第一部分小肠在胃旁路术缓解2型糖尿病中的作用和机制背景肥胖症和2型糖尿病(Type2diabetes mellitus, T2DM)是在世界范围内广泛流行的危害人类健康的两种重要疾病。减肥手术是目前最成功的肥胖症的治疗方法,手术在取得显著、持久的减肥效果的同时显著缓解了并发的T2DM。越来越多的动物实验和临床研究证实,减肥手术对T2DM的缓解不单单依靠其减肥作用,尚且具有某种不依赖于手术的减肥效果的抗糖尿病作用。研究表明减肥手术不依赖于其减肥效果的抗糖尿病作用与手术引起的两种显著的小肠的解剖生理学改变有关,这两种改变即旷置近端小肠(十二指肠和近段空肠)使之不再与食糜接触和使食糜快速接触远端小肠(末段回肠)。国际上对小肠的上述两种解剖生理学改变在胃旁路术缓解T2DM中的作用和机制的研究分别形成了“近端小肠假说”和“远端小肠假说”。“近端小肠假说”和“远端小肠假说”虽然各自成立,但是不能相互解释。目的通过对建立“近端小肠假说”和“远端小肠假说”的实验的仔细分析,我们推测：食糜接触远端小肠通过的距离与手术缓解T2DM的效果密切相关,而在胃旁路术等同时旷置了近端小肠并使食糜快速接触远端小肠的手术中,近端小肠和远端小肠可能相互影响、共同作用以缓解T2DM。本研究旨在应用非肥胖性T2DM大鼠-Goto-Kakizaki (GK)大鼠建立多种胃旁路术手术模型,对以下问题进行研究：(1)在胃旁路术缓解T2DM的过程中,旷置近端小肠和使食糜快速接触远端小肠之间是否存在交互作用；(2)在使食糜快速接触远端小肠的手术中,手术缓解T2DM的效果与食糜接触远端小肠通过的距离之间的关系；(3)小肠在胃旁路术后胰岛素敏感性升高和β细胞功能增强中的作用。方法本研究设计了两种新的胃旁路术手术模型,一种是十二指肠空肠旁路术联合回肠转位术(Duodenal-jejunal bypass with ileal interposition, DJBIT),另一种是亚回肠转位术(sub-ileal interposition, sIT)。十二指肠空肠旁路术(Duodenal-jejunal bypass, DJB)和回肠转位术(Ileal interposition, IT)是目前国际上广泛应用的用于研究近端小肠和远端小肠在胃旁路术缓解T2DM中的作用的手术模型,DJBIT是两种手术的融合手术。在siT手术中,转位的末段回肠距离Treitz韧带约30cm,长于IT中的距离(10cm)。本研究以GK大鼠为T2DM动物模型,分别施以DJB、IT、DJBIT、sIT、假手术,对以上各组和空白对照组GK大鼠的各项指标进行比较。本实验主要的检测指标有：(1)糖耐量,在术前和术后2、4、8、24周以口服糖耐量实验(Oral glucose tolerance test, OGTT)进行检测；(2)胰岛素敏感性,在术后2周和24周以胰岛素耐量实验(Insulin tolerance test, ITT)进行检测；(3)β-细胞功能,在术后2周和24周以葡萄糖刺激的胰岛素分泌实验和空腹血C-肽水平进行评估；(4)餐后胰高血糖素样肽-1(Glucagon-like peptide-1, GLP-1)、肽YY(Peptide YY, PYY)、葡萄糖依赖性促胰岛素肽(Glucose-dependent insulinotropic peptide, GIP)水平,术后2周和24周进行检测；(5)术前和术后各时间点的进食量、体重。本研究主要的统计分析方案为：(1)对DJB、IT、DJBIT和空白对照组数据进行析因分析,评估旷置近端小肠和转位远端小肠是否具有交互作用；(2)对IT、siT和空白对照组数据进行比较,分析食糜接触远端小肠通过的距离与手术的抗糖尿病效果的关系；(3)对糖耐量、进食量、体重等纵向数据拟合广义线性混合效应模型(Generalized linear mixed models, GLMM),分析手术、时间、时间与手术的交互作用对糖耐量、进食量和体重等变化的作用。结果(1)术后2周,空白对照组大鼠体重显著高于手术组和假手术组(P<0.001)；术后24周,各组体重无显著统计学差异(P>0.05)。(2)对糖耐量和胰岛素敏感性结果的析因分析显示,DJB和IT手术之间存在交互作用(P均<0.05)；术后2周,DJBIT组的糖耐量优于DJB和IT组(P均<0.05),但是这种优势在术后4周消失(P均>0.05)；DJBIT、DJB和IT三组组间胰岛素敏感性无显著统计学差异(P>0.05)；空白对照组和假手术组糖耐量和胰岛素敏感性均无显著统计学差异(P均>0.05)。(3) GLMM分析显示DJBIT、DJB、IT和siT手术、术后时间、手术与时间的交互作用均对术后糖耐量的缓解有显著统计学意义(P均<0.001)。(4)空腹C-肽和餐后胰岛素水平仅在术后24周显著升高(P均<0.05),术后2周手术组与空白对照组无显著统计学差异(P均>0.05)；术后2周和24周,DJBIT、DJB和IT三组餐后GLP-1和PYY水平均显著升高(P均<0.05),且三组间没有统计学差异(P>0.05)；手术组、假手术组、对照组餐后GIP水平无显著统计学差异(P均>0.05)。(5)IT组大鼠糖耐量优于siT组(P<0.001),餐后胰岛素、GLP-1和PYY水平高于siT组(P均<0.05)；两组C-肽和胰岛素敏感性无显著差异(P>0.05)。结论本研究证实：(1)旷置近端小肠和转位远端小肠(使食糜快速接触远端小肠)均可以独立的缓解T2DM；在使食糜快速接触远端小肠的手术中,手术缓解T2DM的效果与食糜接触远端小肠的通过的距离有关；在同时具有两种手术效果的手术中,旷置近端小肠和转位远端小肠之间具有交互作用。(2)除手术的作用之外,时间、时间与手术的交互作用均在术后糖尿病缓解的过程中具有重要作用。(3)旷置近端小肠、转位远端小肠和两者的融合手术缓解T2DM的机制相同,T2DM的近期缓解与胰岛素敏感性迅速升高有关,远期缓解是胰岛素敏感性升高和β细胞功能增强的共同结果。胰岛素敏感性的改善和β细胞功能的增强均与手术引起的小肠GLP-1、PYY等激素水平的升高密切相关。上述发现表明,在胃旁路术缓解T2DM的过程中,近端小肠和远端小肠之间存在着密切的相互关系,旷置近端小肠、使食糜快速接触远端小肠和两者的融合手术通过共同的机制改善糖代谢,故而,小肠作为一个整体参与胃旁路术缓解T2DM的机制。第二部分小肠在胃旁路术后2型糖尿病缓解后复发中的作用和机制背景胃旁路术等减肥手术可以显著、持久的降低肥胖症患者的体重,同时缓解伴发的T2DM。研究已证实,胃旁路术缓解T2DM的机制包括依赖于手术的减肥效果的抗糖尿病机制和不依赖于手术的减肥效果的抗糖尿病机制,小肠在胃旁路术不依赖于手术的减肥效果的抗糖尿病机制中具有重要作用。虽然胃旁路术可以显著的缓解肥胖患者的糖尿病,但是,部分患者的糖尿病在缓解之后出现了复发,报道的复发率从10%到高于40%不等。目前尚未有胃旁路术后T2DM“缓解-复发”的动物模型的报道,而对胃旁路术后糖尿病缓解后复发及其影响因素的研究十分有限,仅限于部分临床研究。相关研究报道,胃旁路术后糖尿病的缓解后复发与术后较低的多余体重下降率(Percentage of excess body weight loss,%EBWL)和较高的体重复增有关。在胃旁路术后T2DM“缓解-复发”过程中,除体重复增等原因之外,与手术不依赖于减肥效果的抗糖尿病机制密切相关的GLP-1、PYY等肠道激素的变化及其作用尚未有文献报道。目的(1)建立一种胃旁路术后T2DM“缓解-复发”的动物模型。(2)研究体重、GLP-1和PYY等肠道激素在胃旁路术后糖尿病“缓解-复发”中的变化,初步探讨胃旁路术后糖尿病“缓解-复发”的机制和小肠在其中的作用及机制。(3)应用胃旁路术后糖尿病“缓解-复发”的动物模型,进一步探讨小肠在胃旁路术缓解T2DM中的作用和机制。方法本研究使用了两种T2DM动物模型,一种是非肥胖性GK大鼠,一种是以高脂饮食(High-fat diet, HFD)联合低剂量链脲佐菌素(Streptozotocin, STZ)诱导的中度肥胖的糖尿病大鼠(HS大鼠)；以DJB为胃旁路术手术模型；以高脂饮食(脂肪提供的能量占40%)诱导DJB术后糖尿病的复发。实验分组：将GK大鼠和HS大鼠分别随机分为DJB、假手术和空白对照组；术后,再将各组大鼠均随机分为HFD组和低脂饮食(Low-fat diet, LFD)组。主要检测指标：(1)糖耐量,术前和术后2、4、8、12和16周行口服糖耐量实验检测；(2)胰岛素敏感性,术后2周和16周以ITT进行检测；(3)餐后胰岛素、GLP-1、PYY水平,术后2周和16周进行检测；(4)术前和术后各时间点的进食量、体重。大鼠糖耐量、饮食、体重等纵向数据均以GLMM进行统计学分析,评估手术、时间、时间与手术的交互作用对糖耐量、饮食、体重变化的影响。结果(1)相同饮食组的DJB、假手术和空白对照组GK和HS大鼠总体体重无显著统计学差异(P均>0.05),HFD组和LFD组大鼠总体体重亦无显著统计学差异(P均>0.05)。(2) HFD-DJB组和LFD-DJB组GK和HS大鼠的糖耐量显著优于相应的空白对照组(P均<0.001)；与LFD-DJB组相比,HFD-DJB组大鼠糖耐量的总体缓解量较低(P<0.001),HFD-DJB组GK大鼠已改善的糖耐量在DJB术后8周再次受损(P>0.05),而HFD-DJB组HS大鼠已改善的糖耐量在术后12周再次受损(P>0.05)。(3) GLMM分析表明,手术、时间、手术和时间的交互作用均对DJB术后糖耐量的好转有显著统计学意义(P均<0.001)。(4)术后2周和16周,HFD-DJB和LFD-DJB组GK和HS大鼠胰岛素敏感性均显著高于假手术组和空白对照组(P均<0.05)；然而,HFD-DJB大鼠术后16周的胰岛素敏感性低于术后2周(P均>0.05),已升高的胰岛素敏感性再次下降。(5)术后2周,各组GK和HS大鼠餐后胰岛素水平无显著统计学差异(P均>0.05)；术后12周,LFD-DJB大鼠餐后胰岛素水平显著高于空白对照组(P均<0.001),而HFD-DJB大鼠餐后胰岛素水平未有显著升高(P均>0.05)。(6)术后2周和16周,HFD-DJB和LFD-DJB组大鼠餐后GLP-1和PYY水平均显著高于假手术组和空白对照组(P均<0.05)；HFD-DJB和LFD-DJB组组间无显著统计学差异(P均>0.05)。结论(1)本研究在国际上首次建立了胃旁路术后糖尿病“缓解-复发”的动物模型,该模型以GK大鼠和高脂饮食联合低剂量STZ诱导的糖尿病大鼠(HS大鼠)为T2DM动物模型、以DJB为手术模型、以高脂饮食诱导术后糖尿病的复发。(2)无论术后高脂饮食还是低脂饮食,旷置近端小肠均能显著改善GK大鼠和HS大鼠的糖耐量。除手术的作用外,术后时间、手术与时间的交互作用均对术后糖代谢缓解具有重要作用。(3)高脂饮食诱导的DJB术后GK大鼠和HS大鼠糖尿病缓解后复发与已改善的胰岛素敏感性再次受损密切相关,与体重变化无关。(4)DJB手术引起餐后GLP-1、PYY水平显著升高,与术后GK大鼠和HS大鼠胰岛素敏感性升高和β细胞胰岛素分泌功能增强密切相关,而与高脂饮食诱导的糖尿病缓解后复发无直接关系。