背景和目的:肥胖、代谢综合征和2型糖尿病的流行是现代社会面临的最紧迫的生物医学挑战之一,该类疾病的发病机制尚不清楚。其中,糖尿病是一组以胰岛素分泌缺陷、胰岛素作用缺陷或两者兼而有之引起的以高血糖为特征的代谢性疾病。长期高血糖和高胰岛素血症与多种器官的慢性损伤、功能障碍和衰竭有关,尤其是眼、肾脏、神经、心脏和血管。目前,临床上针对糖尿病的治疗方案主要围绕促进胰岛素分泌和改善胰岛素抵抗展开,辅以生活方式干预。然而,经胰岛素通路起作用的药物干预大多导致体重增加,并伴有低血糖风险,且几乎不能阻止疾病进展。重要的是,高胰岛素血症的危害也不容小视。因此,研究胰岛素非依赖的降糖通路对于理解糖尿病的发病机制及糖尿病的防治有重要意义。胰岛素非依赖的降糖途径是客观存在且十分有效的。1854年Claude Bernard观察到,刺穿第四脑室的底部可以诱发兔子糖尿病,据此他提出大脑在葡萄糖稳态和糖尿病发病中起到重要作用。直到1921年班廷发现胰岛素,并在随后研究中证实肝脏、肌肉和脂肪组织是胰岛素调控葡萄糖代谢的主要靶点。结合糖尿病发病机制与胰岛素分泌缺陷和作用相关的证据,胰岛素几乎吸引了所有糖尿病研究的焦点。直到近年来,有关胰岛素非依赖的研究再度兴起。这其中以干预能量摄入与消耗,改善全身能量代谢平衡,进而维持血糖稳态的研究较为引人注目。大量报道证实强化生活方式干预,二甲双胍,GLP-1类似物及其受体激动剂,α糖苷酶抑制剂及SGLT2抑制剂等都可直接干预能量代谢平衡,经胰岛素非依赖的方式缓解糖尿病。另据动物实验报道,向能量平衡调控中枢下丘脑区域灌注极少剂量药物干预可以显著抑制肝糖输出,在不依赖外周胰岛素体系的情况下控制血糖在正常水平。代谢手术又名减重手术,是通过胃肠减容和食物转流达到限制能量摄入目的。目前,RYGB手术是临床上比较理想的术式选择。代谢手术后可以长期维持降低的体重和血糖稳态,其综合受益远大于传统药物干预。而且,代谢手术可以显著改善高血压、糖尿病肾脏损害、认知功能障碍等糖尿病并发症。临床研究显示,2型糖尿病患者的血糖在代谢手术后的数天内即可得到改善,提示术后获益不依赖于体重降低引起的胰岛素敏感性增强。而且代谢手术对于肥胖的1型糖尿病患者也有明显治疗效果,术后可以显著减少甚至完全停用胰岛素。但是,以上研究对象多伴有高胰岛素血症和胰岛素抵抗等病理因素的干扰,致使代谢手术对胰岛素通路的影响尚不清楚。因此,本研究采用健康动物作为实验模型,避免各种病理因素的干扰,以验证代谢手术调控血糖稳态与胰岛素通路的关系。本研究分三部分进行。1,明确RYGB术是否可以在胰岛素不足且胰岛素敏感性降低的情况下维持血糖稳态。2,探索RYGB术启动胰岛素非依赖途径调控血糖稳态可能的分子机制。3,通过收集并分析临床患者资料,明确患者RYGB术后获益是启动了胰岛素非依赖的途径。材料方法:本研究由动物实验和人群研究两部分组成。动物实验以健康SD大鼠及C57BL/6J小鼠为研究对象。观察代谢手术后动物血浆胰岛素,血糖等变化,阐明代谢手术后启动胰岛素非依赖的调控血糖稳态的机制。人群研究主要收集近年来在我院行代谢手术治疗的患者术前及随访数据,观察血浆胰岛素,血糖,糖化血红蛋白等指标,进行统计分析。1.观察健康SD大鼠在RYGB及Sham术干预后对体重,血浆胰岛素水平,24小时动态血糖等基础指标的影响,病理组织切片明确胰岛结构的变化。蛋白免疫印迹法分析代谢手术对胰岛素合成及分泌的影响。2.采用清醒大鼠正糖-高胰岛素钳夹联合同位素标记技术检测各组大鼠在高胰岛素状态时的胰岛素敏感性,肝糖输出及各种组织的葡萄糖摄取能力。蛋白免疫印迹法分析各组大鼠高胰岛素刺激时肝糖输出及胰岛素通路相关蛋白的表达水平。采用梯度剂量进行胰岛素耐量检测,明确各组大鼠在不同剂量胰岛素时的胰岛素敏感性差异。3.对比几种不同术式代谢手术干预对空腹胰岛素水平,血糖,体重及能量摄入的影响,明确RYGB术调控糖稳态的始动因素。4.检测RYGB术干预对大鼠肝脏及肌肉组织的脂肪酸氧化能力的影响。在C57BL/6J小鼠模型上进行RYGB手术干预,检测整体代谢水平变化。5.通过高通量基因芯片筛查,探索RYGB术干预对主要糖脂代谢相关基因及代谢通路的影响。6.蛋白免疫印迹法分析RYGB术干预对主要糖脂代谢相关蛋白表达及代谢通路活性的影响,探索RYGB术后维持血糖稳态的机制。7.验证RYGB术对STZ诱导糖尿病模型的治疗效果,观察其对胰岛素水平,空腹血糖,体重等的影响。代谢手术干预前后监测大鼠24小时动态血糖。8.收集临床资料,分析代谢手术对患者动态血糖,糖耐量,BMI,糖化血红蛋白,胰岛素及C肽水平的影响。结果:1.RYGB术后健康SD大鼠血浆胰岛素合成及分泌显著降低,但血糖维持稳态。2.RYGB术干预引起大鼠胰岛素敏感性降低,胰岛素对肝糖输出的抑制作用减弱,肌肉和脂肪的葡萄糖摄取能力下降。3.对比不同类型代谢手术发现,只有同时旷置胃和十二指肠空肠上段可以显著降低能量摄入及血浆胰岛素水平,并长期维持降低的体重和血糖稳定。4.RYGB术干预引起广泛的糖脂代谢网络改变,机体的脂肪酸氧化能力显著提高,能量代谢谱由葡萄糖氧化为主向脂肪酸代谢转变。5.RYGB术干预引起广泛的糖脂代谢通路相关蛋白表达上调,分解代谢显著增强,AMPK激活可能参与其中。6.RYGB术干预对于胰岛素极度缺乏的糖尿病模型具有显著的降糖作用,进一步验证RYGB术可启动胰岛素非依赖的通路调控血糖稳态。7.临床数据分析显示,RYGB术后患者糖尿病症状明显缓解,但是血浆胰岛素及C肽水平在术后呈现显著下降趋势,从人群层面验证RYGB术启动胰岛素非依赖的通路调控血糖稳态。结论:1.RYGB术引起的胃肠道重排可以降低胰岛素的生成和作用,但长期维持健康大鼠血糖稳态。2.同时旷置胃和十二指肠空肠上段才能显著降低能量摄入,减少胰岛素生成,同时启动胰岛素非依赖的代谢通路。3.RYGB术引起机体糖脂分解代谢显著增强,整体能量代谢谱向脂肪酸代谢偏移,AMPK活性增强可能参与其中。4.代谢手术后2型糖尿病患者的获益可能也是因为启动了胰岛素非依赖的降糖通路。