糖尿病大鼠腦內(nèi)GLUT1和GLUT3表達(dá)變化與腦缺血損傷關(guān)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(jì)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(guān)的經(jīng)濟(jì)、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(yù)防糖尿病的健康成本至少達(dá)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(jì)負(fù)擔(dān)。 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(dǎo)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(yuǎn)多于出血性病變，尤以腔隙性腦梗塞為主，且易反復(fù)多次復(fù)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(guān)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(chǔ)是動脈粥樣硬化(artherosclerosis，AS)，因此糖尿病腦血管病變防治的關(guān)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(dá)標(biāo)有利于減少或減緩AS的發(fā)生發(fā)展，進(jìn)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(xué)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(jìn)展而發(fā)展，上述治療并不能完全預(yù)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(xué)地治療，尤其是如何科學(xué)地控制血糖，進(jìn)而減輕腦損傷改善預(yù)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(guān)血糖水平控制的標(biāo)準(zhǔn)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(xì)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(jìn)入腦細(xì)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(xì)胞的胞膜進(jìn)入細(xì)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(xì)管內(nèi)皮細(xì)胞、基膜及星形膠質(zhì)細(xì)胞足突構(gòu)成，內(nèi)皮細(xì)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(jìn)入腦內(nèi)需通過內(nèi)皮細(xì)胞腔面GLUT1載體先攜帶葡萄糖從血中進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞，而后非腔面載體再把葡萄糖從內(nèi)皮細(xì)胞釋放入腦間質(zhì)。血糖濃度一般為5mM，內(nèi)皮細(xì)胞葡萄糖濃度約為3.4mM，而腦細(xì)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(xué)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(xì)胞內(nèi)糖轉(zhuǎn)運的降調(diào)節(jié)，作為一種保護(hù)機制，這種降調(diào)節(jié)減少了糖的細(xì)胞內(nèi)流，

9、進(jìn)而降低了高糖的細(xì)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(dǎo)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(dá)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(shè) 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(yuǎn)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(jìn)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(guān)尚不清楚。 利用大鼠糖尿病腦梗塞模型，研究腦梗塞前基礎(chǔ)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(dá)水平變化與腦梗塞損傷的量效關(guān)系關(guān)系。評價不同基礎(chǔ)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(chǔ)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(biāo)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(shè)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(shù)測定GLUT1和GLUT3 mRNA表達(dá)變化情況利用免疫組織化學(xué)技術(shù)測定GLUT1和GLUT3

13、 mRNA和蛋白表達(dá)變化情況第二部分建立Wistar大鼠糖尿病模型，并設(shè)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(dá)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(dá)降調(diào)節(jié)。 3.B

14、BB GLUT1表達(dá)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(dá)均有所增加，其表達(dá)與血糖水平呈負(fù)相關(guān)。 5.GLUT1及GLUT3表達(dá)的降調(diào)節(jié)是機體對長期高血糖的適應(yīng)性調(diào)節(jié)，以避免過量的葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生細(xì)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(hù)機制，我們將之定義為：高血糖預(yù)適應(yīng)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(chǔ)血糖水平和梗塞后急性期血糖控制水平均密切相關(guān)。腦梗塞損傷與梗塞前基礎(chǔ)血糖水平成正相關(guān)，即梗塞前基礎(chǔ)血糖水平越高腦梗塞損傷體積越大。 3.梗塞前基礎(chǔ)血糖水平控制不良者，適當(dāng)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(dāng)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(guān)。 5.梗塞前基礎(chǔ)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(chǔ)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(yīng)機制(HGIP)[20]，腦梗塞時，血糖控制正?；⒉焕谀X梗塞損傷的恢復(fù)。由于降調(diào)節(jié)

17、代償適應(yīng)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(xì)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(jìn)行大量臨床研究來明確GCT和最適血糖降幅。 基礎(chǔ)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(chǔ)血糖水平控制不良者，降糖幅度以4～6