运动对糖尿病大鼠骨骼肌细胞胰岛素受体及葡萄糖运载体的影响*
作者：吴 毅1 李益明2 冯光斌1 胡永善1 占 飞1 朱尚权3 张新堂3
单位：1 上海医科大学附属华山医院康复医学科；2 华山医院糖尿病研究室,乌鲁木齐中路12号，200040；3 中国科学院上海生物化学研究所
关键词：运动；糖尿病；胰岛素受体；葡萄糖运载体
中国康复医学杂志980201 摘要 目的：研究运动对链脲佐菌素所致的糖尿病大鼠骨骼肌细胞葡萄糖运载体4(GLUT4)基因表达及胰岛素受体结合的影响。方法：实验大鼠分成3组：糖尿病运动组、糖尿病非运动组和正常对照组。糖尿病运动组大鼠进行6周游泳耐力训练。结果：糖尿病运动组大鼠与糖尿病非运动组大鼠相比，血糖水平降低、体重增加，骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力有所降低，而细胞内 GLUT4 mRNA 含量增加56%(P<0.01)。结论：运动训练主要减少了糖尿病大鼠骨骼肌细胞胰岛素受体后的抵抗，增加了骨骼肌细胞转运和利用葡萄糖的能力，从而改善了糖尿病糖代谢紊乱。
, http://www.100md.com
Effects of exercise on insulin receptor and glucose transporter of skeletal muscle cell in diabetic rats/WU Yi, LI Yiming , FENG Guangbin, et al//Chinese Journal of Rehabilitation Medicine,1998,13(2):50～53
Abstract Objective:To investigate the effect of the exercise on glucose transporter4 (GLUT4) gene expression and insulin binding in streptozotocin-induced diabetic rat skeletal muscle.Methods: Three experiment groups of rats were investigated: an exercise diabetic group, an unexercised diabetic group and a normal control group. The diabetic exercise rats were swim-trained for 6 weeks.Results:The exercise diabetic group after swimming training had a lower blood glucose level and a higher body weight increasing than that of the untrained diabetic group. In exercise diabetic group, the insulin binding of muscle cell membranes decreased significantly and GLUT4 mRNA increased 56% in muscle cells, compared with the unexercise diabetic group(P<0.01). Conclusion:Exercise training may improve the impaired GLUT4 expression in diabetic rats. It might improve the insulin resistance at post-receptor sites, enhance the ability of transportation and utilization of glucose in muscle cell and decrease hyperglycemia in diabetes mellitus.
, 百拇医药
Author′s address Dept. of Rehabilitation Medicine, Huashan Hospital,Shanghai Medical University, Shanghai, 200040
Key words Exercise;Diabetes mellitus;Insulin receptor;Glucose transporter
外周组织对胰岛素的抵抗是非胰岛素依赖型糖尿病(non-insulin dependent diabetes mellitus,NIDDM)主要病理特征。胰岛素抵抗可发生在胰岛素受体水平或胰岛素受体后水平〔1〕。目前已知外周组织细胞膜上葡萄糖运载体4(glucose transporter4, GLUT4)功能异常是引起胰岛素受体后抵抗的重要原因之一〔2〕。骨骼肌组织是机体利用葡萄糖最主要组织，也是糖尿病发生胰岛素抵抗主要部位之一。运动训练可以改善糖尿病骨骼肌细胞葡萄糖代谢，增加外周组织对胰岛素的敏感性。然而对其作用机制目前尚未明了。本实验通过观察糖尿病大鼠骨骼肌细胞胰岛素受体结合力及GLUT4基因表达的变化，进一步明确糖尿病发生胰岛素抵抗的机制；同时观察有规律的运动训练对其影响，从受体水平及受体后水平探讨运动训练增加糖尿病大鼠外周组织对胰岛素的敏感性，改善糖代谢紊乱的可能机制。
, 百拇医药
1 材料与方法
1.1 实验动物
雄性Sprague-Dawley大鼠(体重180～220g)，随机分为3组：一组为正常对照组，另两组先制备成糖尿病模型，然后分为糖尿病运动组和糖尿病非运动组。糖尿病模型制备方法：大鼠腹腔内注射链脲佐菌素(溶于0.1mol/L柠檬酸缓冲液，pH 4.2) 55mg/kg体重。3天后测尿糖和血糖，尿糖在+++和++++，血糖在16.7mmol/L以上者确定为糖尿病；正常对照组大鼠腹腔内注射等体积柠檬酸缓冲剂。
糖尿病运动组大鼠确定为糖尿病后，进行6周游泳训练。训练的方法按Ploug报道的方法〔3〕：水温保持35℃，水深50cm,每个大鼠有200cm2的活动表面积，前2周每天游泳40min，以后维持每天游泳60min，每周游泳5天，连续游泳训练6周。大鼠最后一次游泳训练结束后48h，尾静脉采血，麻醉处死，快速分离双侧后肢骨骼肌，用于测试骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力或GLUT4基因表达。另二组大鼠除不运动外，处置方法相似。
, 百拇医药
1.2 实验方法
1.2.1 实验第一步：各组用10只实验大鼠作骨骼肌细胞胰岛素受体结合力的观察。
骨骼肌细胞膜制备：按改良的Klip的方法〔4〕，将骨骼肌组织在50mM Tris-HCl溶液中剪碎，在匀浆器中制成匀浆，进行离心、过滤，重复1次，提取膜蛋白。 膜蛋白浓度测定用Lowery方法〔5〕。
胰岛素结合力测定：按改良的Nishimura方法〔6〕，在试管中加入100μl细胞膜(含100μg膜蛋白)，100μl 50mM Tris-HCl 含有和不含单组分猪胰岛素30μg, 100μl125I-胰岛素, 于4℃ 冰箱中反应16h，加入含0.1% BSA的50mM Tris-HCl溶液1ml，离心30min，再用上述缓冲液洗涤一次，重复离心，沉淀用γ计数仪计数。非专一性结合量为在含有非标记胰岛素存在下的结合计数，专一性结合量为总计数减去非专一性结合计数。
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1.2.2 实验第二步：各组用6只实验大鼠作骨骼肌细胞GLUT4基因表达的观察。
质粒DNA的提取和探针的标记：含大鼠全长GLUT4 cDNA的Bluescribe重组质粒(2086bp,由美国华盛顿大学Mueckler Mike 教授赠)，经菌株扩增后，用改良碱裂解法提取和纯化质粒DNA。用琼脂糖凝胶电泳回收GLUT4 cDNA探针，用随机引物法同位素标记GLUT4 cDNA探针。
斑点印迹杂交实验：采用一步快速热酚法抽提骨骼肌细胞总RNA〔7〕。取15μg总RNA，经甲醛变性后，点样于处理好的硝酸纤维素滤膜上，然后预杂交、杂交、洗涤及放射自显影。用Vectron计算机图像分析系统对斑点杂交结果进行光密度扫描，以正常对照组为100，其它组计算相对含量。
对3组大鼠(每组6只)测实验前后体重、尾静脉血糖和血清胰岛素的变化。血糖浓度用快速血糖仪测试，血清胰岛素浓度用放免法测定。
, 百拇医药
1.3 统计学处理
实验数据用均数±标准差表示，组间显著性差异采用t检验。
2 结果
2.1 运动训练前后实验大鼠体重、血糖和血清胰岛素变化
糖尿病运动组大鼠与糖尿病非运动组大鼠比较，体重明显增加，血糖浓度明显降低，但血清胰岛素浓度无显著差异，表明运动训练具有降低血糖的作用(表1)。
2.2 骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合率测定
糖尿病大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体专一性结合量与总结合量的百分比明显高于正常对照组，而糖尿病运动组与非运动组相比，胰岛素受体专一结合量与总结合量的百分比明显下降，趋于正常，见表2。
2.3 骨骼肌细胞内GLUT4 mRNA含量
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糖尿病非运动组大鼠与正常对照组大鼠比较，骨骼肌细胞GLUT4 基因表达减弱，GLUT4 mRNA含量测定仅为正常大鼠的45.1%(P<0.01)。糖尿病运动组大鼠与糖尿病非运动组大鼠比较，骨骼肌细胞GLUT4基因表达明显提高，GLUT4 mRNA含量测定增加56%(P<0.01)，见图1。
表1 实验前后大鼠体重、血糖和血胰岛素浓度的比较 (
) 组 别
鼠数
(只)
体重增加
(g/d)
血糖(mmol/L)
, 百拇医药 血胰岛素(mU/L)
开始
结束
开始
结束
糖尿病非运动组
6
1.40±0.28①
19.88±2.03①
20.03±2.04
3.91±0.25①
3.81±0.28
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糖尿病运动组
6
1.81±0.66①③
18.46±1.93①
14.00±3.25②③
4.03±0.26①
4.02±0.27
正常对照组
6
2.97±0.49
4.02±0.48
, 百拇医药
3.95±0.36
9.26±0.73
9.27±0.57
①与正常对照组比较，P<0.01；② 运动前后比较，P<0.01；③糖尿病运动组与糖尿病非运动组比较，P<0.01。表2 实验大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合率 () 组 别
鼠数
(只)
专一结合量与总结合量之比
(%)
糖尿病非运动组
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10
87.4±0.95①
糖尿病运动组
10
80.6±0.52②
正常对照组
10
77.8±0.82
①与正常对照组比较，P<0.01。
②糖尿病运动组与糖尿病非运动组比较，P<0.05。
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附图 3组大鼠GLUT4mRNA相对含量的比较
3 讨论
本实验结果显示链脲佐菌素所致糖尿病大鼠血清胰岛素浓度明显降低，血糖浓度明显升高(表1)，表明产生了明显的糖代谢紊乱。表2所示，糖尿病大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力增加。Nishimura等〔6〕也报道了糖尿病大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力增加，他们认为这种增加是由于胰岛素受体数量的增加。对胰岛素受体研究表明，细胞膜胰岛素受体数量是受血中胰岛素浓度的影响。大多数情况下，血胰岛素浓度对胰岛素受体量呈负向调节(或称“上升调节”)，即胰岛素浓度升高，受体数降低，反之则受体数升高。因此，本实验中糖尿病大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力增加，可能与血中胰岛素浓度下降引起的胰岛素受体数量增加有关。但也有研究表明，糖尿病大鼠外周组织细胞膜胰岛素受体的增加是因为细胞内受体向细胞膜转移和再调节的结果，细胞总受体无变化〔8〕。
, 百拇医药
虽然糖尿病时细胞膜胰岛素受体数量增加，受体结合力增加，但骨骼肌细胞对葡萄糖摄取和利用却减少，这表明胰岛素效应不全，存在细胞内限速反应，即胰岛素受体后的抵抗。目前研究表明葡萄糖跨膜转运是由细胞膜上的GLUT4介导完成的，它是骨骼肌利用葡萄糖的主要限速步骤〔9〕。当GLUT4发生改变时，则可导致葡萄糖跨膜转运障碍。
本实验结果表明，糖尿病大鼠骨骼肌细胞内GLUT4 mRNA含量明显低于正常大鼠(P<0.01)，说明在糖尿病高血糖状况下，骨骼肌细胞内GLUT4基因表达受到抑制，转录能力降低，使GLUT4蛋白合成减少，导致骨骼肌细胞转运和摄取葡萄糖的能力降低，这可能是糖尿病胰岛素受体后抵抗的主要原因之一。
运动训练能够增加骨骼肌细胞内GLUT4的含量，提高其活性。有研究表明，急性运动可促使骨骼肌细胞内的GLUT4向细胞膜转位，并使其内在活性增加〔10〕。正常大鼠运动3小时后，骨骼肌细胞内GLUT4 mRNA和蛋白含量增加，并且GLUT4蛋白含量增加可持续到停止运动一周后〔11〕。本实验中，糖尿病大鼠经过有规律的耐力运动训练后，可使血糖水平降低，而血胰岛素水平无明显变化，说明运动后尽管胰岛素保持在较低的水平，但机体仍然增加对葡萄糖的利用。对骨骼肌细胞胰岛素受体测试表明，运动训练并未增加糖尿病大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力，说明运动改善了糖尿病胰岛素抵抗并非作用于受体水平，可能是作用于胰岛素受体后水平。对GLUT4 mRNA测定表明,糖尿病运动组大鼠骨骼肌细胞内GLUT4 mRNA含量高于糖尿病非运动组大鼠56%，说明运动可使骨骼肌细胞内GLUT4基因转录增加，使GLUT4蛋白含量增加，其结果是骨骼肌细胞转运和利用葡萄糖的能力增加。这可能是运动训练改善糖尿病外周组织对胰岛素的敏感性，促进葡萄糖利用，纠正糖代谢紊乱的作用机理之一。
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4 参考文献
1 Defronzo RA, et al. Hepatic and peripheral insulin resistance: a common feature of type 2 (noninsulin-dependent) and type 1 (insulin-dependent) diabetes mellitus. Diabetologia, 1982, 23: 313.
2 Garver WT, et al. Pretranslational suppression of an insulin-responsive glucose transporter in rats with diabetes mellitus. Science, 1989, 245: 60.
3 Ploug T, et al. Effect of endurance training on glucose transport capacity and glucose transporter expression in rat skeletal muscle. Am J Physiol, 1990,259: E778.
, 百拇医药
4 Klip A, et al. The glucose transport system of muscle plasma membrane: characterization by means of 3 H cytochalasin B binding. Arch Biochem Biophy，1983, 221: 175.
5 Lowery OH, et al. Protein measurement with the folin phenol reagent. J Biol Chem,1951, 193: 265.
6 Nishimura H, et al. Postreceptor defect in insulin action in streptozotocin-induced diabetic rat. Am J Physiol, 1989, 256E:624.
, 百拇医药
7 Chomczynski P, et al. Single-step method of RNA isolation by acidguanidinium hiocyanate-phenol-chloroform extraction. Anal Biochem, 1987, 162:156.
8 Salhanick AI, et al. The mechanism of up-regulation of the hepatic insulin receptor in hypoinsulinemic diabetes mellitus. J Biol Chem, 1985, 260:16232.
9 Fink P, et al. Evidence that glucose transport is rate limiting for in vivo glucose uptake. Metabolism, 1992, 41:897.
, 百拇医药
10 Hirshman MF, et al. Acute exercise increases the number of plasma membrane glucose transporters in rat skeletal muscle. FEBS Lett, 1988, 238:235.
11 Ren JM, et al. Exercise induces rapid increase in GLUT4 expression, glucose transport capacity, and insulin-stimulated glycogen in muscle. J Biol Chem, 1994, 269:14396.
*本课题为国家自然科学基金资助项目,3940012
收稿日期：1997-09-19, http://www.100md.com(吴 毅1 李益明2 冯光斌1 胡永善1 占 飞1 朱尚权3 张新堂3)
单位：1 上海医科大学附属华山医院康复医学科；2 华山医院糖尿病研究室,乌鲁木齐中路12号，200040；3 中国科学院上海生物化学研究所
关键词：运动；糖尿病；胰岛素受体；葡萄糖运载体
中国康复医学杂志980201 摘要 目的：研究运动对链脲佐菌素所致的糖尿病大鼠骨骼肌细胞葡萄糖运载体4(GLUT4)基因表达及胰岛素受体结合的影响。方法：实验大鼠分成3组：糖尿病运动组、糖尿病非运动组和正常对照组。糖尿病运动组大鼠进行6周游泳耐力训练。结果：糖尿病运动组大鼠与糖尿病非运动组大鼠相比，血糖水平降低、体重增加，骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力有所降低，而细胞内 GLUT4 mRNA 含量增加56%(P<0.01)。结论：运动训练主要减少了糖尿病大鼠骨骼肌细胞胰岛素受体后的抵抗，增加了骨骼肌细胞转运和利用葡萄糖的能力，从而改善了糖尿病糖代谢紊乱。
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Effects of exercise on insulin receptor and glucose transporter of skeletal muscle cell in diabetic rats/WU Yi, LI Yiming , FENG Guangbin, et al//Chinese Journal of Rehabilitation Medicine,1998,13(2):50～53
Abstract Objective:To investigate the effect of the exercise on glucose transporter4 (GLUT4) gene expression and insulin binding in streptozotocin-induced diabetic rat skeletal muscle.Methods: Three experiment groups of rats were investigated: an exercise diabetic group, an unexercised diabetic group and a normal control group. The diabetic exercise rats were swim-trained for 6 weeks.Results:The exercise diabetic group after swimming training had a lower blood glucose level and a higher body weight increasing than that of the untrained diabetic group. In exercise diabetic group, the insulin binding of muscle cell membranes decreased significantly and GLUT4 mRNA increased 56% in muscle cells, compared with the unexercise diabetic group(P<0.01). Conclusion:Exercise training may improve the impaired GLUT4 expression in diabetic rats. It might improve the insulin resistance at post-receptor sites, enhance the ability of transportation and utilization of glucose in muscle cell and decrease hyperglycemia in diabetes mellitus.
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Author′s address Dept. of Rehabilitation Medicine, Huashan Hospital,Shanghai Medical University, Shanghai, 200040
Key words Exercise;Diabetes mellitus;Insulin receptor;Glucose transporter
外周组织对胰岛素的抵抗是非胰岛素依赖型糖尿病(non-insulin dependent diabetes mellitus,NIDDM)主要病理特征。胰岛素抵抗可发生在胰岛素受体水平或胰岛素受体后水平〔1〕。目前已知外周组织细胞膜上葡萄糖运载体4(glucose transporter4, GLUT4)功能异常是引起胰岛素受体后抵抗的重要原因之一〔2〕。骨骼肌组织是机体利用葡萄糖最主要组织，也是糖尿病发生胰岛素抵抗主要部位之一。运动训练可以改善糖尿病骨骼肌细胞葡萄糖代谢，增加外周组织对胰岛素的敏感性。然而对其作用机制目前尚未明了。本实验通过观察糖尿病大鼠骨骼肌细胞胰岛素受体结合力及GLUT4基因表达的变化，进一步明确糖尿病发生胰岛素抵抗的机制；同时观察有规律的运动训练对其影响，从受体水平及受体后水平探讨运动训练增加糖尿病大鼠外周组织对胰岛素的敏感性，改善糖代谢紊乱的可能机制。
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1 材料与方法
1.1 实验动物
雄性Sprague-Dawley大鼠(体重180～220g)，随机分为3组：一组为正常对照组，另两组先制备成糖尿病模型，然后分为糖尿病运动组和糖尿病非运动组。糖尿病模型制备方法：大鼠腹腔内注射链脲佐菌素(溶于0.1mol/L柠檬酸缓冲液，pH 4.2) 55mg/kg体重。3天后测尿糖和血糖，尿糖在+++和++++，血糖在16.7mmol/L以上者确定为糖尿病；正常对照组大鼠腹腔内注射等体积柠檬酸缓冲剂。
糖尿病运动组大鼠确定为糖尿病后，进行6周游泳训练。训练的方法按Ploug报道的方法〔3〕：水温保持35℃，水深50cm,每个大鼠有200cm2的活动表面积，前2周每天游泳40min，以后维持每天游泳60min，每周游泳5天，连续游泳训练6周。大鼠最后一次游泳训练结束后48h，尾静脉采血，麻醉处死，快速分离双侧后肢骨骼肌，用于测试骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力或GLUT4基因表达。另二组大鼠除不运动外，处置方法相似。
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1.2 实验方法
1.2.1 实验第一步：各组用10只实验大鼠作骨骼肌细胞胰岛素受体结合力的观察。
骨骼肌细胞膜制备：按改良的Klip的方法〔4〕，将骨骼肌组织在50mM Tris-HCl溶液中剪碎，在匀浆器中制成匀浆，进行离心、过滤，重复1次，提取膜蛋白。 膜蛋白浓度测定用Lowery方法〔5〕。
胰岛素结合力测定：按改良的Nishimura方法〔6〕，在试管中加入100μl细胞膜(含100μg膜蛋白)，100μl 50mM Tris-HCl 含有和不含单组分猪胰岛素30μg, 100μl125I-胰岛素, 于4℃ 冰箱中反应16h，加入含0.1% BSA的50mM Tris-HCl溶液1ml，离心30min，再用上述缓冲液洗涤一次，重复离心，沉淀用γ计数仪计数。非专一性结合量为在含有非标记胰岛素存在下的结合计数，专一性结合量为总计数减去非专一性结合计数。
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1.2.2 实验第二步：各组用6只实验大鼠作骨骼肌细胞GLUT4基因表达的观察。
质粒DNA的提取和探针的标记：含大鼠全长GLUT4 cDNA的Bluescribe重组质粒(2086bp,由美国华盛顿大学Mueckler Mike 教授赠)，经菌株扩增后，用改良碱裂解法提取和纯化质粒DNA。用琼脂糖凝胶电泳回收GLUT4 cDNA探针，用随机引物法同位素标记GLUT4 cDNA探针。
斑点印迹杂交实验：采用一步快速热酚法抽提骨骼肌细胞总RNA〔7〕。取15μg总RNA，经甲醛变性后，点样于处理好的硝酸纤维素滤膜上，然后预杂交、杂交、洗涤及放射自显影。用Vectron计算机图像分析系统对斑点杂交结果进行光密度扫描，以正常对照组为100，其它组计算相对含量。
对3组大鼠(每组6只)测实验前后体重、尾静脉血糖和血清胰岛素的变化。血糖浓度用快速血糖仪测试，血清胰岛素浓度用放免法测定。
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1.3 统计学处理
实验数据用均数±标准差表示，组间显著性差异采用t检验。
2 结果
2.1 运动训练前后实验大鼠体重、血糖和血清胰岛素变化
糖尿病运动组大鼠与糖尿病非运动组大鼠比较，体重明显增加，血糖浓度明显降低，但血清胰岛素浓度无显著差异，表明运动训练具有降低血糖的作用(表1)。
2.2 骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合率测定
糖尿病大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体专一性结合量与总结合量的百分比明显高于正常对照组，而糖尿病运动组与非运动组相比，胰岛素受体专一结合量与总结合量的百分比明显下降，趋于正常，见表2。
2.3 骨骼肌细胞内GLUT4 mRNA含量
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糖尿病非运动组大鼠与正常对照组大鼠比较，骨骼肌细胞GLUT4 基因表达减弱，GLUT4 mRNA含量测定仅为正常大鼠的45.1%(P<0.01)。糖尿病运动组大鼠与糖尿病非运动组大鼠比较，骨骼肌细胞GLUT4基因表达明显提高，GLUT4 mRNA含量测定增加56%(P<0.01)，见图1。
表1 实验前后大鼠体重、血糖和血胰岛素浓度的比较 (
) 组 别鼠数
(只)
体重增加
(g/d)
血糖(mmol/L)
, 百拇医药 血胰岛素(mU/L)
开始
结束
开始
结束
糖尿病非运动组
6
1.40±0.28①
19.88±2.03①
20.03±2.04
3.91±0.25①
3.81±0.28
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糖尿病运动组
6
1.81±0.66①③
18.46±1.93①
14.00±3.25②③
4.03±0.26①
4.02±0.27
正常对照组
6
2.97±0.49
4.02±0.48
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3.95±0.36
9.26±0.73
9.27±0.57
①与正常对照组比较，P<0.01；② 运动前后比较，P<0.01；③糖尿病运动组与糖尿病非运动组比较，P<0.01。表2 实验大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合率 (
) 组 别鼠数
(只)
专一结合量与总结合量之比
(%)
糖尿病非运动组
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10
87.4±0.95①
糖尿病运动组
10
80.6±0.52②
正常对照组
10
77.8±0.82
①与正常对照组比较，P<0.01。
②糖尿病运动组与糖尿病非运动组比较，P<0.05。
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附图 3组大鼠GLUT4mRNA相对含量的比较
3 讨论
本实验结果显示链脲佐菌素所致糖尿病大鼠血清胰岛素浓度明显降低，血糖浓度明显升高(表1)，表明产生了明显的糖代谢紊乱。表2所示，糖尿病大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力增加。Nishimura等〔6〕也报道了糖尿病大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力增加，他们认为这种增加是由于胰岛素受体数量的增加。对胰岛素受体研究表明，细胞膜胰岛素受体数量是受血中胰岛素浓度的影响。大多数情况下，血胰岛素浓度对胰岛素受体量呈负向调节(或称“上升调节”)，即胰岛素浓度升高，受体数降低，反之则受体数升高。因此，本实验中糖尿病大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力增加，可能与血中胰岛素浓度下降引起的胰岛素受体数量增加有关。但也有研究表明，糖尿病大鼠外周组织细胞膜胰岛素受体的增加是因为细胞内受体向细胞膜转移和再调节的结果，细胞总受体无变化〔8〕。
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虽然糖尿病时细胞膜胰岛素受体数量增加，受体结合力增加，但骨骼肌细胞对葡萄糖摄取和利用却减少，这表明胰岛素效应不全，存在细胞内限速反应，即胰岛素受体后的抵抗。目前研究表明葡萄糖跨膜转运是由细胞膜上的GLUT4介导完成的，它是骨骼肌利用葡萄糖的主要限速步骤〔9〕。当GLUT4发生改变时，则可导致葡萄糖跨膜转运障碍。
本实验结果表明，糖尿病大鼠骨骼肌细胞内GLUT4 mRNA含量明显低于正常大鼠(P<0.01)，说明在糖尿病高血糖状况下，骨骼肌细胞内GLUT4基因表达受到抑制，转录能力降低，使GLUT4蛋白合成减少，导致骨骼肌细胞转运和摄取葡萄糖的能力降低，这可能是糖尿病胰岛素受体后抵抗的主要原因之一。
运动训练能够增加骨骼肌细胞内GLUT4的含量，提高其活性。有研究表明，急性运动可促使骨骼肌细胞内的GLUT4向细胞膜转位，并使其内在活性增加〔10〕。正常大鼠运动3小时后，骨骼肌细胞内GLUT4 mRNA和蛋白含量增加，并且GLUT4蛋白含量增加可持续到停止运动一周后〔11〕。本实验中，糖尿病大鼠经过有规律的耐力运动训练后，可使血糖水平降低，而血胰岛素水平无明显变化，说明运动后尽管胰岛素保持在较低的水平，但机体仍然增加对葡萄糖的利用。对骨骼肌细胞胰岛素受体测试表明，运动训练并未增加糖尿病大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力，说明运动改善了糖尿病胰岛素抵抗并非作用于受体水平，可能是作用于胰岛素受体后水平。对GLUT4 mRNA测定表明,糖尿病运动组大鼠骨骼肌细胞内GLUT4 mRNA含量高于糖尿病非运动组大鼠56%，说明运动可使骨骼肌细胞内GLUT4基因转录增加，使GLUT4蛋白含量增加，其结果是骨骼肌细胞转运和利用葡萄糖的能力增加。这可能是运动训练改善糖尿病外周组织对胰岛素的敏感性，促进葡萄糖利用，纠正糖代谢紊乱的作用机理之一。
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4 参考文献
1 Defronzo RA, et al. Hepatic and peripheral insulin resistance: a common feature of type 2 (noninsulin-dependent) and type 1 (insulin-dependent) diabetes mellitus. Diabetologia, 1982, 23: 313.
2 Garver WT, et al. Pretranslational suppression of an insulin-responsive glucose transporter in rats with diabetes mellitus. Science, 1989, 245: 60.
3 Ploug T, et al. Effect of endurance training on glucose transport capacity and glucose transporter expression in rat skeletal muscle. Am J Physiol, 1990,259: E778.
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4 Klip A, et al. The glucose transport system of muscle plasma membrane: characterization by means of 3 H cytochalasin B binding. Arch Biochem Biophy，1983, 221: 175.
5 Lowery OH, et al. Protein measurement with the folin phenol reagent. J Biol Chem,1951, 193: 265.
6 Nishimura H, et al. Postreceptor defect in insulin action in streptozotocin-induced diabetic rat. Am J Physiol, 1989, 256E:624.
, 百拇医药
7 Chomczynski P, et al. Single-step method of RNA isolation by acidguanidinium hiocyanate-phenol-chloroform extraction. Anal Biochem, 1987, 162:156.
8 Salhanick AI, et al. The mechanism of up-regulation of the hepatic insulin receptor in hypoinsulinemic diabetes mellitus. J Biol Chem, 1985, 260:16232.
9 Fink P, et al. Evidence that glucose transport is rate limiting for in vivo glucose uptake. Metabolism, 1992, 41:897.
, 百拇医药
10 Hirshman MF, et al. Acute exercise increases the number of plasma membrane glucose transporters in rat skeletal muscle. FEBS Lett, 1988, 238:235.
11 Ren JM, et al. Exercise induces rapid increase in GLUT4 expression, glucose transport capacity, and insulin-stimulated glycogen in muscle. J Biol Chem, 1994, 269:14396.
*本课题为国家自然科学基金资助项目,3940012
收稿日期：1997-09-19, http://www.100md.com(吴 毅1 李益明2 冯光斌1 胡永善1 占 飞1 朱尚权3 张新堂3)