右美托咪定對糖尿病大鼠肺組織的保護作用

汪忠玉,曾資平,張 燕,張景輝

(1.北京大學深圳醫院 麻醉科,廣東 深圳518036；2.華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院)

右美托咪定對糖尿病大鼠肺組織的保護作用

汪忠玉1*,曾資平1,張 燕1,張景輝2

(1.北京大學深圳醫院 麻醉科,廣東 深圳518036；2.華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院)

目的評價右美托咪定對糖尿病大鼠肺組織的保護作用。方法40只成年雄性SD大鼠隨機分為4組(n=10)：正常組(N組)、不同劑量右美托咪定處理組(DEX1組、DEX2組)、糖尿病組(DM組)。DM組和DEX1組、DEX2組采用腹腔注射鏈脲佐菌素60 mg/kg的方法制備糖尿病模型，N組僅腹腔注射等容量枸櫞酸緩沖液。模型建立8周后，DEX1組和DEX2組每日在腹腔內分別注射右美托咪定5 μg/kg、10 μg/kg，N組和DM組每日僅腹腔注射等容量生理鹽水。1周后，各組大鼠10%水合氯醛腹腔注射麻醉，經股動脈插管抽取動脈血作血氣分析，隨后處死，取肺組織，測定濕/干重比(W/D比)、光學顯微鏡觀察并進行病理學評分、用ELISA法檢測肺泡灌洗液(BALF)中TNF-α、IL-6的含量。結果與N組比較，DM組、DEX1組和DEX2組的PaO2顯著下降(P<0.05)，肺組織病理評分、TNF-α、IL-6含量顯著升高(P<0.05)。DEX1組和DEX2組與DM組比較，大鼠動脈血PaO2明顯提高(P<0.05)，W/D比值、肺組織病理評分、TNF-α、IL-6含量顯著下降(P<0.05)。結論右美托咪定可抑制糖尿病大鼠肺組織炎性反應，減輕糖尿病大鼠肺損傷。

糖尿病；右美托咪定；肺損傷；炎癥反應

(ChinJLabDiagn,2017,21:2177)

糖尿病是一種慢性代謝性疾病，常引起全身多器官功能損害，研究表明肺組織也是糖尿病損害的靶器官之一，可出現限制性通氣功能障礙和彌散、阻塞性及混合性通氣功能障礙，出現代謝源性肺功能異常[1]。糖尿病患者術中使用呼吸機更可能加重其肺損傷，因此探討其有效的防治措施具有重要的意義。右美托咪定(Dexmedetomidine，Dex)是一種α2腎上腺素能受體激動劑，近年研究發現，右美托咪定對肺組織有保護作用[2]，但是否能有效抑制糖尿病肺損傷尚不明確。本研究擬探討右美托咪定對糖尿病大鼠肺組織的保護作用。

1 材料與方法

1.1實驗動物分組和糖尿病大鼠模型的制備健康成年雄性SD大鼠40只，體重200-250g，購于湖北省實驗動物研究中心，動物合格證號：SCXK(鄂)2015-0018。采用隨機數字表法分為4組，每組10只：(1)正常組(N組)；(2)右美托咪定低劑量組(DEX1組)；(3)右美托咪定高劑量組(DEX2組)；(4)糖尿病組(DM組)。

DEX1組、DEX2組、DM組大鼠按60 mg/kg鏈脲佐菌素(STZ，溶解于0.1 mol/L pH4.2枸櫞酸緩沖液)腹腔注射建立糖尿病模型，N組僅腹腔注射等容量枸櫞酸緩沖液。72 h后尾靜脈采血測定空腹血糖>16.7 mmol/L，尿糖定性≥+++作為糖尿病動物模型建立標準，未達到標準者均淘汰。糖尿病模型建立后每周定期檢測糖尿病大鼠血糖值，觀察各組大鼠體重變化及24 h飲水量和尿量。

糖尿病大鼠模型建立8周后，DEX1組每日在腹腔內注射Dex5 μg/kg，DEX2組每日在腹腔內注射Dex10 μg/kg，N組和DM組僅腹腔注射等容量生理鹽水。Dex購自江蘇恒瑞醫藥股份有限公司，產品批號：15051232。1周后，各實驗組進行取材。

本實驗中動物處置方法符合動物倫理學標準。

1.2標本采集及指標檢測

1.2.1血氣分析 各組大鼠10%水合氯醛腹腔注射麻醉，經股動脈插管抽取動脈血作血氣分析，測定pH值、PaO2和PaCO2。

1.2.2檢測肺泡灌洗液(BALF)TNF-α、IL-6含量 采用頸動脈快速放血處死動物后，立即從隆突處離斷左、右肺，行左主支氣管肺泡灌洗。10 ml 5℃生理鹽水反復肺灌洗3次，將回收得到的灌洗液離心15 min，取上清液，-70℃凍存。用酶聯免疫吸附試驗(ELISA法)檢測BALF中TNF-α、IL-6的含量，試劑盒購自欣博盛生物科技有限公司，貨號 TNF-α：Cat#：ERC102a， IL-6：Cat#：ERC003，操作過程嚴格按照檢測試劑盒說明進行。

1.3肺組織檢測(取下肺組織并用液氮保存待測)

1.3.1肺組織濕/干重比：取右肺下葉，稱濕質量后置于真空冷凍干燥機48 h，稱干質量，計算肺組織濕/干質量比(W/D比)。

1.3.2肺組織病理學評分：另取右肺組織浸泡于10%甲醛溶液中固定，常規石蠟包埋、切片，HE染色后用普通光學顯微鏡觀察并進行病理學評分。評分內容為間質水腫、肺泡水腫、中性粒細胞浸潤和肺泡內充血，分別依其嚴重程度評0-4分(0分，無病變或非常輕微；1分，輕度病變；2分，中度病變；3分，重度病變；4分，極重度病變)，并計算四項指標的總分為肺損傷評分。

1.4統計學處理采用統計學軟件SPSS20.0進行分析，計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1大鼠動脈血血氣分析比較(表1)

與N組比較，DM組、DEX1組和DEX2組大鼠動脈血PaO2顯著下降(P<0.05)，但DEX1組和DEX2組與DM組比較，大鼠動脈血PaO2明顯提高(P<0.05)。DEX1組和DEX2組之間比較無顯著性差異性(P>0.05)，pH值、PaCO2各組比較無顯著差異(P>0.05)。

表1 各組大鼠pH、PaO2、PaCO2結果比較

注：與N組比較，aP<0.05，與DM組比較，bP<0.05

2.2各組肺組織W/D比值變化和肺組織病理評分(表2)

DM組W/D比值顯著高于N組(P<0.05)，DEX1組和DEX2組W/D比值顯著低于DM組(P<0.05)。光鏡下顯微鏡下N組肺組織未見明顯異常，DM組可見大量炎性細胞浸潤，肺泡腔內可見滲出物，肺間質出現增厚和水腫，DEX1組和DEX2組肺組織少量炎癥細胞浸潤，肺間質增厚減輕，肺泡萎陷明顯減輕，肺泡結構較DM組完整，肺受損程度明顯減輕。肺組織病理評分DM組、DEX1組和DEX2組顯著高于N組(P<0.05)，DEX1組和DEX2組顯著低于DM組(P<0.05)。

2.3肺泡灌洗液TNF-α、IL-6的含量(表2)

DM組、DEX1組和DEX2組大鼠肺泡灌洗液TNF-α、IL-6的含量與N組比較顯著上升(P<0.05)，DEX1組和DEX2組與DM組比較TNF-α、IL-6的含量明顯下降(P<0.05)。DEX1組和DEX2組之間比較無顯著性差異(P>0.05)。

表2 各組大鼠肺組織病理評分、W/D比、肺泡灌洗液TNF-α、IL-6含量比較

注：與N組比較，aP<0.05，與DM組比較，bP<0.05

3 討論

本研究以大鼠空腹血糖>16.7 mmol/L，尿糖定性≥+++為標準，成功建立了DM動物模型。結果顯示，與N組比較，DM組大鼠肺組織W/D比值顯著增高，光鏡下可見肺間質和肺泡水腫，肺泡結構被破壞，肺組織中性粒細胞浸潤，提示DM大鼠肺組織病理損傷明顯，并且DM組PaO2顯著降低，說明DM組大鼠肺換氣功能也有明顯損害。而給予右美托咪定后，糖尿病大鼠PaO2升高，肺組織病理評分和W/D比值降低，表明右美托咪定能抑制糖尿病肺損傷的病理改變，并改善糖尿病大鼠肺氣體交換功能。

目前認為，多種因素參與了糖尿病的肺損傷過程，其中炎癥反應也是重要因素之一[3]。研究指出高血糖狀態下蛋白質非酶糖基化反應形成糖基化終產物(AGEs)，致氧化應激反應增強，大量炎性因子釋放，引起肺組織功能及結構的改變[4]。糖尿病患者循環中多種炎癥因子IL-6、IL-8、TNF-α等升高，而這些炎癥因子己被證實在介導外周氣道炎癥、慢性阻塞性肺病(COPD)和哮喘發病中具有重要作用，說明糖尿病時炎癥參與了糖尿病肺的改變。劉光等對糖尿病大鼠肺組織觀察顯示肺泡水腫，肺間質和血管周圍有炎癥細胞浸潤，炎性因子IL-4、IL-6表達增多，提示糖尿病大鼠肺組織炎癥反應明顯[5]。Cukurova等研究發現，介導炎癥反應的核因子NF-κB抑制劑可以減輕糖尿病大鼠肺泡基底膜增厚和肺間質單核炎癥細胞的浸潤，改善肺功能[6]，從另一個側面反應了炎癥造成了糖尿病肺損傷。

TNF-α、IL-6是非常關鍵的炎性因子，對肺有強烈的毒性，其表達水平反應了炎癥反應的嚴重程度。本研究觀察到，DM組肺組織TNF-α和IL-6含量顯著升高，肺組織炎性病理改變明顯，這與文獻報道是一致的。而DEX1組和DEX2組大鼠肺組織TNF-α和IL-6表達水平顯著下降，提示右美托咪定通過抑制糖尿病大鼠肺部炎癥反應，從而減輕肺部病理性損傷。右美托咪定是一種新型的高選擇性α2腎上腺素能受體激動劑，具有鎮靜、鎮痛和抗交感神經作用，近年研究發現右美托咪定具有抑制炎癥反應的作用[7]。Taniguchi等將右美托咪定用于內毒素血癥大鼠，發現可以降低TNF-α、IL-6水平，抑制肺部中性粒細胞的浸潤，降低大鼠死亡率[8]。另有研究發現，右美托咪定能改善機械通氣致肺損傷[9]和內毒素誘導的急性肺損傷[10]，其機制是降低TNF-α、IL-6、IL-1β等炎性因子的表達，并認為α2腎上腺素能受體激動劑抗炎作用可能與巨噬細胞、單核細胞調節炎癥因子的產生有關。本研究參照文獻[11]和預實驗結果將右美托咪定5 μg/kg和10 μg/kg腹腔注射一周用于糖尿病大鼠，結果表明，右美托咪定能抑制糖尿病大鼠肺部炎癥反應，改善肺部病理損傷和肺氣體交換功能。但兩個劑量右美托咪定干預組之間沒有顯著性差異，因此右美托咪定對糖尿病肺保護作用是否有封頂效應以及確切機制有待進一步研究。

綜上所述，右美托咪定可抑制糖尿病大鼠肺組織炎性反應，減輕糖尿病大鼠肺損傷。

[1]Marvisi M,Bartonlini L,Borrello P,et al.Pulmonary function in non-insulin-dependent diabetes mellitus[J].Respiration,2001,68(3):268.

[2]Chen C,Zhang Z,Chen K,et al.Dexmedtomidine regulates inflammatory molecules contributing to ventilator-induced lung injury in dogs[J].J Surg Res,2014,187(1):211.

[3]Weynand B，Jonckheere A，Frans A，et al.Diabetes mellitus induces a thickening of the pulmonary basal lamina[J].Respiration,1999,66(1):14．

[4]Vlassara H,Bucala R,Striker L.Pathogenic effects of advanced glycosylation:Biochemical,biologic,and clinical implication for diabetes and aging[J].Lab Invest,1994,70(2):138.

[5]劉 光,穆維新,等．糖尿病大鼠肺組織中核因子-κB、白介素-4,6的表達及意義[J]．河北醫藥，2012,34(23):3525.

[6]Cukurova Z,Eren G,Hergunsel O,et al.Protective effect of the nuclear factor Kappa B inhibitor pyrrolidine dithiocarbamate in lung injury in rats with streptozototocin induced diabetes[J].Respiration,2010,79(5):402.

[7]Kawasaki T，Kawasaki C，Ueki M,et al.Dexmedetomidine suppresses proinflammatory mediator production in human whole blood in vitro[J].J Trauma Acute Care Surg,2013,74(5):1370.

[8]Taniguchi T,Kidani Y,Kanakura H,et al.Effects of dexmedetomidine on mortality rate and inflammatory responses to endotoxin-induced shock in rats[J].Crit Care Med,2004,32(6):1322.

[9]Yang CL,Tsai PS,Huang CJ.Effects of dexmedetomidine on regulating pulmonary inflammation in a rat model of ventilator-induced lung injury[J]．Acta Anaesthesiol Taiwan,2008,46(4):151.

[10]Taniguchi T,Kurita A,Kobayashi K,et al.Dose and time-related effects of dexmedetomidine on mortality and inflammatory responses to endotoxin-induced shock in rats[J]．J Anesth,2008,22(3):221.

[11]Shi QQ,Wang H,Fang H.Dose-response and mechanism of protective functions of selective alpha-2 agonist dexmedetomidine on acute lung injury in rats[J].Saudi Med J,2012,33(4):375.

ProtectiveEffectofDexmedetomidineonLungInjuryInRatsWithStreptozotocin-inducedDiabetes

WANGZhong-yu,ZENGZi-ping,ZHANGYan,etal.

(DepartmentofAnesthesiology，BeijingUniversityShenzhenHospital，Shenzhen518036,China)

ObjectiveTo evaluate the protective effect of dexmedetomidine on lung injury in rats with streptozotocin-induced diabetes.MethodsFourty SD rats were randomly divided into 4 groups(n=10)：normal group (group N)，diabetes group (group DM)，dexmedetomidine 1 group(group DEX1) and dexmedetomidine 2 group(group DEX2).DM rats model was induced by intraperitoneal streptozotocin 60 mg/kg and confirmed by blood glucose level>16.7 mmol/L in groups DM,group DEX1and group DEX2.Citric acid buffer solution was intraperitoneal injected in group N.At 8 weeks after establishment of the Diabetic rats model，dexmedetomidine was intraperitoneal injected in daily respectively 5μg/kg,10 μg/kg in DEX1 and DEX2 group.Equal volume of normal saline was intraperitoneal injected in group N and DM.After 1 week，femoral artery intubation is drawn through arterial blood for blood gas analysis.Then the rats were sacrificed,the lungs were removed for determination of W/D lung weight ratio,examination of the pathological changes and grade.Additionally,we examined the concentration of tumour necrosis factor-alpha(TNF-α) and interleukin-6 (IL-6) in bronchoalveolar lavage fluid(BALF) by enzyme-linked immunosorbent assay.ResultsCompared with group N,PaO2were significantly decreased in group DM,DEX1 and DEX2,the pathological grade,contents of TNF-α,IL-6 were significantly increased in group DM,DEX1 and DEX2(P<0.05).Compared with group DM,PaO2were significantly decreased,W/D lung weight ratio,the pathological grade,contents of TNF-α,IL-6 were significantly decreased in DEX1and DEX2 group(P<0.05).ConclusionDexmedetomidine can reduce lung injury in diabetic rats through inhibit inflammatory reaction

Diabetes mellitus；Dexmedetomidine；Lung injury；Inflammatory reaction

深圳市科技創新委員會基金資助項目(JCYJ20150403091443296)

*通訊作者

1007-4287(2017)12-2177-04

R587.1

A

2017-04-28)