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目的: 糖尿病是一种常见的代谢性疾病,以高血糖、伴随由于胰岛素分泌不足或作用缺乏而引起的糖、脂肪和蛋白质三大代谢紊乱为特点。1型糖尿病是一种以胰岛素B细胞破坏,进而以胰岛素生成不足为特征的自身免疫性疾病。1型糖尿病多见于儿童和青少年,糖尿病酮症酸中毒是1型糖尿病常见的严重的急性并发症,可引起致死性的脑损伤,而其好发年龄的特殊性增加了糖尿病酮症酸中毒发生的概率。本实验运用基于1H-NMR的代谢组学方法研究糖尿病酮症酸中毒对幼鼠大脑整体代谢的影响,并结合病理学检查探讨酮症酸中毒对幼鼠脑损伤机制,阐述脑中胶质细胞和神经元的变化及其神经递质循环改变,比较糖尿病酮症酸中毒组与正常组在脑组织代谢模式及机制上的差异。 方法: 将4周龄健康雄性SD大鼠随机分为糖尿病酮症酸中毒组(DKA组,22只)和正常组(11只)。各组大鼠禁食12h,糖尿病酮症酸中毒组:STZ(150mg/KG)腹腔注射后第一个24h内予以无限制地喂食10%葡萄糖水(D10W),24h后予以正常饮食,每周2-3次监测体重,用尿液分析试纸监测尿糖、酮酸(乙酰乙酸盐),尿糖≥110mmol/L,尿酮体≥15680umol/L则DKA模型成功(剔除未成模鼠)。同时,对照组注射等量柠檬酸缓冲液,第一个24h同样予以10%葡萄糖水,其后每日自由饮水、予以普通饲料。实验期观察各组大鼠的进食水量、尿量、毛发等。造模完成后每组均随机选取9只大鼠分离额、顶、枕叶皮层和纹状体进行1H-NMR波谱检测,余下2只进行病理学检查(HE及GFAP染色)。 结果: 1.血糖、血尿素氮、血pH及尿酮体、尿糖变化 实验期间DKA组和正常组血糖值分别为32.99±0.91 mmol/L、8.23±0.38mmol/L。 DKA组注射STZ造模后尿酮体及尿糖分别达到大于等于15680ummol/l,110mmol/l水平,血PH值稍下降为7.35±0.18,血尿素氮为13.11±3.90mmol/L;正常组幼鼠尿酮体及尿糖均为阴性,血PH值为7.52±0.08,血尿素氮3.03±0.47mmol/L。 2.临床表现及体重变化 DKA组表现为精神萎靡、昏睡、体温下降、活动减少、进食减少、皮肤苍白、毛发枯燥并掉落较明显,严重者出现抽搐、少数死亡。造模完成后,两组幼鼠体重有显著变化。造模之前,DKA组与正常组体重均值分别为为137.43±3.67g,139.00±10.98g。造模完成后,DKA组及正常组体重均值分别为142.13±24.84g、232.27±19.75g,两组之间比较有显著性差异(P<0.05)。 3.大鼠额、顶、枕叶皮层及纹状体代谢物变化 相比正常组,DKA组中四个脑区代谢物均有显著性变化(P<0.05),额叶、顶叶、枕叶及纹状体中部分代谢物变化相同,但浓度变化程度不同,乳酸(Lau)、牛磺酸(Tau)均增高,N-乙酰天门冬氨酸(NAA)、谷氨酸(Glu)及天冬氨酸(Asp)均下降;另额叶中丙氨酸(Ala)、琥珀酸(Suc)及胆碱(Cho)下降,顶叶中γ-氨基丁酸(GABA)、丙氨酸(Ala)及胆碱(Cho)下降,肌酸(Cre)升高,纹状体及枕叶中肌醇(m-Ins)升高,且纹状体中胆碱(Cho)亦下降。 4.HE及GFAP染色 HE染色示DKA组额叶、项叶及枕叶皮层组织小血管周围间隙增宽,毛细血管稍扩张,DKA组纹状体及正常组各脑区均未见明显异常改变,组织结构清晰,两组神经元细胞形态正常,排列整齐紧凑,细胞核小而圆,位于中央。 GFAP染色示DKA组相比正常组,额、项、枕叶皮层及纹状体的星形胶质细胞数目稍显增加,但无明显统计学意义(P>0.05)。四个脑区间差异均无统计学意义(P>0.05)。 结论: 1.糖尿病酮症酸中毒脑内代谢物改变存在区域性差异,四个脑区中顶叶皮层代谢变化最多,枕叶皮层代谢物变化相对较少。 2.糖尿病酮症酸中毒脑损伤主要作用于神经元,其机制与神经递质及能量代谢紊乱或障碍有关。 3.糖尿病酮症酸中毒组幼鼠抑制性神经递质GABA在顶叶中下降,兴奋性氨基酸Asp在四个脑区均出现不同程度的下降,说明神经递质代谢出现紊乱;NAA在四个脑区中均出现下降,表明各脑区的神经元受损。 4.糖尿病酮症酸中毒对各脑区皮层的神经元以及能量代谢均有不同程度的影响,并对枕叶和纹状体的神经胶质细胞也有一定程度损伤。 5.糖尿病酮症酸中毒组与正常组的脑内代谢模式及损伤机制存在差异。