漸升高，18～24 月齡長爪沙鼠SOD 水平有所降低，見表1。

表1 不同月齡長爪沙鼠的氧化應激水平[，M（P25，P75）]

表1 不同月齡長爪沙鼠的氧化應激水平[，M（P25，P75）]

2.1.2 月齡與SOD 活性水平的相關及回歸分析 根據沙鼠數據，月齡和SOD 水平之間呈正相關關系（r=0.361，P＜0.05)；以月齡作為自變量，SOD 水平為因變量進行多重線性回歸分析，并對性別進行校正，月齡與SOD 水平的線性回歸方程[b=1.046，95%CI（0.350～1.742），P=0.003]有統計學意義，即隨著月齡的增加，SOD 活性水平升高。

2.2 氧化應激與沙鼠血糖和胰島素抵抗指標的關聯

2.2.1 空腹血糖和胰島素抵抗基本情況 145 只沙鼠的總體空腹血糖水平為[3.90（3.30，4.50）]mmol/L，胰島素抵抗為[0.87（0.53，1.34）]，胰島素敏感性檢測指數為[0.39（0.37，0.43）]。不同月齡間長爪沙鼠空腹血糖、胰島素抵抗指標、胰島素敏感指標比較，差異有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表2 不同月齡長爪沙鼠的空腹血糖及胰島素抵抗指標[，M（P25，P75）]

表2 不同月齡長爪沙鼠的空腹血糖及胰島素抵抗指標[，M（P25，P75）]

2.2.2 月齡與沙鼠血糖和胰島素抵抗的關系 Spearman 相關分析顯示，月齡與胰島素抵抗指數呈負相關（r=-0.303，P＜0.05），與胰島素敏感性呈正相關（r=0.303，P＜0.05），月齡與空腹血糖無相關性（r=-0.051，P＞0.05）；以月齡作為自變量，FPG、HOMAIR、QUICKI 分別為因變量進行多重線性回歸分析，并對性別、SOD 活性水平進行校正，結果顯示月齡與胰島素抵抗[b=-0.038，95%CI（-0.067～-0.009），P=0.011]、胰島素敏感性[b=0.002，95%CI（0.001～0.003），P=0.002]有統計學意義，月齡與空腹血糖[b=0.002，95%CI（-0.023～0.027），P=0.866]無統計學意義，即隨著月齡的升高，胰島素抵抗降低，胰島素敏感性升高。

2.2.3 氧化應激與沙鼠血糖和胰島素抵抗的關系Spearman 相關分析顯示，SOD 水平與空腹血糖呈負相關（r=-0.221，P＜0.05），與胰島素抵抗指數呈負相關（r=-0.184，P＜0.05），與胰島素敏感性呈正相關（r=0.184，P＜0.05）；以SOD 水平作為自變量，FPG、HOMA-IR、QUICKI 分別為因變量進行多重線性回歸分析，SOD與空腹血糖[b=-0.007，95%CI（-0.012～-0.002），P=0.009]、胰島素敏感性[b=0.000，95%CI（0.000～0.001），P=0.034]存在關聯，且關聯存在統計學意義，SOD 與胰島素抵抗（b=-0.005，95%CI（-0.012～0.001），P=0.096]存在關聯，但關聯沒有統計學意義，即隨著SOD 水平升高即氧化水平降低，空腹血糖降低。

2.3 氧化應激與骨骼肌質量、骨骼肌糖原儲存功能的關聯

2.3.1 骨骼肌質量與骨骼肌糖原基本情況 145 只沙鼠的總體骨骼肌質量為（3.96±0.77）g，骨骼肌糖原為[1.16（0.98，1.36）]mg/g。不同月齡長爪沙鼠骨骼肌質量、骨骼肌糖原儲存比較，差異有統計學意義（P＜0.05），見表3。

表3 長爪沙鼠的骨骼肌指標[，M（P25，P75）]

表3 長爪沙鼠的骨骼肌指標[，M（P25，P75）]

2.3.2 月齡與骨骼肌質量和骨骼肌糖原的關系 月齡與骨骼肌質量[r=0.097，P1=0.244；b=0.011，95%CI（-0.006～0.029），P2=0.205]、骨骼肌糖原[r=-0.121，P1=0.147；b=-0.006，95%CI（-0.014～0.002），P2=0.158]的相關系數和回歸系數偏小，差異無統計學意義（P＞0.05）。

2.3.3 SOD 活力與骨骼肌質量和骨骼肌糖原的關聯SOD 活力與骨骼肌質量 [r=0.045，P1=0.592；b=0.002，95%CI（-0.002～0.006），P2=0.413]、骨骼肌糖原[r=-0.077，P1=0.358；b=-0.002，95%CI（-0.004～0.000），P2=0.053]的相關系數和回歸系數偏小，差異無統計學意義（P＞0.05）。

3 討論

ROS 水平通過多種細胞防御機制（包括酶促抗氧化劑）進行調節[7]，正常情況下，抗氧化體系可以減少氧自由基對機體的損害，一旦抗氧化系統不穩定，會給機體帶來重要的影響。氧化應激長期以來與糖尿病并發癥相關，越來越多的2 型糖尿病病理生理學證據表明[5]，氧化應激是導致胰島素分泌和葡萄糖利用受損、肝葡萄糖生成異常以及最終通過激活導致明顯T2DM 發病的主要因素。有研究表明[2]，氧化應激也是引起胰島β 細胞功能障礙和胰島素抵抗的因素。胰島素抵抗和胰島細胞功能受損作為2 型糖尿病發病機制的中心環節，均與細胞自噬和氧化應激有著密切的聯系[8]。氧化應激反應可使胰島β細胞功能紊亂而促使胰島素的抵抗，最終導致2 型糖尿病的發生[9]。在體內，胰島β 細胞與其他組織細胞相比，β 細胞因內抗氧化物水平較低，對ROS 更敏感[10]。此外，氧化應激可能貫穿于糖尿病的整個發病過程，糖尿病發病之后，持續不斷的高血糖狀態會進一步加重氧化應激損傷，而在體內大量堆積的氧自由基反過來又會加重糖尿病的病情[11]。

在正常的生理條件下，氧化應激誘導的細胞損傷通常是由細胞的自身保護性抗氧化能力所引起的，其中兩種機制涉及不同的酶（如谷胱甘肽過氧化物酶、CAT 和SOD），而其他機制具有非酶組分（如維生素C 和E），這兩種方法（酶和非酶）都起到了積極的作用，以改善過度生產的活性氧和氧化應激[5]。SOD 是一種天然的抗氧化酶，可以清除細胞內活性氧物質，對細胞維持氧化與抗氧化起重要作用，通過檢測細胞內SOD 變化可以反映細胞遭受氧化應激的水平[12]。SOD 在體內廣泛存在，并且使超氧化物歧化為毒性較小的其他化合物，同時其能夠分解細胞內存在的潛在有害氧分子，并將其轉化為毒性較小的化合物[5]。在患有糖尿病的情況下，抗氧化物質（SOD、還原型谷胱甘肽、維生素E、維生素C 等）的水平下降，使機體清除自由基的能力明顯減弱，從而對活性氧類導致的損害非常敏感[11]。本研究結果顯示，不同月齡間長爪沙鼠SOD 活性比較，差異有統計學意義（P＜0.05），且3～18 月齡間長爪沙鼠SOD水平逐漸升高，18～24 月齡長爪沙鼠SOD 水平有所降低，提示在18 月齡之前，長爪沙鼠SOD 水平隨著月齡升高而升高，說明月齡越小，抗氧化能力低，體內氧自由基等生成增加，清除率降低，氧化應激狀態越高。研究提示[12]，氧化應激可引起胰島細胞直接損傷與凋亡，胰島素合成與分泌減少，這可能是2 型糖尿病糖毒性作用的發病機制之一，最終可以促進糖尿病的發生和進展；同時，糖尿病又可以使ROS生成逐漸增多，從而加劇氧化應激，二者形成惡性循環。

氧化應激在骨骼肌減少癥、骨骼肌收縮機能失調、線粒體代謝失調和肌細胞凋亡等過程中發揮了重要作用[6]。關于骨骼肌衰老萎縮，研究者們提出了氧化應激學說，并受到了廣泛認可。大量證據表明氧化應激導致骨骼肌萎縮是由于氧化劑的生成超過抗氧化防御系統的抵抗能力，從而ROS 生成不斷增加，累積的ROS 可促進蛋白質水解增加并抑制蛋白質合成，加劇了骨骼肌萎縮的發生[13]。衰老性肌萎縮主要是肌纖維數量減少和現存肌纖維萎縮導致的[14]。而肌纖維數量減少和現存肌纖維萎縮的主要機制可能是線粒體機能下降和炎癥反應誘導的肌纖維凋亡及蛋白質代謝不平衡。肌糖原是體內葡萄糖的主要儲存形式，在劇烈運動時機體消耗大量血糖，肌糖原分解供能，但肌糖原不能直接分解成葡萄糖，會分解生成乳酸，然后經血液輸送到肝臟，再經肝臟轉化成肝糖原、葡萄糖。肌糖原不能直接分解成糖，因為肌肉缺乏葡萄糖6-磷酸酶，可成為G-6-P 之后進入糖酵解途徑，或經過氧化分解，或生成乳酸后經乳酸循環實現再利用。骨骼肌葡萄糖攝取和糖原合成障礙是導致胰島素抵抗和2 型糖尿病的主要原因。本研究中不同月齡間長爪沙鼠FPG、HOMA-IR、QUICKI 比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；Spearman 相關分析顯示，月齡與胰島素抵抗指數呈負相關（r=-0.303，P＜0.05），與胰島素敏感性呈正相關（r=0.303，P＜0.05），月齡與空腹血糖無相關性（r=-0.051，P＞0.05）；多元線性回歸分析，SOD 與FPG、胰島素敏感性存在關聯，即隨著SOD 水平升高，氧化水平降低，空腹血糖降低，胰島素敏感性升高。另外，不同月齡長爪沙鼠骨骼肌質量、骨骼肌糖原儲存比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；相關性及多元線性分析均顯示，SOD 水平與骨骼肌質量、骨骼肌糖原無相關性，提示月齡小的長爪沙鼠存在空腹血糖升高、穩態模型胰島素抵抗指數明顯升高、定量胰島素敏感性檢測指數明顯下降，并且上述指標與氧化應激指標存在明顯的相關性，再次說明氧化應激與胰島素抵抗之間的相關性。而在18～24 月齡長爪沙鼠SOD 水平有所下降，說明沙鼠過渡為老年階段時抗氧化能力又降低，從而導致氧化應激水平升高。Dokken BB 等[16]研究表明，氧化應激可以直接和迅速地誘導骨骼肌胰島素信號傳導，葡萄糖轉運和糖原合成的實質性胰島素抵抗。本研究中骨骼肌質量和骨骼肌糖原水平與氧化應激指標之間的關聯證據不足，可能與樣本量不足有關，還需要更多大樣本的研究。

綜上所述，氧化應激與胰島素抵抗存在相關關系，但與骨骼肌指標間的關聯證據不足，可為增強抗氧化系統防治糖尿病的發展提供依據。