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[目的]肠促胰素,包括胰高糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1)和葡萄糖依赖性促胰岛素分泌多肽(glucose-dependent insulinotropic polypeptide),两者均在介导餐后胰岛素释放中发挥重要作用,其中在糖尿病病人中GLP-1发挥的降糖作用尤为重要。近期研究表明谷氨酰胺可能具有调节GLP-1分泌和改善血糖的作用,但其对糖耐量受损及不同病程2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)患者糖脂代谢的影响及可能的作用机制均尚未阐明。谷氨酰胺是人体内富含的游离氨基酸,尽管是一种非必需氨基酸,但现已被认为是一种“条件必需”氨基酸。已有研究表明谷氨酰胺能增加T2DM患者血胰岛素水平,并降低其血糖,含谷氨酰胺的高脂饲料能减轻T2DM动物高血糖和高胰岛素血症。用含谷氨酰胺的饲料喂养1型糖尿病小鼠,能增加其抗氧化能力,降低白细胞粘附分子表达和氧化应激状态。为明确谷氨酰胺是否通过调节肠促胰素改善T2DM和糖耐量受损(impaired glucose tolerance,IGT)患者的血糖和胰岛功能,本课题开展了相关研究。[方法]人体实验：入选9例血糖控制良好且病程小于3年的2型糖尿病患者,试验当日所有患者晨起空腹给予200ml温水和低脂餐(作为自身对照),1周后先用200m1温水送服100mmg西格列汀后再进食低脂餐,再过1周先予200m1温水送服30g谷氨酰胺后再进食低脂餐。观察进餐先后血糖、胰岛素、C肽、GLP-1等水平及曲线下面积(area under curve, AUC)。动物实验1：66只SD大鼠,经过1周适应性饲养后处死6只,其余大鼠随机分为正常对照组(常规饲料喂养,n=18只)和高脂组(高脂饲料喂养,n=42只)。高脂大鼠喂养7周后予腹腔注射STZ,制备T2DM模型。高脂喂养大鼠在T2DM成模后随机分为谷氨酰胺组、西格列汀组和糖尿病安慰剂组,每组各12只大鼠,每只大鼠分别给予谷氨酰胺(每日1g/kg体重)、西格列汀(每日10mg/kg体重)或溶剂(每日2ml)灌胃,共8周。所有大鼠每周测空腹血糖、体重,每4周行口服葡萄糖耐量实验(oral glucose tolerance test, OGTT)并检测各时间点胰岛素、C肽、GLP-1和GIP水平。留大鼠空腹血检测尿酸(uric acid, UA)、游离脂肪酸(free fatty acid, FFA)和血甘油三脂等。处死后大鼠的胰腺组织分别行HE染色和VG染色；用免疫组化法检测结缔组织生长因子(connective tissue growth factor, CTGF)、转化生长因子-β1 (Transforming growth factor betal,TGF-β1)、肿瘤坏死因子-α(Tumor-necrosis factor-α, TNF-α)、3硝基酪氨酸(3-nitrotyrosine,3-NT) 、Nrf-2 (nuclear factor E2-related factor-2)、超氧化物歧化酶-1(superoxide dismutase-1, SOD-1)和血红素单加氧酶(heme oxygenase-1, HO-1)的表达情况。用TUNEL染色检测胰岛8细胞凋亡情况,RT-qPCR检测PTEN (phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten)、Nrf2、HO-1、SOD-1等信号分子的mRNA表达,Western Blot检测Nrf2、p-Akt、HO-1和SOD-1等表达情况。统计方法：所有数据处理采用SPSS19.0统计软件包,AUC计算采用sigmaplotl2.5程序进行。动物实验2：66只SD大鼠经1周适应性饲养后随机处死6只,并分为正常饲料饲养组(n=18只)和高脂饲料饲养组(n=42只)。喂养8周后大鼠行OGTT实验,两组各处死6只大鼠后,将剩余高脂组大鼠随机分成谷氨酰胺组、西格列汀组和高脂对照组。干预4周后行OGTT实验并每组处死6只大鼠,高脂喂养大鼠予腹腔注射STZ使其血糖明显升高,后继续用药物干预4周,再次行OGTT实验并处死全部大鼠。观察指标同动物实验1。[结果1人体实验：与对照组比,Gin和西格列汀均可显著降低餐后血糖的AUC水平(均P<0.05),且G1n的在0-60分钟降低血糖AUC值作用更为明显(P=0.005)；Gin组显著升高餐后胰岛素和C肽的AUC水平(分别为P=0.019和0.016),且餐后60分钟内胰岛素AUC水平明显高于西格列汀组(P=0.016),进餐后C肽AUC值及餐后60分钟内C肽AUC值也均超过西格列汀组(分别P=0.016、0.012)。与对照组相比,西格列汀显著升高餐后GLP-1和GIP的AUC水平(分别P=0.003和0.019)；而Gin组GLP-1在餐后45和90分钟显著高于自身基线值(P<0.05),GIP水平在餐后60到180分钟间的AUC水平显著升高(P=0.016)。动物实验1：糖尿病组大鼠：药物干预4周后,谷氨酰胺组大鼠体重显著低于糖尿病对照组,差异有统计学意义(P=0.027)。药物干预8周后,谷氨酰胺组大鼠体重接近正常对照大鼠体重,两者相比无统计学差异(P=0.96),但显著低于糖尿病对照组大鼠(P=0.004)。药物干预4周后,谷氨酰胺组和西格列汀组大鼠空腹血糖均显著低于糖尿病对照组(均P<0.001)但高于正常对照组(分别P=0.032和0.004)；干预8周后,谷氨酰胺组和西格列汀组大鼠空腹血糖仍显著低于糖尿病对照组(均P<0.01),且均显著高于正常对照组(均P<0.01),但两组间无统计学差异(P=0.87)。干预4周后,行OGTT试验计算AUC,发现谷氨酰胺组的胰岛素、C肽和GLP-1的AUC值均显著高于糖尿病对照组,差别有统计学意义(分别为P=0.048,P=0.003,P=0.005)。当干预8周后,西格列汀组胰岛素、C肽和GLP-1的AUC值均显著高于糖尿病对照组(分别P=0.033、P=0.003、P<0.001)。当干预8周时,谷氨酰胺组的GIP的AUC水平却显著低于糖尿病对照组,差异有统计学意义(P=0.026)。动物实验2(为第三部分内容)IGT大鼠：各组大鼠体重在药物干预的4周内,体重均逐渐增加,干预4周后谷氨酰胺组大鼠体重显著低于高脂对照组,差别有统计学意义(P=0.04)；西格列汀组大鼠体重也低于高脂对照组,但差异无统计学意义(P=0.102)。干预8周时谷氨酰胺组大鼠体重接近正常对照大鼠体重,两者间差异无统计学差异(P=0.74),谷氨酰胺组大鼠体重明显低于高脂对照组(P=0.001),而西格列汀组大鼠体重明显高于正常对照组(P=0.023),但略低于高脂对照大鼠,差异无统计学意义(P=0.062)。经药物干预4周后,谷氨酰胺处理组的血糖低于高脂对照组,差别有统计学意义(P=0.002)。西格列汀组与高脂对照组空腹血糖差异无统计学意义(P=0.197),高脂对照组大鼠空腹血糖明显高于正常对照组(P=0.011)。干预8周后,谷氨酰胺组大鼠空腹血糖显著低于高脂对照组大鼠的空腹血糖,差异有统计学意义(P=0.001)。干预4周后,行OGTT试验发现谷氨酰胺组的胰岛素、GLP-1的AUC值略高于高脂对照组(分别P=0.06,P=0.067)；而西格列汀组GLP-1的AUC水平显著高于高脂对照组,差异有统计学意义(P=0.003)。干预8周后,西格列汀组胰岛素的AUC值显著高于高脂对照组(P=0.013)；谷氨酰胺组C肽AUC略高于高脂对照组(P=0.07),而西格列汀组C肽、GLP-1的AUC值均显著高于高脂对照组(分别P=0.009和P=0.034)。机制研究：谷氨酰胺和西格列汀均能改善TNF-α、3-NT、TGF-β1和CTGF的表达,减少β细胞凋亡。谷氨酰胺比西格列汀激活Nrf2的作用更明显,并可能通过抑制PTEN,激活下游PI3K/Akt通路而起作用,而西格列汀对PI3K/Akt通路无明显影响。[结论]我们的研究表明谷氨酰胺可调节血浆GLP-1和GIP水平,继而对糖代谢其调节作用。谷氨酰胺对IGT、糖尿病病程较短、及中重度T2DM均具有降低血糖的作用,且降糖疗效类似于西格列汀。动物实验证实谷氨酰胺的降糖作用除与其能促进GLP-1分泌,改善胰岛β细胞功能外,还可能与其自身抗氧化、抗炎、减轻氧化应激的作用有关。其保护胰岛β细胞的作用机制可能是通过抑制TEN,激活Nrf2等因子有关。