二甲雙胍對高脂誘導胰島素抵抗大鼠空間認知、學習記憶及腦能量代謝的影響

莫 巍 錢國鋒

(臺州市中西醫結合醫院澤國院區內科，浙江 臺州 317500)

2型糖尿病(T2DM)早期常伴有胰島素抵抗(IR)〔1〕，長期進食高脂飲食可誘發IR〔2〕。此外，Pratchayasakul等〔3〕指出高脂飲食不僅可誘導外周胰島素抵抗，還可損傷中樞胰島素受體功能，由于該受體在中樞分布較廣，因此，高脂飲食在一定程度上對腦部功能有影響。多項研究指出長期食用高脂飲食可影響空間認知，并造成海馬依賴的學習記憶功能受損〔4〕。二甲雙胍(Met)是治療T2DM的首選藥物，可迅速穿越血腦屏障，在腦部發揮消炎和保護作用，也可改善IR〔5，6〕。但目前對其能否改善高脂飲食誘導的IR的空間認知、學習記憶及腦能量代謝尚不清楚，故本研究對此進行相關研究。

1 材料與方法

1.1實驗動物及分組 選取180～200 g SPF級雄性Wistar大鼠60只(購于北京維通利華公司)，采用喂養高脂飲食的方法制備IR大鼠模型，將大鼠隨機分為對照組、模型組、Met低劑量組和Met高劑量組(n=15)。所有大鼠均采用普通飼料(碳水化合物60%，蛋白質22%，脂肪10%，其他8%)適應性喂養1 w，然后對照組繼續給予普通飼料，其余3組更換為高脂飼料(碳水化合物30%，蛋白質12%，脂肪52%，其他6%)，連續喂養12 w。在IR誘導成功后，僅Met低、高劑量組分別給予100 mg·kg-1·d-1和200 mg·kg-1·d-1Met 連續灌胃4 w，其余兩組分別給予同等體積的蒸餾水。所有大鼠均于12 h/12 h明暗周期下飼養，濕度60%～70%，可自由獲取飲水、飲食。

1.2血漿指標檢測 采用血糖儀檢測血糖水平，生物化學分析儀檢測血漿總膽固醇水平，采用酶標儀及ELISA試劑盒檢測血漿胰島素水平，同時采用穩態模型評估(HOMA)外周胰島素抵抗情況。

1.3Morris水迷宮實驗〔4〕水迷宮為一圓形水池(直徑130 cm、高50 cm)，共分四個象限，并在第一象限放置圓形平臺(直徑9 cm、高29 cm)。采用帶有顯示系統的攝像機同步記錄游泳軌跡。在迷宮外設置固定參照物，進行為期6 d的實驗：第1天讓大鼠自由游泳適應環境；從第2天起，每天分別從四個象限的入水點訓練，觀察并記錄大鼠從入水至登上水下隱蔽平臺的時間(逃避潛伏期)、游泳速度及在站臺所在象限停留的時間。

1.4學習記憶功能檢測 采用Y型電迷宮法檢測學習和記憶功能。檢測前1 w將大鼠放入Y型電迷宮，待其適應環境，在電擊區給予大鼠足部70 mV的電擊，其會向3等分輻射式反射箱逃避，由電擊區逃至無電區為正確反應。記錄每組的學習成績(連續10次中有9次正確反應所需要的電擊次數)和記憶成績(連續10次測試中的正確反應次數)。

1.5腦部能量代謝水平檢測 檢測腦部的乳酸含量和Na+-K+-ATPase的活性來評價能量代謝：將腦組織加入4℃的生理鹽水碾磨，制成10%組織勻漿，將勻漿分為兩份，將其中一份的上清液高速離心12 000 r/min×20 min，保留沉淀成分(線粒體)并制成混懸液，超聲波粉碎法破碎，并按照試劑盒說明檢測Na+-K+-ATPase活性，另一部分檢測乳酸水平。

2 結 果

2.1Met處理對IR大鼠外周胰島素敏感性參數的影響 模型組的血漿總膽固醇、血漿胰島素及HOMA指數均高于對照組(P<0.05)，Met處理可改善高脂飲食誘導IR引起的血漿總膽固醇、血漿胰島素及HOMA指數升高，且高劑量Met的效果強于低劑量，且Met高劑量組的血漿胰島素和HOMA指數與對照組的差異無統計學意義(P>0.05)。四組的體重、內臟脂肪及血糖情況的差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。

表1 四組大鼠外周胰島素敏感性參數情況

2.2Met處理對IR大鼠空間認知功能的影響 模型組訓練3 d后的登臺潛伏期長于對照組(P<0.05)，站臺所在象限停留時間短于對照組(P<0.05)，游泳速度與對照組無統計學差異(P>0.05)；Met處理可改善高脂飲食誘導IR引起的登臺潛伏期延長和站臺所在象限停留時間降低(P<0.05)，且高劑量Met的效果強于低劑量，但仍與對照組有差異(P<0.05)。見表2。

表2 四組大鼠Morris水迷宮的登臺潛伏期

2.3Met處理對IR大鼠學習記憶功能的影響 模型組大鼠的學習次數多于對照組，記憶次數少于對照組(P<0.05)；Met處理可改善高脂飲食誘導IR引起的學習次數增多和記憶次數減少(P<0.05)，且高劑量Met的效果強于低劑量，但仍與對照組有差異(P<0.05)。見表3。

表3 四組大鼠的空間認知和學習記憶功能情況

與對照組比較：1)P<0.05；與模型組比較：2)P<0.05；與Met低劑量組比較：3)P<0.05

2.4Met處理對腦能量代謝的影響 見圖1。與對照組相比，模型組的乳酸升高，Na+-K+-ATPase活性降低，Met處理可改善高脂飲食誘導IR引起的乳酸升高和Na+-K+-ATPase活性降低(P<0.05)，且高劑量Met的效果強于低劑量，但仍與對照組有差異(P<0.05)。

3 討 論

本研究發現，高脂誘導IR可導致空間認知、學習記憶損傷手及腦能量代謝異常，這與IR可阻斷胰島素進入腦部，同時抑制海馬神經元再生有關；也有研究指出高脂飲食可增加中樞部位氧化應激，加重腦部損傷〔7〕。以上提示改善胰島素應激是緩解空間認知、學習記憶損傷及腦能量代謝異常的可行手段。

Met是治療2型糖尿病的常用藥物，口服后可迅速穿過血腦屏障，減少肝臟葡萄糖生成，增加胰島素調控的葡萄糖利用，恢復胰島素信號相關轉導通路，同時具有改善外周組織胰島素敏感性的效果〔5,6〕。本研究發現：Met處理可改善IR大鼠升高的血漿總膽固醇、血漿胰島素及HOMA指數，同時對血糖的水平無影響，這與Katakam等〔7〕的研究一致，提示Met可改善外周IR，這主要與Met的藥理學作用有關。

空間認知和學習記憶損傷主要與海馬神經元再生及突觸可塑性受影響有關〔8〕。本研究發現：Met處理可改善IR大鼠延長的登臺潛伏期，增多的學習次數和降低站臺所在象限停留時間及記憶次數。這主要與Met改善外周IR有關，提示Met可作為中樞神經系統的神經保護劑。研究指出，Met可激活AMP活化的蛋白激酶(AMPK)，AMPK在細胞脂質和糖代謝過程中起重要調節作用〔9〕。Potter等〔10〕的研究指出AMPK可調控長時程增強，影響學習記憶功功能。推測Met可能通過激活AMPK發揮改善IR大鼠學習及記憶缺陷的作用。

腦部能量系統對于維持腦部正常功能有重要意義。IR阻止胰島素進入腦部，引起腦部能量代謝異常的作用，如本研究中模型組大鼠的乳酸積累和Na+-K+-ATPase活性下降。腦部能量代謝異常可影響多種生理功能，如細胞內Ca2+超載、興奮性氨基酸釋放等〔11〕。本研究發現：Met可改善IR大鼠的乳酸積累和Na+-K+-ATPase活性下降，表明Met具有改善腦部能量代謝異常的作用，可能與其改善IR，促進胰島素進入腦部，調控能量代謝有關。進一步表明了Met對神經的保護作用。

綜上所述，高脂飲食導致IR可影響空間認知、學習記憶功能及腦能量代謝，Met可改善以上功能，對IR具有保護作用。

4 參考文獻

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3Pratchayasakul W,Kerdphoo S,Petsophonsakul P,etal. Effects of high-fat diet on insulin receptor function in rat hippocampus and the level of neuronal corticosterone 〔J〕. Life Sci,2011;88(13-14):619-27.

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7Katakam PV,Ujhelyi MR,Hoenig M,etal. Metformin improves vascular function in insulin-resistant rats 〔J〕. Hypertension,2000;35(11):108-12.

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