金 鑫，成 思，宋 燕，王亚萍，田 刚

（1.西安交通大学第二附属医院超声研究室，陕西西安 710004；西安交通大学第一附属医院：2.心内科，3.超声科，陕西西安 710061；4.陕西省人民医院心血管内3科，陕西西安 710068）

高脂饮食诱导胰岛素抵抗大鼠心脏功能和心肌Ⅰ型胶原的改变及替米沙坦的作用

金 鑫1，成 思2，宋 燕3，王亚萍4，田 刚2

（1.西安交通大学第二附属医院超声研究室，陕西西安 710004；西安交通大学第一附属医院：2.心内科，3.超声科，陕西西安 710061；4.陕西省人民医院心血管内3科，陕西西安 710068）

目的 探讨高脂饮食诱导胰岛素抵抗大鼠心脏功能和心肌Ⅰ型胶原改变及替米沙坦干预后对其影响。方法27只Wistar大鼠随机分为正常对照组（n＝9只）、高脂饮食组（n＝18只）。高脂饮食干预12周后确定胰岛素抵抗模型建立，将高脂饮食组大鼠随机分为高脂组（n＝9只）和替米沙坦组（n＝9只）。饮食干预34周后颈动脉插管测左室舒张末内压（LVEDP）、左室收缩压（LVSP）、左室内压最大上升速率（＋dP/dtmax）及左室内压最大下降速率（－dP/dtmax）。ELISA方法检测血浆中心肌Ⅰ型胶原代谢标志物Ⅰ型前胶原末端的前肽序列（PICP）、Ⅰ型胶原吡啶交联终肽（ICTP）的含量。心肌组织Masson染色进行心肌间质胶原定量分析。结果 与正常对照组比较，高脂组大鼠左室舒张末压上升，－dP/dtmax下降（P＜0.01），血浆PICP含量及PICP/ICTP升高（P＜0.01），左室心肌胶原容积分数增高（P＜0.01）。与高脂组大鼠比较，替米沙坦组大鼠左心室收缩压、左心室舒张末压下降（P＜0.01），－dP/dtmax升高（P＜0.05）；血浆PICP含量、PICP/ICTP降低（P＜0.05）。左室心肌胶原容积分数含量下降（P＜0.01）。左室心肌组织胶原含量与胰岛素抵抗指数呈正相关（P＜0.01），与－dp/dtmax呈负相关（P＜0.01）。结论 胰岛素抵抗可通过促进心肌Ⅰ型胶原合成，增加心肌胶原沉积，导致心脏舒张功能下降；替米沙坦可通过改善胰岛素抵抗，减少心肌胶原沉积进而改善心脏舒张功能。

胰岛素抵抗；心脏舒张功能；心肌Ⅰ型胶原；重构；替米沙坦

近年来胰岛素抵抗相关心血管事件发生率不断上升，约70％～80％的糖尿病患者死于心血管疾病。胰岛素抵抗成为这些疾病发生及发展的中心环节［1］。长期随访证实胰岛素抵抗是心衰发生的重要预测因子，且独立于糖尿病的存在。胰岛素抵抗可导致心脏功能异常，以舒张功能障碍为主要表现。因此，近年来有学者提出“胰岛素抵抗性心肌病”的概念，其病理形态学上主要表现为心肌细胞局灶性肥大、坏死，心肌间质及血管周围胶原沉积和心肌纤维化。

近期研究显示，血管紧张素Ⅱ不仅促进心血管疾病的发生和发展［2］；在胰岛素抵抗的发展过程中也起着重要的调节作用［3］；胰岛素抵抗动物模型研究发现局部组织中升高的血管紧张素Ⅱ促使活性氧自由基产物增加，最终可导致血管炎症，胰岛素抵抗，产生心肌凋亡及心室重塑［4］。以上过程可被AT1受体选择性抑制剂所逆转［5］。在不断加深心衰和胰岛素抵抗性心肌病病理生理机制认识过程中，心肌间质重构在胰岛素抵抗性心肌病中的作用逐渐引起人们的重视，但其详细发生机制尚不明确；而心肌胶原代谢异常是心肌间质重构的重要组成部分。目前，对于饮食诱导胰岛素抵抗性心肌病的心肌间质重构的特点以及AT1受体拮抗剂替米沙坦对其造成的影响，国内外的相关研究尚不充分，也甚少见公开报道。

1 材料与方法

1.1 实验动物 SPF级Wistar大鼠27只，雄性，体质量100～120g。大鼠饲养于西安交通大学医学部实验动物中心SPF级动物房内，室内昼夜温度（22± 2℃），相对湿度50％RH左右，自由进食饮水，12h明暗周期。

1.2 实验分组与干预 随机分为两组，分别给予普食组（9只，热量13.4kJ/g，其中脂肪提供热量占10.2％，蛋白质占23.3％，碳水化合物占66.5％），高脂组（18只，热量21.8kJ/g，在基础饲料基础上添加猪油、蛋黄、猪胆盐等，其中脂肪提供热量占56.0％，蛋白质占7.0％，碳水化合物37.0％），普食组为正常对照组。12周末行葡萄糖耐量实验确定胰岛素抵抗大鼠模型的建立。大鼠模型胰岛素抵抗判断：HOMA－IR＞2.5；ISI＜－4.48［5－6］（HOMA胰岛素抵抗指数＝空腹血糖水平（mmol/L）×空腹胰岛素水平（μIU/mL）/22.5）。此后将高脂饮食胰岛素抵抗大鼠随机分为高脂组和替米沙坦组，继续高脂饮食干预的同时替米沙坦组予以替米沙坦混悬液［以8mg/（kg·d）的剂量灌服］，对照组及高脂组均灌服同等体积5g/L羧甲基纤维素PBS溶液。

1.3 大鼠血流动力学的检测 饮食干预34周后颈动脉插管行心脏血流动力学检测，分别测定：左心室收缩压（left ventricular systolic pressure，LVSP）、左心室舒张末压（left ventricular end diastolic pressure，LVEDP）、左室内压最大上升速率（the maximum rate of rise of left ventricular pressure，＋dp/dtmax）、左心室内压最大下降速率（the maximum rate of rise of left ventricular pressure，－dp/dtmix）。

1.4 左心室心肌组织羟脯氨酸及血浆心肌胶原代谢标志物PICP、ICTP的检测 左心室心肌组织羟脯氨酸水平采用碱水解法。血浆心肌胶原代谢标志物PICP、ICTP检测采用ELISA方法检测。

1.5 大鼠左心室心肌胶原形态学的观察及定量分析取左心室心肌组织固定，石蜡包埋切片，Masson染色，光镜观察，心肌细胞呈红色，胶原呈蓝色，并用全自动图像分析仪分析，测量胶原容积分数（CVF：即左心室胶原面积/所测视野面积）及血管周围胶原容积分数（VSCVF：即左心室小血管周围胶原面积/所测视野面积）。随机取4个视野取平均值作为该左心室的胶原容积分数。

1.6 统计学处理 数据均采用SPSS13.0统计软件包处理，所有计量资料均以均数±标准差（珔x±s）表示，多组间数据比较采用方差分析，如符合双变量正态分布，采用Pearson相关进行两变量的相关分析；如不符合双变量正态分布，采用变量Spearman相关进行两变量的相关分析，方差分析后两两比较采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 饮食干预34周末各组大鼠体质量、心率、血压和血脂的比较 与对照组相比，高脂组大鼠心率增快（P＜0.01），体质重增加（P＜0.01），低密度脂蛋白水平升高（P＜0.01）。替米沙坦组大鼠心率下降（P＜0.01），体质量减轻（P＜0.01），低密度脂蛋白水平降低（P＜0.01，表1）。

2.2 三组大鼠空腹血糖、空腹胰岛素水平以及胰岛素抵抗指数的变化 与对照组相比，高脂组大鼠空腹血糖、空腹胰岛素水平及胰岛素抵抗指数（HOMA－IR指数）分别升高了2.6倍、4.1倍、10.9倍。替米沙坦组空腹血糖（图1A）、空腹胰岛素水平（图1B）及胰岛素抵抗指数（HOMA指数）均下降（图1C）。

表1 三组大鼠体质量、心率、血压和血脂情况的比较Tab.1 Comparison of weight，heart rate，blood pressure and blood lipid in three groups of rats （n＝9，珔x±s）

图1 三组大鼠空腹血糖、空腹胰岛素水平以及胰岛素抵抗指数的比较Fig.1Comparison of rats’fasting blood－glucose，fasting insulin level and insulin resistance index

2.3 大鼠血流动力学指标 与对照组相比，高脂组大鼠左室舒张末内压（LVDEP）升高（P＜0.01），左室室内压最大下降速率（－dp/dtmax）下降（P＜ 0.01）。替米沙坦干预后LVDEP显著下降（P＜0.01，图2A），－dp/dtmax上升（P＜0.05，图2B）。

图2 大鼠左室舒张末内压及左室室内压最大下降速率的比较Fig.2Comparison of rats’left ventricular end diastolic pressure and－dp/dtmax

2.4 三组大鼠34周末心肌胶原含量的比较 Masson染色切片光镜下可见心肌细胞呈红色，胶原纤维呈蓝色，正常对照组心肌组织如图3A所示；高脂组大鼠心肌间，血管周围蓝色胶原纤维显著增多（图3B）。替米沙坦干预后心肌间及血管周围蓝色胶原纤维明显减少（图3C）。对心肌间质胶原定量分析显示：与对照组相比，高脂组大鼠心肌胶原容积分数（CVF）升高［（5.95±0.98）％vs.（13.55±1.54）％，P＜0.01］，大鼠心肌血管周围胶原容积分数（VSCVF）升高［（16.94±0.87）％vs.（21.59±1.38）％，P＜0.01］。替米沙坦干预后血管周围胶原容积分数（VSCVF）降低［（21.59±1.38）％vs.（19.13± 1.31）％，P＜0.01，图3C］。高脂组大鼠心肌羟脯氨酸含量升高［（7.65±1.01）μg/g vs.（16.96±2.37）μg/g，P＜0.01］，替米沙坦干预后心肌组织羟脯氨酸含量下降（P＜0.05）。

图3 三组大鼠左心室心肌组织Masson染色结果和心肌胶原含量的比较Fig.3Compartion of rats’Masson cardiac staining and collagen volume fraction（CVF）

2.5 血浆PICP、ICTP指标的比较 与对照组相比，高脂组大鼠血浆PICP水平明显增加，PICP/ICTP增高（P＜0.05），替米沙坦组干预后血浆PICP水平降低（P＜0.05）、PICP/ICTP降低（（P＜0.05，表2）。

表2 三组大鼠血浆PICP、ICTP指标的比较Tab.2 Comparison of PICP and ICTP levels in rat blood （n＝9，珔x±s）

2.6 相关关系分析结果

2.6.1 胰岛素抵抗大鼠胶原代谢指标与胰岛素抵抗指数相关性分析 Spearman相关分析显示，胰岛素抵抗素指数与PICP/ICTP、CVF、VSCVF及羟脯氨酸含量呈正相关（P＜0.01，表3）。

表3 胰岛素抵抗指数（HOMA－IR）与胶原含量各指标的相关性分析Tab.3 Analysis of the correlation between HOMA－IR and collagen index

2.6.2 胰岛素抵抗大鼠胶原代谢指标与心脏功能指标相关性分析 Pearson相关分析显示，左室内压最大下降速度（－dp/dtmax）与PICP、PICP/ICTP、CVF、VSCVF呈负相关（P＜0.01，表4）。

表4 ±dp/dtmax与胶原含量各指标的相关性分析Tab.4 Analysis of the correlation between±dp/dtmaxand collagen index

3 讨论

长期高能量摄入、高胰岛素血症均可导致胰岛素信号通路的异常，进而引起代谢紊乱及内分泌异常［7］。高脂饮食可导致胰岛素信号通路中IRS－1、AKT、GLUT4的mRNA的表达升高；甲状腺亢进症患者较健康人群更容易发生胰岛素抵抗［8］。本研究显示高脂组大鼠体质量、血脂、血糖、胰岛素水平及HOMA－IR均高于正常对照组。替米沙坦干预后大鼠血清低密度脂蛋白水平、血糖、血清胰岛素水平下降（P＜0.05）。相关研究显示，长期高脂饮食不仅引起肥胖相关胰岛素抵抗，同时也使机体肾素－血管紧张素系统处于激活状态［9］。实验证实血管紧张素Ⅱ通过激活AT1受体调节胰岛素受体的活化状态从而加重胰岛素抵抗程度［10］。对2型糖尿病患者的随访研究中发现，AT1受体拮抗剂替米沙坦不仅能够改善患者心脏功能，还可调节血糖、血脂，进而改善患者胰岛素抵抗［11］。

心肌细胞外基质是一种稳定的三维立体网络结构，可通过调节胶原合成及降解使细胞外基质处于动态平衡，在机械或化学物质应激刺激下，该动态平衡被打破，可导致心肌间质胶原沉积造成心肌间质重构。心肌胶原主要由Ⅰ型和Ⅲ型胶原纤维构成，Ⅰ型胶原约占总胶原纤维的80％左右，是粗纤维的主要组成成分，其弹性和伸展性较小，与心室壁张力的形成及维持密切相关。在高脂饮食诱导的胰岛素抵抗大鼠中，心肌胶原容积分数及心肌血管周围胶原容积分数显著升高，心肌组织羟脯氨酸含量也明显升高；同时血浆中PICP含量增多，PICP/ICTP比值升高提示心肌胶原合成增多，胶原沉积。同时对高脂组大鼠心脏功能检测显示，心脏舒张功能下降而收缩功能无明显异常，主要表现为左室舒张末压力升高，左心室室内压最大下降速率下降。相关性研究发现，左室内压最大下降速率与PICP、PICP/ICTP、CVF、VSCVF及心肌组织中羟脯氨酸含量呈负相关，这表明心肌胶原含量的增多会使心脏舒张功能下降。胰岛素抵抗素指数与PICP/ICTP、CVF、VSCVF及羟脯氨酸含量呈正相关，表明胰岛素抵抗可能促进心肌胶原的沉积。相关研究显示，胰岛素抵抗性心肌病心脏舒张功能异常是由于胰岛素通路异常造成心肌间质胶原沉积引起的［12］。而且部分纤连蛋白片段参与心肌重构［13］，在胰岛素相关心肌重构时心肌胶原纤维合成增多。在胰岛素抵抗性心肌病的发生及发展过程中，胰岛素抵抗与肾素－血管紧张素－醛固酮系统相互促进。

肾素－血管紧张素－醛固酮系统（RAAS）在胰岛素抵抗及胰岛素抵抗性心肌病的发病机制中占有很重要的地位［14］。相关研究显示，AT1受体阻滞剂可以改善饮食诱导胰岛素抵抗所致的心室重构和胰岛素抵抗［15］。心肌组织Masson染色显示，替米沙坦干预后胰岛素抵抗大鼠心肌间质胶原沉积较高脂组明显减少，CVF下降，PICP水平下降，PICP/ITCP比值下降。心功能检测发现，与高脂组相比替米沙坦组大鼠左室舒张末压力下降，左心室室内压最大下降速率上升，而左室室内压最大上升速率无明显变化，表明替米沙坦可以改善胰岛素抵抗大鼠心脏舒张功能。替米沙坦可减少高脂饮食诱导胰岛素抵抗大鼠的心肌间质胶原沉积，改善心脏舒张功能。近期多项研究显示，AT1受体长期激活可引起心肌间质纤维化和胶原沉积，从而导致心室肥厚［16］，AT1受体阻滞剂对其有明显改善作用。目前，已有研究显示扩张型心肌病人心电图Tp－Te间期与左心室质量指数及左心室舒张末期内径的改变有显著相关性，Tp－Te间期对预测扩心病患者左心室重构有一定临床意义［17］，通过无创检查有效评价心室重构将会为临床提供更多的信息。

随着对胰岛素抵抗性心肌病中心肌间质重构认识的深入，糖尿病患者的临床治疗目标已从简单的控制血糖，提高到了减少糖尿病相关心肌损伤的高度，从而大大降低了糖尿病相关的不良心血管事件。本研究通过高脂饮食胰岛素抵抗模型，从在体及离体两个层次的研究发现，替米沙坦可通过影响心肌胶原代谢减少胰岛素抵抗心肌胶原沉积，改善心脏舒张功能；同时还具有一定的改善胰岛素抵抗作用。这为我们在治疗胰岛素抵抗相关心肌损伤中提供了理论依据。

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Changes of cardiac function of high fat diet－induced insulin resistance rat and telmisartan intervention

JIN Xin1，CHENG Si2，SONG Yan3，WANG Ya－ping4，TIAN Gang2
（1.Department of Medical Ultrasound，the Second Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710004；2.Department of Cardiology，the First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710004；3.Department of Medical Ultrasound，the First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710004；4.the Third Department of Cardiology，Shaanxi Provincial People’s Hospital，Xi’an 710068，China）

Objective To explore cardiac function and myocardial collagen type I in diet－induced insulinresistant rats and the effect of telmisartan on cardiac diastolic function in diet－induced insulin－resistant rats.Methods We randomized 27 Wistar rats into control group（n＝9），high－fat group（n＝9），and telmisartan treatment group（n＝9）.At the end of the study，left ventricular end diastolic pressure（LVEDP）and left ventricular systolic pressure（LVSP）of the rats and±dp/dt were detected by carotid artery intubation.Masson cardiac staining was used to observe cardiac fibrosis，and collagen volume fraction（CVF）was measured.ELISA method was used to detect the concentration of plasma PICP and ICTP.Results Compared with the control group，in high－fat group LVEDP was significantly higher and－dP/dtmax decreased significantly（P＜0.01）；the plasma PICP level and the ratio of PICP/ICTP were significantly increased（P＜0.01），cardiac collagen volume fraction was significantly higher（P＜0.01）.After 22 weeks’telmisartan intervention，compared with the high－fat group，LVEDP and LVSP were significantly decreased（P＜0.01），but－dP/dtmax significantly increased（P＜0.05）.The level of the plasma PICP and PICP/ICTP were significantly decreased（P＜0.05）；left ventricular myocardial tissue collagen volume fraction content was decreased（P＜0.01）.The correlation analysis showed that cardiac collagen volume fraction in insulin－resistant group was positively correlated with insulin resistance index but negatively correlated with－dp/dtmax（P＜0.01）.Conclusion Insulin resistance promoted the synthesis of myocardial type I collagen，leading to increased myocardial collagen deposition and decreased cardiac diastolic function.Telmisartan may improve diastolic function partly by improving insulin resistance and reducing the deposition of myocardial collagen type I.

insulin resistance；cardiac diastolic function；collagen；remodeling；telmisartan

R458

A

10.7652/jdyxb201602014

2015－06－01

2015－10－13

国家自然科学基金资助项目（No.30871041）；陕西省科学技术研究发展计划项目（No.2012KW－40－01）；陕西省自然科学基础研究计划项目（No.2014JM－8145）Supported by the National Natural Science Foundation of China（No.30871041），Science and Technology Research and Development Program of Shaanxi Province（No.2012KW－40－01），and the Natural Science Basic Research Project of Shaanxi Province（No.2014JM－8145）

田刚.E－mail：gangtian36@163.com

优先出版：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1399.R.20160124.1859.006.html（2016－01－24）