胰岛素对糖尿病大鼠内皮素缩血管作用的影响
作者：丁怡 王家富 刘同美 段文卓 宋秀媛 宫建玲
单位：潍坊医学院病理生理教研室， 山东 潍坊 261042
关键词：胰岛素；内皮缩血管肽类；主动脉；高血糖症
中国病理生理杂志001006
[摘 要] 目的： 研究高糖血症时胰岛素对内皮素-1(ET-1)缩血管作用的影响。方法： 复制高糖血症大鼠模型；将高糖大鼠和正常大鼠的离体主动脉血管环置于无胰岛素和高于生理浓度(40 mIU/L)胰岛素的KH液中，观察两组大鼠血管对10-9 mol/L ET-1的反应。结果： 高糖大鼠血管对ET-1的反应明显弱于正常大鼠(P<0.01)；高浓度胰岛素可减弱ET-1对正常大鼠血管的收缩作用(P<0.01)；胰岛素不能减弱ET-1对高糖大鼠血管的收缩作用。结论： (1)长期高糖血症使血管对ET-1的反应降低；(2)胰岛素可减弱ET-1对正常大鼠血管的收缩作用；(3)长期高糖血症使胰岛素对ET-1缩血管活性的影响减小。
, http://www.100md.com
[中图分类号] R587.1；Q578 [文献标识码] A
[文章编号] 1000-4718(2000)10-0894-03
Insulin influences the vasoconstriction caused by
endothelin-1 in the hyperglycemic rat
DING Yi WANG Jia-fu LIU Tong-mei DUAN Wen-zuo SONG Xiu-yuan GONG Jian-ling
(Department of Pathophysiolgy, Weifang Medical College, Weifang 261042, China)
, 百拇医药
[Abstract] AIM： To investigate the effects of insulin on aortic constriction caused by endothelin-1(ET-1) in normal and hyperglycemic rats. METHODS： Hyperglycemic rat models were prepared. Two aortic rings were immersed in the Krebs-Hensleit fluid with and without insulin (40 mIU/L) and the responses of rings to 10-9mol/L ET-1 were observed. RESULTS：ET-1 induced more obvious aortic ring constriction in normal rats than those in hyperglycemic rats (P<0.01). Rings constriction caused by ET-1 were attenuated in normal rats if the rings were immersed in the KH fluid with insulin (P<0.01), but no obvious changes were found in hyperglycemic rats. CONCLUSION： (1) the vasoconstriction of aortic rings caused by ET-1 can be reduced by hyperglycemia. (2) Insulin can attenuate the aortic response to ET-1. (3) Insulin can not attenuate the vasoconstriction caused by ET-1 in hyperglycemic rats. These results suggest that insulin may affect vasoconstriction caused by ET-1, which may be involved in the pathogenesis of vascular complication in diabetic or insulin resistance condition.
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[MeSH] Insulin; Endothelins; Aorta; Hyperglycemia
内皮素(endothelin, ET)主要由血管内皮细胞产生，血管平滑肌细胞也可产生ET-1，因此血管平滑肌细胞既是ET-1的来源又是主要的靶器官。ET-1和位于血管平滑肌细胞的ETA受体结合而发挥强大的缩血管作用。ET-1的另一受体ETB则主要位于血管内皮细胞，认为可能与内皮舒张因子和前列环素的释放有关。
糖尿病并发血管疾病是糖尿病病人死亡的主要原因。目前研究认为高胰岛素血症及胰岛素抵抗可能是导致血管并发症的重要因素，而长期高糖血症又往往导致高胰岛素血症。因此，高糖血症既是糖尿病的病变特征，又是导致糖尿病血管并发症的主要原因，但具体机制不清。有研究发现糖尿病病人体内ET-1的浓度增加，并与心血管的损害程度密切相关[1]。以上资料提示胰岛素、ET-1在糖尿病血管并发症的发病中发挥重要作用，但它们在发病中的关系目前尚不清楚。本实验旨在探讨高于生理浓度的胰岛素对ET-1缩血管作用的影响以及长期高糖血症时此影响有无改变。
, 百拇医药
材 料 和 方 法
一、 材料
ET-1(Sigma公司)，胰岛素(徐州生物化学制药厂)，Krebs-Hensleit液(KH液)的组成如下(mmol/L)：NaCl 11.5, CaCl2 1.8, MgSO4 1.2, NaHCO3 25.0, Glu 11.0, NaH2PO4 1.2, KCl 5.8。张力换能器(航天工业部传感器研究所)，量程为10 g。二道生理记录仪(成都仪器厂)，记录纸速1 mm/min。
二、 实验动物的准备
选取健康成年Wistar大鼠(山东医科大学实验动物中心提供)12只，雄性，体重200-250 g。随机分为两组，每组6只，其中一组给予高糖饮食为高糖组；另一组为对照组。12周后，测得高糖组大鼠的血糖(10.73±1.27) mmol/L和血清胰岛素(24.57±5.79) mIU/L均明显高于对照组[(7.54±0.78) mmol/L, P<0.05]和[(15.68±1.69) mIU/L， P<0.05]。
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三、 离体血管环的制备
采用配对的两组大鼠，乙醚麻醉下，开胸迅速取出胸主动脉，在盛有37℃、氧合KH液的平皿中仔细分离血管周围的脂肪和结缔组织后，将其剪成数段2-3 mm的动脉环，选取中间位置的动脉环备用。
四、 血管灌流
将两只大鼠动脉环分别用两根L形钢针垂直悬挂于装有KH液的同一浴缸的同一水平(37 ℃，pH 7.35-7.45)，以95% O2-5% CO2维持氧分压在10.9 kPa,基础张力为2 g，平衡时间为90 min，期间用30 mmol/L的KCl收缩一次，然后用KH液洗脱至基线，待用。
先用不含胰岛素的KH液平衡后，加入ET-1(10-9mol/L)至最大反应，用KH液洗脱至基线；再以含胰岛素(40 mIU/L)的KH液重新平衡，加入ET-1(10-9 mol/L)至最大反应。
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五、 统计处理
组内比较采用配对比较的t检验，组间比较采用两均数比较的t检验。数据用
±s表示。
结 果
高糖大鼠血管与对照大鼠血管比较，胰岛素孵育前和胰岛素孵育后对ET-1的反应都有明显的差异(Tab 1)。胰岛素孵育前，高糖大鼠血管对ET-1 (10-9 mol/L)的最大反应明显弱于对照大鼠血管(P<0.01)，而在胰岛素孵育后对ET-1的反应明显强于对照大鼠血管(P<0.01，Fig 1)。对照大鼠血管在胰岛素孵育前、后对ET-1的反应有显著性差异，经胰岛素孵育后血管对ET-1(10-9 mol/L)引起的收缩反应较胰岛素加入前明显减弱(P<0.01，Fig 2)。而高糖大鼠血管在胰岛素孵育前后对ET-1的反应无明显差异(P>0.05)。
, 百拇医药
表1 10-9 mol/L ET-1 对主动脉血管环最大张力的影响
Tab 1 Effects of ET-1 (10-9mol/L) on Maximum Tension
of Aortic Rings (±s) Group
Maximum Tension(mg)
Before Insulin
After Insulin
Control
108.04±7.32
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37.95±10.97* *
Experiment
77.95±15.66*
94.02±20.91*
*P<0.01 vs control;* *P<0.01 vs before insulin.
Fig 1 Effects of constriction of aortic rings caused by ET-1 (10-9 mol/L) in normal and hyperglycemic rats before and after insulin (40 mIU/L) immersion. n=6.±s.* *P<0.01 vs control.
, 百拇医药
图1 正常大鼠和高糖大鼠血管在40 mIU/L胰岛素孵育前、后对10-9 mol/L ET-1反应的比较
Fig 2 Effects of 40 mIU/L insulin on constriction of aortic rings caused by 10-9 mol/L ET-1 in normal and hyperglycemic rats. n=6.±s.* * P<0.01 vs NO insulin.
讨 论
高糖血症是糖尿病的主要病变特征，而长期高糖血症往往导致高胰岛素血症的出现，并且发现糖尿病和胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)时高糖血症合并高胰岛素血症可加速心血管疾病的发生。Healy发现高水平胰岛素可刺激血管内皮细胞合成和释放ET-1[2]，且糖尿病病人血浆ET-1浓度增加与心血管的损害程度密切相关。
, http://www.100md.com
本实验发现，10-9 mol/L ET-1即能使正常大鼠血管明显收缩，这与以往的报道一致。ET-1强大而持久的缩血管作用主要是通过与血管平滑肌细胞上的ETA受体结合，激活血管平滑肌细胞的Ca2+通道，使[Ca2+]i增加而实现的。我们发现在胰岛素孵育前，高糖大鼠血管对10-9 mol/L ET-1的反应明显低于对照。一方面可能是由于长期高糖血症使血管平滑肌细胞的表型发生改变，由收缩表型转变为合成表型，而导致其收缩能力降低。另一方面可能是高糖血症刺激内皮细胞合成和释放ET-1，血浆ET-1的浓度增加使ETA受体下调，从而使血管对ET-1的敏感性降低，反应减弱。确切机制有待进一步探讨。据报道，口服大量葡萄糖后血浆ET-1增加。体外实验也证明高水平葡萄糖可刺激血管内皮细胞释放ET-1[3]。
本实验结果显示，高于生理水平的胰岛素可使正常大鼠血管对ET-1的反应明显减弱。胰岛素可能通过(1)加强ET-1对内皮细胞的刺激，使舒血管物质的释放增加；(2)影响血管平滑肌细胞的葡萄糖摄取和离子转运而实现的。然而胰岛素不能影响高糖血症大鼠血管对ET-1的反应。这可能是由于长期高糖血症使机体产生IR，胰岛素不能发挥其正常的生理功能，加之，长期高糖血症可能通过(1)高浓度葡萄糖的直接毒性作用、(2)糖基化终产物的积累、(3)破坏细胞内信号传递系统及造成假缺氧、(4)加速自由基的产生等途径使血管内皮受损，功能出现异常，舒血管物质(如血管舒张因子、肝素等)的释放减少所致。Kaname等认为内皮是阻挡胰岛素的屏障[4]，血浆中的胰岛素能否正常发挥作用的决定因素是胰岛素的跨膜转运[5]。已有研究证明可利用内皮面积的减少和功能异常是导致血管组织发生IR的主要原因。长期高糖血症上血管内皮受损，胰岛素因而不能发挥正常作用。具体机制有待进一步探讨。
, 百拇医药
综上所述，长期高糖血症可能通过血管内皮损伤，血管平滑肌细胞的过度增殖以及产生IR，从而使血管对缩血管物质的反应增强，血管张力增加，这些改变都有助于糖尿病血管并发症的发生和发展。
[基金项目] 山东省教委资助课题
Tel: 0536-8290829
[参 考 文 献]
[1] Masafumi Takahashi. Involvement of adhesion molecules in human monocyte adhesion to and transmigration through endothelial cells in vitro[J]. Atherosclerosis, 1994, 10: 73-81.
[2] Healy B. Endothelial cells dysfunction: an emerging endocrinopathy linked to coronary disease[J]. J Am Coll Cardiol, 1990, 16: 349-356.
, 百拇医药
[3] Yanagisawa M., Kurihara H., Kimura S. et al. A novel peptide, vasoconstriction, endothelin is produced by vascular endothelium and modulates smooth muscle Ca2+ channels[J]. J Hypertens, 1988, 6(suppl): S188～S191.
[4] Kaname Saida, Youji Mitsui, Norio Ishida. A novel peptide, vasoactive intestinal contractor of a new (endothelin) peptide family[J]. J Biol Chem, 1989, 264: 14613-14616.
[5] Tomoh Masak, M D, Sadao Kimura, et al. Molecular and cellular mechanism of endothelin regulation. Implication for vascular function[J]. Circulation, 1991, 84: 457-468.
[收稿日期] 1999-06-17
[修回日期] 1999-12-22
, 百拇医药
单位：潍坊医学院病理生理教研室， 山东 潍坊 261042
关键词：胰岛素；内皮缩血管肽类；主动脉；高血糖症
中国病理生理杂志001006
[摘 要] 目的： 研究高糖血症时胰岛素对内皮素-1(ET-1)缩血管作用的影响。方法： 复制高糖血症大鼠模型；将高糖大鼠和正常大鼠的离体主动脉血管环置于无胰岛素和高于生理浓度(40 mIU/L)胰岛素的KH液中，观察两组大鼠血管对10-9 mol/L ET-1的反应。结果： 高糖大鼠血管对ET-1的反应明显弱于正常大鼠(P<0.01)；高浓度胰岛素可减弱ET-1对正常大鼠血管的收缩作用(P<0.01)；胰岛素不能减弱ET-1对高糖大鼠血管的收缩作用。结论： (1)长期高糖血症使血管对ET-1的反应降低；(2)胰岛素可减弱ET-1对正常大鼠血管的收缩作用；(3)长期高糖血症使胰岛素对ET-1缩血管活性的影响减小。
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[中图分类号] R587.1；Q578 [文献标识码] A
[文章编号] 1000-4718(2000)10-0894-03
Insulin influences the vasoconstriction caused by
endothelin-1 in the hyperglycemic rat
DING Yi WANG Jia-fu LIU Tong-mei DUAN Wen-zuo SONG Xiu-yuan GONG Jian-ling
(Department of Pathophysiolgy, Weifang Medical College, Weifang 261042, China)
, 百拇医药
[Abstract] AIM： To investigate the effects of insulin on aortic constriction caused by endothelin-1(ET-1) in normal and hyperglycemic rats. METHODS： Hyperglycemic rat models were prepared. Two aortic rings were immersed in the Krebs-Hensleit fluid with and without insulin (40 mIU/L) and the responses of rings to 10-9mol/L ET-1 were observed. RESULTS：ET-1 induced more obvious aortic ring constriction in normal rats than those in hyperglycemic rats (P<0.01). Rings constriction caused by ET-1 were attenuated in normal rats if the rings were immersed in the KH fluid with insulin (P<0.01), but no obvious changes were found in hyperglycemic rats. CONCLUSION： (1) the vasoconstriction of aortic rings caused by ET-1 can be reduced by hyperglycemia. (2) Insulin can attenuate the aortic response to ET-1. (3) Insulin can not attenuate the vasoconstriction caused by ET-1 in hyperglycemic rats. These results suggest that insulin may affect vasoconstriction caused by ET-1, which may be involved in the pathogenesis of vascular complication in diabetic or insulin resistance condition.
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[MeSH] Insulin; Endothelins; Aorta; Hyperglycemia
内皮素(endothelin, ET)主要由血管内皮细胞产生，血管平滑肌细胞也可产生ET-1，因此血管平滑肌细胞既是ET-1的来源又是主要的靶器官。ET-1和位于血管平滑肌细胞的ETA受体结合而发挥强大的缩血管作用。ET-1的另一受体ETB则主要位于血管内皮细胞，认为可能与内皮舒张因子和前列环素的释放有关。
糖尿病并发血管疾病是糖尿病病人死亡的主要原因。目前研究认为高胰岛素血症及胰岛素抵抗可能是导致血管并发症的重要因素，而长期高糖血症又往往导致高胰岛素血症。因此，高糖血症既是糖尿病的病变特征，又是导致糖尿病血管并发症的主要原因，但具体机制不清。有研究发现糖尿病病人体内ET-1的浓度增加，并与心血管的损害程度密切相关[1]。以上资料提示胰岛素、ET-1在糖尿病血管并发症的发病中发挥重要作用，但它们在发病中的关系目前尚不清楚。本实验旨在探讨高于生理浓度的胰岛素对ET-1缩血管作用的影响以及长期高糖血症时此影响有无改变。
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材 料 和 方 法
一、 材料
ET-1(Sigma公司)，胰岛素(徐州生物化学制药厂)，Krebs-Hensleit液(KH液)的组成如下(mmol/L)：NaCl 11.5, CaCl2 1.8, MgSO4 1.2, NaHCO3 25.0, Glu 11.0, NaH2PO4 1.2, KCl 5.8。张力换能器(航天工业部传感器研究所)，量程为10 g。二道生理记录仪(成都仪器厂)，记录纸速1 mm/min。
二、 实验动物的准备
选取健康成年Wistar大鼠(山东医科大学实验动物中心提供)12只，雄性，体重200-250 g。随机分为两组，每组6只，其中一组给予高糖饮食为高糖组；另一组为对照组。12周后，测得高糖组大鼠的血糖(10.73±1.27) mmol/L和血清胰岛素(24.57±5.79) mIU/L均明显高于对照组[(7.54±0.78) mmol/L, P<0.05]和[(15.68±1.69) mIU/L， P<0.05]。
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三、 离体血管环的制备
采用配对的两组大鼠，乙醚麻醉下，开胸迅速取出胸主动脉，在盛有37℃、氧合KH液的平皿中仔细分离血管周围的脂肪和结缔组织后，将其剪成数段2-3 mm的动脉环，选取中间位置的动脉环备用。
四、 血管灌流
将两只大鼠动脉环分别用两根L形钢针垂直悬挂于装有KH液的同一浴缸的同一水平(37 ℃，pH 7.35-7.45)，以95% O2-5% CO2维持氧分压在10.9 kPa,基础张力为2 g，平衡时间为90 min，期间用30 mmol/L的KCl收缩一次，然后用KH液洗脱至基线，待用。
先用不含胰岛素的KH液平衡后，加入ET-1(10-9mol/L)至最大反应，用KH液洗脱至基线；再以含胰岛素(40 mIU/L)的KH液重新平衡，加入ET-1(10-9 mol/L)至最大反应。
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五、 统计处理
组内比较采用配对比较的t检验，组间比较采用两均数比较的t检验。数据用
±s表示。结 果
高糖大鼠血管与对照大鼠血管比较，胰岛素孵育前和胰岛素孵育后对ET-1的反应都有明显的差异(Tab 1)。胰岛素孵育前，高糖大鼠血管对ET-1 (10-9 mol/L)的最大反应明显弱于对照大鼠血管(P<0.01)，而在胰岛素孵育后对ET-1的反应明显强于对照大鼠血管(P<0.01，Fig 1)。对照大鼠血管在胰岛素孵育前、后对ET-1的反应有显著性差异，经胰岛素孵育后血管对ET-1(10-9 mol/L)引起的收缩反应较胰岛素加入前明显减弱(P<0.01，Fig 2)。而高糖大鼠血管在胰岛素孵育前后对ET-1的反应无明显差异(P>0.05)。
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表1 10-9 mol/L ET-1 对主动脉血管环最大张力的影响
Tab 1 Effects of ET-1 (10-9mol/L) on Maximum Tension
of Aortic Rings (
±s) GroupMaximum Tension(mg)
Before Insulin
After Insulin
Control
108.04±7.32
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37.95±10.97* *
Experiment
77.95±15.66*
94.02±20.91*
*P<0.01 vs control;* *P<0.01 vs before insulin.
Fig 1 Effects of constriction of aortic rings caused by ET-1 (10-9 mol/L) in normal and hyperglycemic rats before and after insulin (40 mIU/L) immersion. n=6.
±s.* *P<0.01 vs control., 百拇医药
图1 正常大鼠和高糖大鼠血管在40 mIU/L胰岛素孵育前、后对10-9 mol/L ET-1反应的比较
Fig 2 Effects of 40 mIU/L insulin on constriction of aortic rings caused by 10-9 mol/L ET-1 in normal and hyperglycemic rats. n=6.
±s.* * P<0.01 vs NO insulin.讨 论
高糖血症是糖尿病的主要病变特征，而长期高糖血症往往导致高胰岛素血症的出现，并且发现糖尿病和胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)时高糖血症合并高胰岛素血症可加速心血管疾病的发生。Healy发现高水平胰岛素可刺激血管内皮细胞合成和释放ET-1[2]，且糖尿病病人血浆ET-1浓度增加与心血管的损害程度密切相关。
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本实验发现，10-9 mol/L ET-1即能使正常大鼠血管明显收缩，这与以往的报道一致。ET-1强大而持久的缩血管作用主要是通过与血管平滑肌细胞上的ETA受体结合，激活血管平滑肌细胞的Ca2+通道，使[Ca2+]i增加而实现的。我们发现在胰岛素孵育前，高糖大鼠血管对10-9 mol/L ET-1的反应明显低于对照。一方面可能是由于长期高糖血症使血管平滑肌细胞的表型发生改变，由收缩表型转变为合成表型，而导致其收缩能力降低。另一方面可能是高糖血症刺激内皮细胞合成和释放ET-1，血浆ET-1的浓度增加使ETA受体下调，从而使血管对ET-1的敏感性降低，反应减弱。确切机制有待进一步探讨。据报道，口服大量葡萄糖后血浆ET-1增加。体外实验也证明高水平葡萄糖可刺激血管内皮细胞释放ET-1[3]。
本实验结果显示，高于生理水平的胰岛素可使正常大鼠血管对ET-1的反应明显减弱。胰岛素可能通过(1)加强ET-1对内皮细胞的刺激，使舒血管物质的释放增加；(2)影响血管平滑肌细胞的葡萄糖摄取和离子转运而实现的。然而胰岛素不能影响高糖血症大鼠血管对ET-1的反应。这可能是由于长期高糖血症使机体产生IR，胰岛素不能发挥其正常的生理功能，加之，长期高糖血症可能通过(1)高浓度葡萄糖的直接毒性作用、(2)糖基化终产物的积累、(3)破坏细胞内信号传递系统及造成假缺氧、(4)加速自由基的产生等途径使血管内皮受损，功能出现异常，舒血管物质(如血管舒张因子、肝素等)的释放减少所致。Kaname等认为内皮是阻挡胰岛素的屏障[4]，血浆中的胰岛素能否正常发挥作用的决定因素是胰岛素的跨膜转运[5]。已有研究证明可利用内皮面积的减少和功能异常是导致血管组织发生IR的主要原因。长期高糖血症上血管内皮受损，胰岛素因而不能发挥正常作用。具体机制有待进一步探讨。
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综上所述，长期高糖血症可能通过血管内皮损伤，血管平滑肌细胞的过度增殖以及产生IR，从而使血管对缩血管物质的反应增强，血管张力增加，这些改变都有助于糖尿病血管并发症的发生和发展。
[基金项目] 山东省教委资助课题
Tel: 0536-8290829
[参 考 文 献]
[1] Masafumi Takahashi. Involvement of adhesion molecules in human monocyte adhesion to and transmigration through endothelial cells in vitro[J]. Atherosclerosis, 1994, 10: 73-81.
[2] Healy B. Endothelial cells dysfunction: an emerging endocrinopathy linked to coronary disease[J]. J Am Coll Cardiol, 1990, 16: 349-356.
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[3] Yanagisawa M., Kurihara H., Kimura S. et al. A novel peptide, vasoconstriction, endothelin is produced by vascular endothelium and modulates smooth muscle Ca2+ channels[J]. J Hypertens, 1988, 6(suppl): S188～S191.
[4] Kaname Saida, Youji Mitsui, Norio Ishida. A novel peptide, vasoactive intestinal contractor of a new (endothelin) peptide family[J]. J Biol Chem, 1989, 264: 14613-14616.
[5] Tomoh Masak, M D, Sadao Kimura, et al. Molecular and cellular mechanism of endothelin regulation. Implication for vascular function[J]. Circulation, 1991, 84: 457-468.
[收稿日期] 1999-06-17
[修回日期] 1999-12-22
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