【专题论著】Roux-en-Y 胃旁路手术和袖状胃切除术对 高尿酸血症大鼠代谢的影响及机制研究
编辑:管理员   发布时间:2018-05-03 11:07浏览量:272

卢存龙 周岩冰等 中华肥胖与代谢病电子杂志


摘要


目的 探究两种主要的减重手术Roux-en-Y胃旁路手术(RYGB)和袖状胃切除术(SG)对高尿酸血症(HUA)大鼠血尿酸(SUA)、糖代谢、脂代谢的影响,并通过观察术后炎症性指标,包括脂多糖(LPS)、白介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和黄嘌呤氧化酶(XO)水平的变化,来探究其相关的机制。方法 Wistar大鼠随机分为模型组(Model)和对照组(Control),模型组给予含酵母膏的标准饲料饮食和腺嘌呤、氧嗪酸钾灌胃处理建立高尿酸血症大鼠模型,对照组自由进食正常饲料,模型组经上述处理三周后随机分为三个亚组:RYGB组、SG组和假手术组(Sham),随后进行不同手术处理。术前与术后2、4、6、8周分别对大鼠的体重、食物摄入量进行记录。术前与术后对血清尿酸、肌酐(Cr)和尿素氮(BUN)、空腹血糖(FPG),空腹胰岛素(FINS)、胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)、血清甘油三酯(TG)和总胆固醇(TC)等生化指标和LPS、IL-6、TNF-α等炎症指标和XO浓度进行检测。结果 术前,与对照组相比,模型组大鼠血尿酸、血尿素氮、肌酐和空腹血糖、血脂等生化指标及LPS、IL-6和TNF-α等炎性指标水平显著增高(P<0.001)。术后RYGB组和SG组较Sham组体重、食物摄入量减少,SUA、BUN和Cr水平,FPG、FINS、HOMA-IR、血清TG和TC水平显著降低(P<0.01)。与Sham组相比,术后RYGB和SG组血清LPS、IL-6、TNF-α水平和XO浓度显著降低(P<0.01)。结论 胃旁路手术和袖状胃切除术能够降低高尿酸血症大鼠血尿酸水平,同时改善高尿酸血症导致的血糖、血脂代谢紊乱,其机制可能与减重手术减少体脂量、缓解炎症反应和胰岛素抵抗、调控黄嘌呤氧化酶的表达有关。


关键词:Roux-en-Y胃旁路手术; 袖状胃切除术; 高尿酸血症大鼠模型; 尿酸; 糖脂代谢


前言


高尿酸血症(hyperuricemia,HUA)是嘌呤代谢障碍导致尿酸(uric acid, UA)产生增多或排泄减少引起的以血清尿酸(serum uric acid,SUA)水平升高为主的代谢性疾病。尿酸水平升高是痛风和尿酸性肾结石的病因。相关研究也表明HUA与肥胖症、2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus, T2DM)、代谢综合征(Metabolic syndrome, MS)和心血管疾病密切相关 [1-3] 。其作用机制可能与HUA导致的血糖、血脂代谢紊乱相关。目前对于HUA的治疗,除了改善生活方式外,药物治疗占据了重要的地位。其中别嘌呤醇和非布司他降低尿酸的机制主要是抑制黄嘌呤氧化酶活性从而减少尿酸的产生;而丙磺舒和苯溴马隆降低尿损的机制主要是促进尿酸的排泄。虽然药物降低血尿酸效果显著,可以缓解高尿酸导致的痛风及代谢性疾病,但上述药物存在一定程度的不良反应和副作用,如皮疹,恶心、呕吐等胃肠道不适及中性粒细胞减少等骨髓抑制症状。减重手术的发展为肥胖症及T2DM患者带来了福音。减重手术作为目前长期有效治愈肥胖症及T2DM的手段,目前已被写入指南 [4] ,逐渐被越来越多的临床医师所接受。相关研究证实减重手术在治疗肥胖症及T2DM的同时,还能显著改善病人机体的代谢紊乱,包括血压、空腹血糖(fasting plasm glucose, FPG)、胰岛素(fasting insulin, FINS)、甘油三酯(triglyceride,TG)、高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein cholesterol, HDL-C)和SUA水平 [5-7] ,给 予 了 我 们 应用减重手术改善HUA的启发。但目前尚缺乏与之相关的临床数据及基础研究,因此本实验通过实施两种普遍应用的减重手术Roux-en-Y胃旁路手术(Roux-en-Y gastric bypass,RYGB)和袖状胃切除术(Sleeve gastrectomy,SG)对高嘌呤饮食及腺嘌呤、氧嗪酸钾灌胃建立的高尿酸血症大鼠模型SUA、糖脂等代谢指标及炎症性指标影响及相关的机制进行研究。


资料与方法


一、动物和材料


1. 实验动物:40只8周龄Wistar健康雄性大鼠(SPF级),体重(280±20)g,购于济南朋悦动物有限公司,饲养于青岛大学附属医院动物实验室。实验动物的使用严格遵守青岛大学附属医院实验动物护理和医学科学应用委员会相关规定。所有动物独笼饲养,饲养环境为恒定温度(25±2)℃,相对湿度为(45±3)%,白昼和夜间时间分别为12小时。

2. 材料:大鼠标准饲料由青岛大学附属医院动物实验室提供;腺嘌呤(纯度98%,规格20g/瓶,批号Y20F8C29492)、酵母膏(规格500g,批号J08F8K28966)和氧嗪酸钾(纯度98%,规格5g/瓶,批号R03D7X26083)购于上海源叶生物有限公司;肠内营养制剂(安素)购自美国雅培制药有限公司。大鼠胰岛素、脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)、白介素-6(interleukin-6,IL-6)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase,XO)Elisa试剂盒购于江苏雨桐生物科技有限公司;稳豪倍易型血糖仪及试纸购自强生(中国)医疗器材公司。


二、实验方法


1. 动物模型的建立与分组适应性喂养1周后采取随机数字表法随机分为模型组(Model, n=30)和空白对照组(Control,n=10)。本研究高尿酸血症大鼠模型的建立改良了Guo等 [8] 的方法:除了每日灌胃腺嘌呤0.1mg/ (kg·d)和氧嗪酸钾1.5mg/ (kg·d),同时自由进食含10%酵母膏的饲料(酵母膏与标准饲料按1∶9比例混合制成固体混合饲料),处理3周。空白对照组给予实验室标准饲料饮食,并每日给予1ml/100g剂量生理盐水灌胃。3周后模型组采用随机数字表法随机分为RYGB组、SG组和Sham组,分别进行相应的手术处理。空白对照组不做任何处理。

2. 围手术期处理

术前大鼠禁食12 h,不限制饮水。手术开始前15 min腹腔注射2%苯巴比妥钠(2.5 ml/kg)进行麻醉。RYGB和SG手术方式按照Bote G. Bruinsma等 [9] 的方法进行。术后给予皮下注射温生理盐水20 ml/kg防止脱水。术后立即将动物放入37℃保温箱中复温。术后24小时允许大鼠少量饮水,并每日皮下注射5%温葡萄糖生理盐水20 ml/kg防止水电解质失衡。术后第3天开始给予进食流质食物(安素),直至术后第7天。7天后所有大鼠自由进食固体食物。

3. SG手术

麻醉后将大鼠置于加热垫上并取仰卧位,用刮毛刀刮除腹部手术区域毛发,酒精及碘伏消毒手术区域并铺盖无菌手术洞巾。于剑突下腹部正中线切开一4 cm手术切口,暴露手术区域。仔细解剖胃大弯侧筋膜和大网膜并且在确切止血情况下沿胃大弯侧分离大网膜至幽门,自胃底至胃窦沿胃大弯侧置于一血管钳,应用解剖剪切除胃大弯侧及胃底部分,剩余的形似“香蕉状”的部分为袖状胃部分,应用5-0丝线以连续缝合方式缝合袖状胃,彻底止血后将袖状胃置入腹腔原来位置。以温生理盐水冲洗腹腔,无菌纱布沾取冲洗液,以4-0丝线连续缝合腹壁肌层,间断缝合腹壁皮肤,缝合完毕后以酒精和碘伏消毒皮肤。

4. RYGB手术

术前准备同SG手术。于剑突下腹部正中线切开一4 cm手术切口,暴露手术区域。暴露胃,仔细解剖分离肝胃韧带、胃脾韧带和胃大弯侧大网膜,找到皮胃和腺胃的界限—界嵴,置于两把止血钳并以解剖剪横断近端和远端胃,近端胃切除大部分胃底,形成小胃囊。以5-0丝线分别连续缝合小胃囊和残胃确切止血,并确认无渗漏。沿十二指肠找到屈氏韧带并于屈氏韧带下方约10 cm处空肠结扎并横断空肠,远端空肠对系膜缘和小胃囊前壁以手术刀片切开一7 mm小切口,将远端空肠上提与小胃囊以6-0Prolene线行胃空肠吻合形成Roux支,于胃空肠吻合口下方10 cm处取空肠对系膜缘侧切开7 mm纵行小切口,与近端空肠以6-0 Prolene线行空肠—空肠侧侧吻合形成胆胰支,吻合完毕后确认无出血渗漏及梗阻,将胃及小肠放回腹腔内以温生理盐水冲洗腹腔,无菌干纱布沾取腹腔,以4-0丝线连续缝合方式关闭腹壁肌层,腹壁皮肤间断缝合,缝合完毕后以酒精和碘伏消毒皮肤。

5. 假手术

术前准备同SG手术。于剑突下腹部正中线切开一4cm手术切口,暴露手术区域。于胃前壁和空肠对系膜缘侧分别行胃造口术和空肠造口术,然后以6-0 Prolene线原位吻合,此后的处理与SG和RYGB手术相同。


三、血液样本分析


术前与术后2、4、6、8周空腹麻醉状态下经大鼠内眦静脉取血液样本,室温静置2小时后以3000 rmp/min离心10 min取其上清液获得血清。SUA、TG、总胆 固 醇(total cholesterol, TC)、尿 素 氮(blood urea nitrogen, BUN)和肌酐(creatinine, Cr)水平以全自动生 化 分 析 仪(Hitachi 7600A, Japan) 检 测。FPG通过血糖仪进行检测。FINS、LPS、IL-6和TNF-α及XO水平检测应用相应的商业试剂盒。胰岛素抵 抗 指 数(The Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance Index, HOMA-IR)通 过 公 式FPG(mmol/L)×FINS (mIU/L)/22.5计算。


四、统计学分析


应用SPSS 22.0软件进行数据统计分析。计量资料以(x±s)表示,单个时间点的多组数据间比较,若符合正态分布且方差齐性采用单因素方差分析,两两比较采用 LSD-t法检验,否则采用多个样本比较的Kruskal-Wallis H检验(非参数检验)。以P<0.05为差异有统计学意义。


结果


一、一般情况

RYGB术后2只大鼠因吻合口瘘出现腹腔感染死亡,其余大鼠全部存活,存活率为93.3%。

二、RYGB和SG手术对体重和食物摄入量的影响术前各组之间大鼠体重及食物摄入量无差异。术后自第2周开始,与Sham组和Control组相比,RYGB和SG手术后体重显著降低,食物摄入量减少(P<0.01)。术后第4周开始SG组大鼠食物摄入量逐渐增加,并逐渐高于RYGB组(P<0.05),但仍然低于Sham组和Control组。Sham组与Control组相比,大鼠体重和食物摄入量无显著差异(P>0.05)。RYGB和 SG术后各组大鼠体重与食物摄入量变化情况见表1、表2和图1、图2。



三、RYGB和SG手术对血清尿酸、尿素氮和肌酐水平的影响术前模型组间大鼠SUA、BUN和Cr水平无显著差异,但较Control组SUA、BUN和Cr水平高(P<0.001)。与Sham组相比,RYGB组和SG组术后4、6、8周SUA水平下降明显(P<0.05),但4、6周仍较Control组血清尿酸水平高,而8周时,RYGB和SG组SUA水平与Control组相当。RYGB组和SG组术后2、4、6、8周BUN和Cr水平较Sham组相比也呈明显下降趋势。RYGB和 SG 术后各组大鼠SUA、BUN和Cr水平变化情况见表3和图3。



四、RYGB和SG手术对糖代谢的影响

术前模型组大鼠FPG水平无显著差异,但较Control组FPG水平高(P<0.001)。同一时间点,与Sham组相比, RYGB和SG术后4周开始FPG水平显著降低(P<0.01)。术前模型组FINS水平和HOMA-IR较Control组FINS及HOMA-IR高(P<0.001)。与Sham组相比,RYGB组和SG组术后2、4、6、8周FINS和HOMA-IR水平显著降低(P<0.01)。术后8周时RYGB组FINS水平与Control组相当。RYGB和SG术后各组大鼠FPG、FINS和HOMA-IR变化情况见表3和图4。

五、RYGB和SG手术对脂代谢的影响

术前模型组大鼠TG、TC水平无显著差异(P>0.05),均高于Control组。与Sham组相比,术后4、6、8周,RYGB组和SG组TG水平显著降低(P<0.001),8周RYGB组TG和TC水平与Control组相当,而SG手术组TG水平高于RYGB组(P<0.05)。RYGB和SG术后各组大鼠TG和TC水平变化情况见表3和图5。



六、RYGB和SG手术对血清LPS、XO、IL-6和TNF-α的影响术前模型组大鼠血清LPS、XO、IL-6和TNF-α水平无差异,并且显著高于Control组(P<0.001)。术后4、6、8周,与Sham组和SG组相比,RYGB血清LPS水平显著降低(P<0.01 vs. Sham; P<0.05 vs.SG)。术后第2周SG组与Sham组之间血清XO浓度无显著差异,RYGB组较Sham组血清XO水平显著降低(P<0.05)。自第4周开始SG组和RYGB组血清XO浓度较Sham组显著降低(P<0.001)。术后第2周RYGB组较Sham组和SG组血清IL-6显著降低(P<0.01 vs.Sham; P<0.05 vs. SG),术 后4、6、8周RYGB组较Sham组血清IL-6显著降低(P<0.001),术后6周和8周SG组较Sham组IL-6水平显著降低(P<0.05)。术后第4周开始RYGB组和SG组TNF-α水平较Sham组显著降低。血清LPS、XO、IL-6和TNF-α水平变化情况见表4和图6。




讨论


本研究在Guo等 [8] 方法的基础上同时给予含10%酵母膏的混合饲料喂养Wistar大鼠3周成功建立高尿酸血症大鼠模型,并对其进行减重手术处理,检测手术前后及各组间尿酸等代谢指标的变化,以探究减重手术对高尿酸血症大鼠代谢的影响及可能的机制。术前,与空白对照组相比,模型组大鼠FPG、FINS、TG和TC水平显著升高,模型组大鼠炎症指标LPS、IL-6和TNF-α水平较空白对照组显著升高,表明高尿酸血症导致糖代谢和脂代谢紊乱,同时引起炎症反应。相关文献报道HUA与MS之间存在相关关系 [10-12] 。一项研究 [11] 对2374名受试者健康查体发现SUA水平与腰围、TG水平和高血压呈正相关,而与HDL-C水平呈负相关,该研究表明HUA与MS发病密切相关。

研究证据表明,减重手术不但减轻体重,还可以缓解T2DM及脂代谢紊乱,其具体机制可能与术后摄入减少、肠道降血糖激素水平变化及肠道微生态改变有关 [13] 。本研究中RYGB组和SG组术后2、4、6、8周大鼠体重和食物摄入量较Sham组显著减少,同时血尿酸水平较假手术组大鼠SUA水平显著降低,并且可以改善HUA导致的血糖、血脂代谢紊乱。上述研究结果与Andreas Oberbach等 [7] 观察到RYGB和SG术后均能获得相似的降低尿酸水平的效果一致。两种不同的手术方式引起相似的降低尿酸效应的因素包括术后体重变化、脂肪含量变化或饮食的改变等。该研究小组在另一项研究中对肥胖大鼠模型进行SG手术后14天观察到体质量和白色脂肪组织含量显著下降,糖代谢改善,并且SUA水平和尿UA水平显著降低,白色脂肪组织中的XO活性降低,可能是导致SG术后SUA水平降低的原因 [14] 。Harrison K. Tam等 [15] 在一项严重肥胖青少年通过饮食干预措施减轻体重的研究中观察到干预后体重和体体质量指数(body mass index,BMI)下降,血浆XO活性下降9.8%,尿酸清除率下降39%,SUA水平下降,但无统计学差异。SUA水平的变化主要取决于XO作用下尿酸的产生率和肾脏尿酸排泄率。影响血浆XO活性的因素较多,包括炎症性细胞因子和LPS [16,17] 。研究发现IL-6在调节XO表达过程中发挥重要的作用,因为IL-6抑制黄嘌呤氧化酶基因增强子区域的抑制性结合蛋白 [18,19] ,从而上调XO的表达,增加UA的产生。另一个调节血浆XO活性的因素是肠道细菌的产物-血浆LPS浓度,Kurosaki等 [17] 等报道LPS诱导小鼠各个器官和组织XO表达活性,因此肠道微生态的变化和血浆LPS浓度增加是导致XO活性改变的重要因素。研究[20,21] 发现RYGB和SG手术除了引起体重下降外,还可以通过调节肠道微生态降低LPS和脂多糖结合蛋白(Lipopolysaccharide binding protein ,LBP)水平,以及LPS受体CD14、toll样受体2(Toll-like receptor2, TLR2)和TLR4水平也降低。因此,RYGB和SG可能通过调节肠道微生态,缓解HUA引起的炎症反应,并进一步调节血清LPS等炎症指标和炎症受体的变化,引起XO表达活性的降低,降低体内尿酸浓度。RYGB和SG除了上述机制影响XO活性改变SUA水平外,术后胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)及肾功能改善也可能影响血清尿酸水平的变化。多个研究报道,HUA与IR呈正相关关系,两者之间是相互促进的关系 [22,23] 。研究发现MS发病过程中出现HUA是由血清胰岛素水平升高导致的,因为胰岛素能够刺激肾小管上皮细胞尿酸转运体Urate transporter1 (URAT1) 基因的表达重吸收尿酸增加以及通过下调尿酸盐转运蛋白基因的表达减少尿酸盐的分泌进而升高SUA水平 [24] 。本研究发现高尿酸血症大鼠存在IR,并且RYGB和SG术后IR水平降低,IR缓解可能参与了SUA水平的调节,减少肾脏对UA的重吸收,增加肾脏对UA排泄继而降低SUA水平。肾脏在UA排泄过程中发挥极为重要的作用,本研究中发现RYGB和SG术后反映肾功能的BUN和Cr水平降低,减重手术后肾功能改善可能与SUA水平的变化相关。而本研究中RYGB和SG两种减重手术方式对高尿酸血症大鼠相关指标的影响仍存在差异,术后SG组大鼠食物摄入量呈现增加趋势,并且体重开始增加,尤其是术后第8周这种趋势更加明显,但是两种手术引起的糖脂代谢差异不明显。临床研究表明,与SG手术不同的是,RYGB术后胰岛素敏感性改善可能发生在体重下降之前 [20,25] ,表明RYGB和SG手术改善糖脂代谢的机制可能不依赖于体重下降引起的效应,术后胰岛素敏感性提高以及胃肠道激素水平的调节可能对术后代谢的改善具有重要的作用,但减重手术对代谢的调节、胃肠道激素分泌和活性的调节的具体机制目前仍尚未明确 [26] 。此外,我们观察到术后炎症性指标LPS、IL-6和TNF-α的变化在RYGB手术中变化较SG手术更为明显。最近研究发现减重手术后血浆LPS、LBP和LPS受体CD14水平降低,TLR2和TLR4 mRNA表达下降 [20] 。术后LPS水平降低和机体炎症反应状态改善可能与代谢改善相关。RYGB手术由于是一种兼有限制摄入和减少吸收的手术方式,旷置了上段小肠,食物绕过上段小肠直接进入远端小肠,引起了胃肠道较大的结构和生理功能改变,而SG手术仅仅是一种限制性手术,胃肠道结构未发生改变,因此RYGB手术较SG手术引起的肠道菌群的改变更为明显 [27] 。RYGB手术可能调节肠道菌群中革兰氏阴性杆菌成分LPS诱导的慢性低度炎症状态缓解高尿酸血症导致的代谢异常。


结论


RYGB和SG能够减少高尿酸血症大鼠的饮食摄入量、体重及血尿酸水平,同时改善高尿酸血症导致的血糖、血脂代谢紊乱,其机制可能与RYGB和SG减少体质量、缓解炎症反应、胰岛素抵抗和调控黄嘌呤氧化酶的表达有关。本研究中虽然观察到RYGB和SG后高尿酸血症大鼠血清尿酸水平降低,但其具体的机制仍尚未完全清楚,近年来越来越多的研究发现代谢性疾病与肠道微生态密切相关 [28,29] ,同时RYGB和SG可以调节肠道微生态改善代谢状态 [30,31] 。因此,下一步的研究建议从高尿酸血症大鼠RYGB和SG后肠道微生态的变化对尿酸的影响进行深入研究。


参考文献


略。


(本文编辑:郭菲菲 李月仪)


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