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编号:10272163
运动对糖尿病大鼠骨骼肌细胞胰岛素受体的影响
http://www.100md.com 《中国运动医学杂志》 1998年第3期
     作者:冯光斌 吴 毅 范振华 屠丹云 朱尚权 张新堂

    单位:上海医科大学附属华山医院运动医学研究室(200040)冯光斌 吴 毅 范振华 屠丹云; 中国科学院上海生物化学研究(200032)朱尚权 张新堂

    关键词:糖尿病大鼠;骨骼肌细胞;胰岛素受体;

    中国运动医学杂志980304 提要 本文通过对链脲佐菌素(STZ)糖尿病大鼠进行运动训练,观察运动对糖尿病大鼠骨骼肌细胞胰岛素受体的影响,探讨运动改善糖尿病骨骼肌组织对胰岛素敏感性的机理。结果表明,糖尿病大鼠经过6~7周运动训练后,与糖尿病非运动组大鼠相比,血糖浓度明显降低。日体重增加量明显升高,骨骼肌细胞膜胰岛素受体的专一性结合量与总结合量之比明显降低。本文认为,运动训练可能通过胰岛素受体后机制,增加糖尿病大鼠骨骼肌组织对胰岛素的敏感性,改善糖代谢紊乱。

    Effect of Exercise on the Insulin Receptor of Skeletal Muscle Cell in Diabetic Rats
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    Feng Guangbin, Wu Yi, Fan Zhenhua, et al

    Department of Sports Medicine, Huashan Hospital,Shanghai Medical University, 200040

    The purpose of this study is to investigat the effect of exercise on the insulin receptor of skeletal muscle cell in streptozotocin - induced diabetic rats. 30 SD rats were divided into 3 groups: 1. diabetic non-exercise group; 2. diabetic exercise group; 3. normal control group. The result showed that the diabetic exercise group after swimming-trained for 6~7 weeks had a lower blood glucose level and a higher body weight increase than that of the non-exercise diabetic group. In diabetic exercise group, the maximum binding of insulin receptor of skeletal muscle cell decreased significantly. The results suggested that exercise may contribute to the mechanisms of improved post-receptor insulin resistance, enhanced insulin sensitivity and decreased hyperglycemia in diabetes mellitus.
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    Key words: exercise, diabetic rat, insulin receptor, muscular cell

    不论是Ⅰ型糖尿病还是Ⅱ型糖尿病都存在胰岛素作用的缺陷,即胰岛素抵抗[1],使周围组织不能有效地利用葡萄糖。在周围组织中,最主要的利用葡萄糖的组织是骨骼肌组织[2],在骨骼肌组织中,胰岛素与细胞膜上受体的结合是启动胰岛素作用的关键步骤。这一结合的改变在糖尿病病理改变中占重要地位。目前对糖尿病骨骼肌胰岛素受体的研究仍较少,本实验通过观察运动训练对糖尿病大鼠骨骼肌细胞胰岛素受体的影响,探讨运动训练对改善糖尿病时糖代谢紊乱的作用。

    1 材料与方法

    1.1 试剂

    链脲佐菌素购自Sigma公司,单组分猪胰岛素标准品由中国科学院上海生化所102课题组提供,BSA和杆菌肽为Sigma产品,Na125Ⅰ由Amersham公司生产,Tris由上海亚巴斯生物公司生产,苯甲基碘酰氟(PMSF)由上海生化所东风生化试剂厂提供。胰岛素的碘标记采用IODO-GEN固相标记[3]
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    1.2 动物模型制备

    体重120~180g的雄性Sprague-Dawley大鼠分为3组:一组为正常对照组,另两组先制成糖尿病模型,然后分为糖尿病运动组与糖尿病非运动组,每组10只。糖尿病模型制备方法为腹腔内注射链脲佐菌素[溶于0.1M pH4.2的柠檬酸缓冲液中制成1.2%(W/V)的溶液]每公斤体重60mg。3天后,大鼠即出现多饮,多食,多尿,尿液检验试纸(URO paper)检测尿糖为+ + +至 + + + +,血糖>16.7mmol/L,确定为糖尿病。正常对照组腹腔内注射等剂量的柠檬酸缓冲液。

    1.3 实验方法

    糖尿病运动组大鼠的运动训练按改进的Ploug方法[4],于注射链脲菌素5天后进行6~7周的游泳训练。水温34~36℃,水深50cm,每只大鼠有200cm2的活动表面积,以保证游泳期间持续活动。每周游泳5天,第1~2周每天游泳40分钟,以后维持每天游泳60分钟。最后一次运动训练结束48小时后,将大鼠(不禁食)断颈髓处死,心脏采血,离心制备血清,测血糖及胰岛素,迅速分离双侧后肢骨骼肌,置于干冰中30分钟,然后将标本放入-70℃冰箱中备用。其他两组大鼠为正常笼内生活,在同期作相同处理。
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    1.4 骨骼肌细胞膜制备

    按Klip的方法[5],将冰冻的肌肉组织在生理盐水中解冻,剪除脂肪,血管,神经及结缔组织,在50mM Tris-HCl(pH7.4)溶液中剪碎,并在匀浆器中匀浆,匀浆液离心10分钟,上清液用四层尼龙纱布过滤,滤液于9000Xg离心10分钟,上清液于22600Xg离心60分钟,沉淀悬浮于缓冲溶液中,于22600Xg离心60分钟,取沉淀悬浮于10ml 50mM Tris-HCl(pH7.4)溶液中,取少量测蛋白浓度,其余按每管1ml分装,置一20℃冰箱中备用。以上操作均在4℃下进行。膜蛋白尝试用Lowery法测定[6]

    1.5 细胞膜胰岛素结合实验

    按改进的 Nishimura方法[7],测最大结合率。在试管中加入100μl细胞膜(含100μg膜蛋白),100μl 50mM Tris-HCl(pH7.4)含有不含单组分猪胰岛素30μg,100μl125Ⅰ-INS(约100000CPM),总反应体积为300μl,于4℃冰箱中保温16小时,保温结束后立即加入冰冷的含0.1%BSA的50mA Tris-HCl(pH7.4)溶液1ml,在4℃下以3500rpm离心30分钟沉淀,用上述缓冲液冲洗一次,重复离心,沉淀用r计数仪计数。非专一性结合量为在30μg非标记胰岛素存在下的结合计数,专一性结合量为每管总计数减去非专一性结合计数。
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    1.6 血清葡萄糖浓度用氧化酶法测定;血清胰岛素浓度用放免法(上海生物制品研究所的试剂盒)测定。

    1.7 统计学处理

    实验结果以均数±标准差(x±S)表示,各组间统计处理用方差检验。

    2 结果

    2.1 各组大鼠体重及生化指标比较: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,但血胰岛素浓度无显著差异,见表1。

    表1 各实验组大鼠体重、血糖和血胰岛素浓度的比较(x±S)

    Tab 1 Body weight, blood glucose and insulin level in three experimental groups 组 别
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    Groups

    鼠数(只)

    No. of mice

    体重增加(g/d)

    Increased body weight

    血糖(mmol/L)

    Blood glucose

    血胰岛素(mU/L)

    Blood insulin

    正常对照组

    Control
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    糖尿病非运动组

    Non-exercise diabetic

    糖尿病运动组

    Diabetic-exercise

    10

    10

    10

    2.63±0.10

    0.19±0.09*

    0.78±0.18*△

    6.80±0.56
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    36.95±1.23*

    26.35±1.37*△

    19.02±2.42

    8.19±0.43*

    9.49±2.45*

    * 与正常对照组比较,Compared with the control,P<0.01

    △ 糖尿病运动组与糖尿病非运动组比较,Diabetic-exercised group compared with the non-exercised diabetic group,P<0.05

    2.2 骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力测定:
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    糖尿病大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体专一结合量与总结合量的百分比明显高于正常对照组大鼠,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,趋向于正常,见表2。

    3 讨论

    本实验结果显示链脲佐菌素所致糖尿病大鼠血胰岛素浓度明显降低,血糖浓度明显升高,出现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最大专一性结合明显高于正常大鼠。Nishimura等[7]也报道了糖尿病大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素结合力增加,他们认为这种增加是由于胰岛素受体数量的增加。通过骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合能力是受血胰岛素浓度影响。大多数情况下,血胰岛素浓度对胰岛素受体数量呈现负向调节,即胰岛素浓度升高,受体数降低,反之则受体数量升高。在Ⅰ型糖尿病病人长期接受胰岛素治疗,血中胰岛素浓度升高,其骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合力则降低[8]。对培养的细胞研究表明,胰岛素能降低胰岛素受体mRNA水平,抑制胰岛素受体的合成[9]。表2 3组大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体结合率(±s)
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    Tab 2 Insulin receptor binding of skeletal

    muscle in three experimental groups 组 别

    Groups

    鼠数(只)

    No. of mice

    专一结合量与总结合量之比(%)

    specific binding capa ̄city/total capacity

    正常对照组

    Control

    糖尿病非运动组
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    Non-exercise diabetic

    糖尿病运动组

    Diabetic-exercise

    10

    10

    10

    77.8±0.820

    87.4±0.95*

    80.6±0.52

    * 与正常对照组比较,Compared with the control,P<0.01
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    △ 糖尿病运动组与糖尿病非运动组比较,Diabetic-exercised group compared with the non-exercised diabetic group,P<0.05

    虽然糖尿病大鼠骨骼肌细胞膜胰岛素受体数量增加,受体结合能力增高,但骨骼肌对葡萄糖的吸收能力却下降,这表明在糖尿病状态下存在受体结合后的缺陷,这种受体结合缺陷主要包括受体结合与葡萄糖转运系统(GLUT)之间的缺陷,受体自身磷酸化及受体酪氨酸激酶活性降低,以及葡萄糖由细胞外转至细胞内后的葡萄糖代谢的缺陷[7]

    有规律的耐力运动可增加骨骼肌对胰岛素的敏感性,增加骨骼肌对葡萄糖的吸收及糖原合成[10]。本实验结果表明,糖尿病大鼠经过耐力运动后,体重有所增加,血糖浓度降低,血胰岛素浓度无显著改变,说明糖尿病运动组大鼠在较低的胰岛素水平下仍能增加周围组织对葡萄糖的摄取和利用。表2所示,糖尿病运动组大鼠与糖尿病非运动组大鼠相比,胰岛素受体专一性结合量与总结合量之比明显降低,趋向于正常。
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    Bak等[8]对Ⅱ型糖尿病人运动训练前后骨骼肌的研究表明,骨骼肌细胞膜胰岛素受体数量并未改变,受体激酶活性也未改变。Dela等[11]观察到正常成人经过10周运动训练后,骨骼肌胰岛素受体结合及受体激酶活性均无显著改变,而骨骼肌细胞葡萄糖运载体4(glucose transporter, GLUT4)则增加,说明运动训练增加骨骼肌对胰岛素的敏感性可能通过受体后的机制,这方面的工作有待于进一步研究。

    4 参考文献

    1. Defronzo RA, et al. Hepatic and peripheral insulin resistance: a common feature of type 2(non-insulin-dependent) and type 1 (insulin-dependent) diabetes mellitus. Diabetologia, 1982,23:313
, 百拇医药
    2. Defronzo RA, et al. The effect of insulin on the disposal of intravenous glucose results from indirect calorimetry and hepatic and femoral venous catheterization. Diabetes, 1981,30:1000.

    3. Fraker PJ, et al. Protein and cell membrane iodinations with a sparingly soluble choroamde, 1,3,4,6-tetrachloro-3 α,6 α-diphenylgly coluril. Biochem Biophys Res Commun, 1978,80:849.

    4. Ploug, et al. Effect of endurance training on glucose transport capacity and glucose transporter expression in rat skeletal muscle. Am J Physiol, 1990, 259E:778.
, 百拇医药
    5. Klip A and Walker D. The glucose gransport system of muscle plasma membrane: characterization by means of [3H] cytochalasin blinding. Arch Biochem Biophy, 1983,221(1):175.

    6. Lowery OH, et al. Protein measurement with the folin phenol regent. J Biol Chem, 1951,193:265.

    7. Nishimura H, et al. Postreceptor defect in insulin action in streptozotocin-induced diabetic rat. Am J Physiol, 1989,256E:624.
, 百拇医药
    8. Bak JF, et al. Insulin receptor function and glycogen systhase activity in skeletal muscle biopsies from patients with insulin-dependent diabetes mellitus: effects of physical training. J Clin Invest, 1989,69:158.

    9. Sechi LA, et al. Tissue-specific regulation of insulin receptor mRNA levels in rats with streptozotocin-induced diabetes mellitus. Diabetes, 1992,51:1113.

    10. Richter EA, et al. Muscle glucose metabolism following exercise in the rat: increased sensitivity to insulin. J Clin Invest, 1982,69:785.

    11. Dela F, et al. GLUT4 and insulin receptor binding and kinase activity in trained human muscle. J Physiol, 1993,469:615.

    (1996.10.28收稿,1997.01.17修回), 百拇医药