糖尿病大鼠腦內(nèi)GLUT1和GLUT3表達變化與腦缺血損傷關系研究.pdf

1、一、糖尿病的危害性 糖尿病(Diabetes Mellitus，DM)是一種最常見的內(nèi)分泌代謝疾病，因其患病率高，危害巨大，已被世界衛(wèi)生組織列為危害人類健康的第三大疾病。作為全球性的非傳染性流行病，目前全世界約有2億以上糖尿病患者，每年有300萬以上糖尿病患者死亡，估計到2025年全球約有3.33億糖尿病患者，而我國有9000萬左右糖尿病患者[1]。糖尿病不僅是影響人類健康的主要因素，同時也是影響社會經(jīng)濟生活的重要因素。據(jù)200

2、2年的統(tǒng)計資料，美國每年的糖尿病醫(yī)療費用為1320億美元，而我國的糖尿病醫(yī)療費用為188.2億元人民幣[2,3]。糖尿病相關的經(jīng)濟、社會成本主要來自糖尿病并發(fā)癥，2007年全球用于治療和預防糖尿病的健康成本至少達2320億美元。因此糖尿病不僅是人類健康的殺手，同時也耗費大量資金，給社會和個人帶來沉重經(jīng)濟負擔。 二、糖尿病腦血管病變糖尿病主要危害在于長期慢性高血糖所導致的各種慢性并發(fā)癥。其中最主要的是血管并發(fā)癥，正如第64屆ADA

3、大會Banting獎得主Brownlee博士所言，如果沒有血管并發(fā)癥糖尿病將不再是一個重大的公共健康難題。75％的糖尿病患者死于糖尿病血管并發(fā)癥，其中糖尿病性腦血管病變的致殘、致死率居第二位，在糖尿病的總死因中，約10％是由于腦卒中引起的。而且血管并發(fā)癥的致死率、致殘率存在地區(qū)差異，東方人種糖尿病性腦血管病更為突出。研究發(fā)現(xiàn)香港和東京的腦卒中發(fā)生率很高，在日本糖尿病患者16.4％死于腦血管病，高于心血管病的致死率。國內(nèi)報道，糖尿病患者2

4、5％死于腦血管病。糖尿病病人合并腦血管疾病是非糖尿病患者的2-4倍，腦卒中死亡的患者中，糖尿病是非糖尿病病人的2倍以上[7]。糖尿病性腦血管病變以糖尿病性腦梗塞為主，其占糖尿病性腦血管病變的85％。糖尿病性腦血管病的患病率隨著糖尿病病程的延長而增高，缺血性病變遠多于出血性病變，尤以腔隙性腦梗塞為主，且易反復多次復發(fā)，因此糖尿病腦梗塞的防治是降低糖尿病死亡率，減少糖尿病致殘率的關鍵環(huán)節(jié)。 三、糖尿病腦血管病防治糖尿病腦血管病變的基

5、礎是動脈粥樣硬化(artherosclerosis，AS)，因此糖尿病腦血管病變防治的關鍵是減少AS的發(fā)病因素。目前主要強調(diào)糖尿病的綜合治療，即降糖、降壓、調(diào)脂及抗凝治療。HbAlc每降低1％，既可降低腦卒中發(fā)生率12％[8]。糖尿病治療的綜合達標有利于減少或減緩AS的發(fā)生發(fā)展，進而有利于減輕糖尿病腦血管病的危害。但是大量循證醫(yī)學研究發(fā)現(xiàn)，大血管病變在糖尿病臨床診斷之前即己存在，且隨著糖尿病病情的進展而發(fā)展，上述治療并不能完全預防或阻止

6、腦卒中的發(fā)生[9,10]。因此在糖尿病腦卒中發(fā)生時，如何科學地治療，尤其是如何科學地控制血糖，進而減輕腦損傷改善預后，是我們臨床工作中面臨的重要課題。 目前在糖尿病腦卒中的治療中，有關血糖水平控制的標準一直存在爭議。研究顯示在非糖尿病患者中，急性高血糖引發(fā)急性腦卒中的發(fā)生率為12％至41％[11]，急性高血糖亦可加重非糖尿病腦梗塞缺血損傷[12]，故目前在糖尿病腦梗塞的臨床治療中常過分強調(diào)降低血糖的價值，但血糖過低致細胞內(nèi)乏糖，

7、可發(fā)生“腦乏糖”，亦可加重腦組織損傷。 四、糖尿病腦內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運及影響因素大腦幾乎完全依賴于葡萄糖提供能量，葡萄糖從血循環(huán)中進入腦細胞內(nèi)參與能量代謝主要經(jīng)過兩個過程：首先在GLUT1的轉(zhuǎn)運作用下通過血-腦屏障(BBB)，然后在GLUT3的作用下穿過神經(jīng)元細胞的胞膜進入細胞內(nèi)，因此GLUT1又被稱為“BBB葡萄糖轉(zhuǎn)運子”，GLUT3又被稱為“神經(jīng)元葡萄糖轉(zhuǎn)運子”[15]。BBB由毛細管內(nèi)皮細胞、基膜及星形膠質(zhì)細胞足突構(gòu)成，內(nèi)皮細胞

8、緊密連接以防止小分子水溶性物質(zhì)自由通過。葡萄糖進入腦內(nèi)需通過內(nèi)皮細胞腔面GLUT1載體先攜帶葡萄糖從血中進入內(nèi)皮細胞，而后非腔面載體再把葡萄糖從內(nèi)皮細胞釋放入腦間質(zhì)。血糖濃度一般為5mM，內(nèi)皮細胞葡萄糖濃度約為3.4mM，而腦細胞外液葡萄糖濃度約為2.7mM，從而促使葡萄糖順濃度梯度持續(xù)移動[16]。 國外學者研究[17]發(fā)現(xiàn)，在糖尿病狀態(tài)下，慢性高血糖可引起細胞內(nèi)糖轉(zhuǎn)運的降調(diào)節(jié)，作為一種保護機制，這種降調(diào)節(jié)減少了糖的細胞內(nèi)流，

9、進而降低了高糖的細胞毒作用。大量研究顯示這種降調(diào)節(jié)是由葡萄糖轉(zhuǎn)運子(GlucoseTransporter,GLUT)介導的。另有研究已證實慢性低血糖可以引起GLUT1和GLUT3 mRNA及蛋白表達代償性增高，即出現(xiàn)升調(diào)節(jié)[18]。但調(diào)節(jié)腦內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運的GLUT1和GLUT3在糖尿病慢性高血糖狀態(tài)下是否存在降調(diào)節(jié)還有爭議[19]。 五、提出假設 臨床工作中，糖尿病患者血糖下降過快(即使其血糖水平仍遠高于正常)，即可發(fā)生“

10、低血糖現(xiàn)象”，出現(xiàn)“神經(jīng)乏糖”(neuroglycopenia)癥狀。這給我們提出一個問題：糖尿病患者不同于非糖尿病患者，合并腦梗塞時，血糖控制水平既不能過高，亦不能過低。血糖過高可因高血糖加重腦梗塞缺血損傷，過低(即使血糖水平高于正常)則會因相對低血糖而發(fā)生“腦乏糖”，進而加重腦組織損傷。但其機制是什么，是否與GLUT1和GLUT3降調(diào)節(jié)有關尚不清楚。 利用大鼠糖尿病腦梗塞模型，研究腦梗塞前基礎血糖水平、梗塞急性期血糖控制水

11、平對腦梗塞體積的影響變化。 探討血糖水平、GLUT表達水平變化與腦梗塞損傷的量效關系關系。評價不同基礎血糖控制水平下，糖尿病腦梗塞急性期，血糖水平變化對腦梗塞損傷的影響及可能機制。 評價糖尿病腦梗塞時，基礎血糖水平下降的合理幅度，及糖尿病腦梗塞急性期血糖控制的合理閾值。為臨床糖尿病腦梗塞治療找出合適的血糖閾作為血糖控制目標提供理論依據(jù)。 研究方法 第一部分 建立Wistar大鼠糖尿病模型。

12、 設定5個實驗組：對照組(NC組)，糖尿病血糖未控制組(DM1組)、糖尿病血糖控制較差組(DM2組)、糖尿病血糖控制一般組(DM3組)和糖尿病血糖控制良好組(DM4組)，每組10只。四個糖尿病組大鼠血糖分別控制在＞16.7mmol/L、14～16.7mmol/L、10～14mmo/L和＜10 mmol/L四個水平。 利用RT-PCR技術測定GLUT1和GLUT3 mRNA表達變化情況利用免疫組織化學技術測定GLUT1和GLUT3

13、 mRNA和蛋白表達變化情況第二部分建立Wistar大鼠糖尿病模型，并設定4個組別：對照組(NC組)，DM1、DM2、DM3組血糖控制在＞16.7mmol/L、 10.0～14.0mmol/L和6.0～8.0mmol/L三個水平組。 結(jié)論: 第一部分 1.慢性高血糖引起大鼠大腦內(nèi)GLUT1和GLUT3 mRNA表達降調(diào)節(jié)。 2.慢性高血糖引起大鼠大腦內(nèi)GLUT1和GLUT3蛋白表達降調(diào)節(jié)。 3.B

14、BB GLUT1表達的減少并非因為微血管密度的改變。 4.糖尿病大鼠利用胰島素控制血糖后，GLUT1和GLUT3 mRNA及蛋白表達均有所增加，其表達與血糖水平呈負相關。 5.GLUT1及GLUT3表達的降調(diào)節(jié)是機體對長期高血糖的適應性調(diào)節(jié)，以避免過量的葡萄糖進入細胞內(nèi)產(chǎn)生細胞損傷。 糖尿病大鼠腦內(nèi)，高血糖可以引起糖轉(zhuǎn)運降調(diào)節(jié)，存在降調(diào)節(jié)自我保護機制，我們將之定義為：高血糖預適應機制(HGPA)，以減低高糖毒性作

15、用。 第二部分 1.腦梗塞時高血糖和低血糖均增加腦梗塞體積，加重腦組織損傷。 2.糖尿病大鼠腦梗塞損傷與梗塞前基礎血糖水平和梗塞后急性期血糖控制水平均密切相關。腦梗塞損傷與梗塞前基礎血糖水平成正相關，即梗塞前基礎血糖水平越高腦梗塞損傷體積越大。 3.梗塞前基礎血糖水平控制不良者，適當降糖是有利的，血糖水平升高或維持原血糖水平，均可能增加腦梗塞損傷體積。 4.適當控制血糖后可減少腦梗塞體積，但并不能

16、提示血糖控制得越低，腦梗死體積越小。血糖下降幅度過大亦可加劇腦梗塞損傷，其機制可能與腦內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白降調(diào)節(jié)有關。 5.梗塞前基礎血糖水平控制不良者，降糖幅度以4～6mmol/L為宜，一般情況下血糖控制閾值10.0～14.0mmol/L是安全的；梗塞前基礎血糖水平控制良好者，宜維持原血糖水平。 6.糖尿病狀態(tài)下，腦內(nèi)存在葡萄糖轉(zhuǎn)運降調(diào)節(jié)代償適應機制(HGIP)[20]，腦梗塞時，血糖控制正常化并不利于腦梗塞損傷的恢復。由于降調(diào)節(jié)

17、代償適應機制的存在，而且血糖下降時該機制不能及時解除，需要相對較高的血糖水平以便維持腦細胞能量代謝的需要。因此糖尿病腦梗塞時，血糖下降幅度過大或水平過低，均可能加重腦組織損傷。 7.我們的研究結(jié)果可以解釋臨床相對低血糖現(xiàn)象。并為臨床糖尿病腦梗塞的合理治療提供基本的實驗依據(jù)。有必要進行大量臨床研究來明確GCT和最適血糖降幅。 基礎血糖水平控制愈好，糖尿病腦梗塞損傷愈輕。糖尿病腦梗塞前基礎血糖水平控制不良者，降糖幅度以4～6