在严重烫伤大鼠中IL-1对葡萄糖分解代谢关键酶的调节作用
作者：廖兴荣 董燕麟
单位：第三军医大学基础医学部生物化学教研室 重庆，400038
关键词：白细胞介素-1；6-磷酸果糖激酶；丙酮酸脱氢酶；骨骼肌；烫伤
提要 目的
提要 目的：探讨大鼠严重烫伤后IL-1对其骨骼肌葡萄糖分解代谢的影响。方法：利用背部30%与一侧后肢7%TBSAⅢ度烫伤大鼠模型，观察了伤后7 d内血浆与比目鱼肌中的IL-1含量及肌肉中葡萄糖分解代谢的关键酶6-磷酸果糖激酶(PFK)和丙酮酸脱氢酶(PDH)活性的动态变化。结果：伤后血中与比目鱼肌中IL-1水平显著升高；比目鱼肌的PFK活性显著升高，PDH活性显著降低。外源性IL-1静脉注射正常大鼠。注射后6 h，比目鱼肌的PFK活性显著升高，PDH活性显著降低。注射后2 h PFK和PDH无明显变化。结论：严重烫伤大鼠单核巨噬细胞分泌的IL-1通过增强肌肉细胞中PFK活性，降低PDH活性，增强葡萄糖的无氧酵解，抑制其有氧氧化。
, 百拇医药
中图法分类号 Q55；R644
Regulative effects of IL-1 on key enzyme for glucose catabolism in skeletal muscle after severe scalding in rats
Liao Xingrong, Dong Yanlin
(Department of Biochemistry, Faculty of Basic Medical Sciences, Third Military Medical University, Chongqing, 400038)
Abstract Objective: To investigate the effects of IL-1 on glucose catabolism in the skeletal muscle after severe scalding in rats. Methods: On the 7th d after 30% TBSA full-thickness skin scalding on the back and 7% of the injury on one hind limb were inflicted on rats, the content of IL-1 in the plasma and soleus muscle and the activities of phosphofructokinase (PFK) and pyruvate dehydrogenase (PDH) in the soleus muscle were determined. Results: The content of IL-1 in the plasma and soleus muscle was significantly increased. The activity of PFK was markedly increased while that of PDH remarkably decreased. Conclusion: IL-1 secreted from the macrophages in the rats with severe scalding can enhance PFK activity and lower PDH activity. Therefore, IL-1 can promote glucose glycolysis and suppress glucose oxidation.
, 百拇医药
Key words IL-1; phosphofructokinase; pyruvate dehydrogenase; skeletal muscle; scalding; rat
白介素(IL-1)在体内的作用非常广泛，近年的研究表明IL-1也参与糖代谢的调节。Taylor等[1]在皮肤成纤维细胞培养液中加入IL-1后，细胞对葡萄糖的吸收显著增加，乳酸产生增多，来自葡萄糖的CO2形成减少。Tredget等[2]给禁食48 h家兔尾静脉注入重组IL-1β和TNF-α，血中乳酸增加；无氧氧化率增加了6倍，氧耗降低。本研究观察在烫伤条件下IL-1、6-磷酸果糖激酶(PFK)与丙酮酸脱氢酶(PDH)活性的变化，探讨IL-1与PFK和PDH之间的关系。为进一步证实IL-1的作用，同时给正常大鼠注射重组IL-1以观测肌肉中PFK和PDH活性的变化。
1 材料与方法
, 百拇医药
1.1 实验动物
雄性Wistar系大白鼠，体重180～230 g，由本校动物所和华西医科大学动物所提供。
1.2 主要试剂
碘氮四唑(INT)、硫酸吩嗪甲酯(PMS)(Sigma公司)；伴刀豆球蛋白A(ConA,Fluka，德国)；3H-TdR(上海原子能研究所)；γ-32P-ATP(北京亚辉生物公司)；IL-1(军事医学科学院)。
1.3 实验方法
1.3.1 动物处理 实验动物领出后喂养3d以上，随机将动物分为烫伤组和对照组。烫伤组用乙醚吸入麻醉后，剪去背部30%和一侧后肢7%TBSA的毛。将背部置于大小适宜的模具中，95℃水浴烫伤10 s，一侧后肢浸入90℃水浴烫伤3s造成皮肤Ⅲ度全层烫伤，伤后以20 μl/g体重生理盐水注入腹腔，以抗休克，分笼喂养，自由饮水，进食。对照组除不予致伤外，其余处理同烫伤组。取大鼠后肢比目鱼肌作IL-1，PFK和PDH活性测定。取大鼠静脉血测定血中IL-1浓度。
, 百拇医药
1.3.2 测定方法 IL-1的测定：参考Gery的方法进行。PFK活性的测定：参照F.R.Zuleski的方法进行改良。丙酮酸脱氢酶(PDH)活性测定：根据Furuta的方法进行。
1.3.3 在体IL-1注射实验 雄性大鼠(Wistar)试验前12 h禁水禁食。尾静脉注射重组IL-1(50 μg/kg)，分别于2 h和6 h后断头处死大鼠，取其后肢比目鱼肌作PFK和PDH活性测定。
1.4 数据处理
实验数据采用单因素方差分析程序处理。所得的数据各组以x±s表示。
2 结果
烫伤后第3、5、7天血中的IL-1显著高于正常组(P<0.05)，见图1。
, 百拇医药
图1 烫伤后大鼠血浆中IL-1含量的动态变化
Fig 1 Changes of content of IL-1 in the plasma of severely scalded rats
烫伤后3、5、7 d伤肢的IL-1显著升高。烫伤后12 h和1 d损伤组织有少量中性粒细胞淋巴细胞浸润，伤后第3～7天局部组织有大量的中性粒细胞和淋巴细胞浸润，单核巨噬细胞于伤后第3天开始明显增多，第7天达到顶峰，见图2。
图2 烫伤大鼠伤肢比目鱼肌IL-1含量的动态变化
Fig 2 Changes of content of IL-1 in the soleus muscles of injury limb of scalded rats
, 百拇医药
伤后第3、5天伤肢的PFK活性显著升高。伤后第3、5天伤肢的PDH活性显著降低。
正常大鼠注射IL-1后2 h，其比目鱼肌PFK活性轻微升高，PDH活性轻度降低；注射后6 h PFK活性显著升高。PDH活性显著降低。
表1 烫伤大鼠伤肢比目鱼肌PFK活性和PDH活性的动态变化(μU/mg)
Tab 1 Changes of activities of PFK and PDH in the soleus muscles of severely scalded rats (μU/mg)
Group
n
Time (d)
, http://www.100md.com
1/2
1
3
5
7
PFK
Control
8
105±15
109±13
110±16
105±10
108±17
, 百拇医药
Scalded
8
120±18
142±11
189±14※
167±16※
136±19
PDH
Control
8
160±12
172±17
, http://www.100md.com
165±18
165±18
161±20
Scalded
8
150±10
145±12
80±16※
103±19※
167±17
※：P<0.05 vs control表2 正常大鼠注射IL-1后2 h和6 h比目鱼肌PFK活性和PDH活性的变化(μU/mg)
, http://www.100md.com
Tab 2 Changes of activities of PFK and PDH in the soleus muscles of normal rats after 2 h and 6 h iv of IL-1 (μU/mg)
Group
n
2 h
6 h
PFK
PDH
PFK
PDH
Control
, http://www.100md.com
7
100±15
160±15
103±16
168±10
IL-1 iv
7
122±12
148±12
184±10※
82±9※
※：P<0.05 vs control；Dosage of IL-1 50 μg/kg
, 百拇医药
3 讨论
烫伤后血糖浓度和胰岛素浓度都有不同程度的升高，在创伤条件下，存在着胰岛素抵抗，因此，胰岛素促进细胞摄取和利用葡萄糖的能力显著下降。然而在创伤条件下，葡萄糖的摄取显著增高，被氧化成二氧化碳的比例却降低，乳酸产生增多[3]。这表明除胰岛素外，还有其他因子参与糖代谢的调节。
创伤后随着伤肢肌肉组织炎性反应的发生，损伤处单核巨噬细胞数量不断增多，而它又是分泌IL-1的主要细胞。因此单核巨噬细胞的数量越多，分泌的IL-1也越多，损伤处的IL-1含量肯定也越高，当血液流经损伤组织时，IL-1进入血液，导致血浆中IL-1浓度也明显增高。PFK是葡萄糖酵解过程中最重要的限速酶，其活性降低不能使丙酮酸有效地转化乙酰辅酶A，从而导致丙酮酸转化乳酸进入血液，使血中乳酸水平升高。创伤后PFK活性显著升高，PDH活性显著降低，这就导致葡萄糖酵解加强，有氧氧化降低而使乳酸产生增加。
, 百拇医药 给正常大鼠静脉注入重组IL-1(50 μg/kg)，结果表明：注射IL-1后2 h，肌肉中PFK与PDH的活性虽有改变但并不显著。注射6 h后，肌肉中PFK活性显著升高，PDH活性显著降低。提示IL-1调节PFK和PDH活性可能主要是通过慢速调节机制而不是快速调节机制。Taylor等[4]对人类风湿样滑液细胞(RSC)进行体外实验发现，IL-1α和β，IFN-γ具有相似的作用[5]，它们都能增强RSC对葡萄糖的摄取、乳酸的产生和细胞2，6-二磷酸果糖的含量。后者是6-磷酸果糖-1糖酶最强的别构激活剂，促进糖的酵解作用，由此可知IL-1促进RSC糖酵解无需胰岛素和其它因子的介导。Taylor[1]双在皮肤成纤维细胞培养液中加入IL-1α，该细胞乳酸产生增多，来自6-14C-葡萄糖形成的CO2减少。
烫伤大鼠伤肢肌肉PFK和PDH活性变化是随着IL-1的变化而变化的。但是当烫伤大鼠明显感染时，PFK活性并不随着IL-1的升高而增加，PDH活性不但不继续下降反而出现活性回升趋势。这可能与体内IL-1受体拮抗剂IL-1ra[6](它与IL-1受体结合以降低IL-1的生物活性效应)出现有关。当IL-1升高超过正常5倍时，IL-1ra开始起作用[7]。体内较高浓度的IL-1ra能阻止IL-1的作用[8]。创伤后体内产生多种细胞因子，除IL-1，是否还有其它因子参与糖代谢，需要作进一步的研究。
, 百拇医药
全军“八五”攻关项目，No.9108000
作者简介：廖兴荣，男，35岁，讲师，硕士
参考文献
1 Taylor D J, Faragher E B, Evanson J M. Inflammatory cytokines stimulate glucose uptake and glycolysis but reduce glucose oxidation in human dermal fibroblasts in vitro. Circulatory Shock,1992,37(2):105
2 Tredget E E, Yu YM, Zhong S,et al. Role of interleukin 1 and tumor necrosis factor on energy metabolism in rabbits. Am J Physiol,1988,255(6Pt1):E760
, http://www.100md.com
3 Yamaguchi Y, Yu Y M, Daid M, et al. Effect of burn injury on glucose and nitrogen metabolism in the liver preliminary studies in a perfused liver system. Surgery,1997,121(3):295
4 Taylor D J, Whitehead R J, Evanson J M. Effect of recombinant cytokines on glycolysis and fructose 2,6-bisphosphate in rheumatoid synovial cells in vitro. Biochem J,1988,250(1):111
5 Nishimura M, Fedoyo V S, Uvede K. Glucose-stimulated sythesis of fructose 2,6-bisphosphate in rat liver. J Bio Chem,1994,269(42):26 100
, 百拇医药
6 Dinarello C A. Interleukin-1 and interleukin-1 antagonism. Blood,1991,77(8):1 627
7 Cinat M, Wavman K, Vaziri N D, et al. Soluble cytokine receptors and receptor antagonists are sequentially released after trauma. Trauma,1995,39(1):112
8 Fischer E, Marano M A, Barber A E, et al. Comparison between effects of interleukin-1. Physiol,1991,261(52):R442
(收稿：1998-01-06；修回：1998-10-27), 百拇医药
单位：第三军医大学基础医学部生物化学教研室 重庆，400038
关键词：白细胞介素-1；6-磷酸果糖激酶；丙酮酸脱氢酶；骨骼肌；烫伤
提要 目的
提要 目的：探讨大鼠严重烫伤后IL-1对其骨骼肌葡萄糖分解代谢的影响。方法：利用背部30%与一侧后肢7%TBSAⅢ度烫伤大鼠模型，观察了伤后7 d内血浆与比目鱼肌中的IL-1含量及肌肉中葡萄糖分解代谢的关键酶6-磷酸果糖激酶(PFK)和丙酮酸脱氢酶(PDH)活性的动态变化。结果：伤后血中与比目鱼肌中IL-1水平显著升高；比目鱼肌的PFK活性显著升高，PDH活性显著降低。外源性IL-1静脉注射正常大鼠。注射后6 h，比目鱼肌的PFK活性显著升高，PDH活性显著降低。注射后2 h PFK和PDH无明显变化。结论：严重烫伤大鼠单核巨噬细胞分泌的IL-1通过增强肌肉细胞中PFK活性，降低PDH活性，增强葡萄糖的无氧酵解，抑制其有氧氧化。
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中图法分类号 Q55；R644
Regulative effects of IL-1 on key enzyme for glucose catabolism in skeletal muscle after severe scalding in rats
Liao Xingrong, Dong Yanlin
(Department of Biochemistry, Faculty of Basic Medical Sciences, Third Military Medical University, Chongqing, 400038)
Abstract Objective: To investigate the effects of IL-1 on glucose catabolism in the skeletal muscle after severe scalding in rats. Methods: On the 7th d after 30% TBSA full-thickness skin scalding on the back and 7% of the injury on one hind limb were inflicted on rats, the content of IL-1 in the plasma and soleus muscle and the activities of phosphofructokinase (PFK) and pyruvate dehydrogenase (PDH) in the soleus muscle were determined. Results: The content of IL-1 in the plasma and soleus muscle was significantly increased. The activity of PFK was markedly increased while that of PDH remarkably decreased. Conclusion: IL-1 secreted from the macrophages in the rats with severe scalding can enhance PFK activity and lower PDH activity. Therefore, IL-1 can promote glucose glycolysis and suppress glucose oxidation.
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Key words IL-1; phosphofructokinase; pyruvate dehydrogenase; skeletal muscle; scalding; rat
白介素(IL-1)在体内的作用非常广泛，近年的研究表明IL-1也参与糖代谢的调节。Taylor等[1]在皮肤成纤维细胞培养液中加入IL-1后，细胞对葡萄糖的吸收显著增加，乳酸产生增多，来自葡萄糖的CO2形成减少。Tredget等[2]给禁食48 h家兔尾静脉注入重组IL-1β和TNF-α，血中乳酸增加；无氧氧化率增加了6倍，氧耗降低。本研究观察在烫伤条件下IL-1、6-磷酸果糖激酶(PFK)与丙酮酸脱氢酶(PDH)活性的变化，探讨IL-1与PFK和PDH之间的关系。为进一步证实IL-1的作用，同时给正常大鼠注射重组IL-1以观测肌肉中PFK和PDH活性的变化。
1 材料与方法
, 百拇医药
1.1 实验动物
雄性Wistar系大白鼠，体重180～230 g，由本校动物所和华西医科大学动物所提供。
1.2 主要试剂
碘氮四唑(INT)、硫酸吩嗪甲酯(PMS)(Sigma公司)；伴刀豆球蛋白A(ConA,Fluka，德国)；3H-TdR(上海原子能研究所)；γ-32P-ATP(北京亚辉生物公司)；IL-1(军事医学科学院)。
1.3 实验方法
1.3.1 动物处理 实验动物领出后喂养3d以上，随机将动物分为烫伤组和对照组。烫伤组用乙醚吸入麻醉后，剪去背部30%和一侧后肢7%TBSA的毛。将背部置于大小适宜的模具中，95℃水浴烫伤10 s，一侧后肢浸入90℃水浴烫伤3s造成皮肤Ⅲ度全层烫伤，伤后以20 μl/g体重生理盐水注入腹腔，以抗休克，分笼喂养，自由饮水，进食。对照组除不予致伤外，其余处理同烫伤组。取大鼠后肢比目鱼肌作IL-1，PFK和PDH活性测定。取大鼠静脉血测定血中IL-1浓度。
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1.3.2 测定方法 IL-1的测定：参考Gery的方法进行。PFK活性的测定：参照F.R.Zuleski的方法进行改良。丙酮酸脱氢酶(PDH)活性测定：根据Furuta的方法进行。
1.3.3 在体IL-1注射实验 雄性大鼠(Wistar)试验前12 h禁水禁食。尾静脉注射重组IL-1(50 μg/kg)，分别于2 h和6 h后断头处死大鼠，取其后肢比目鱼肌作PFK和PDH活性测定。
1.4 数据处理
实验数据采用单因素方差分析程序处理。所得的数据各组以x±s表示。
2 结果
烫伤后第3、5、7天血中的IL-1显著高于正常组(P<0.05)，见图1。
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图1 烫伤后大鼠血浆中IL-1含量的动态变化
Fig 1 Changes of content of IL-1 in the plasma of severely scalded rats
烫伤后3、5、7 d伤肢的IL-1显著升高。烫伤后12 h和1 d损伤组织有少量中性粒细胞淋巴细胞浸润，伤后第3～7天局部组织有大量的中性粒细胞和淋巴细胞浸润，单核巨噬细胞于伤后第3天开始明显增多，第7天达到顶峰，见图2。
图2 烫伤大鼠伤肢比目鱼肌IL-1含量的动态变化
Fig 2 Changes of content of IL-1 in the soleus muscles of injury limb of scalded rats
, 百拇医药
伤后第3、5天伤肢的PFK活性显著升高。伤后第3、5天伤肢的PDH活性显著降低。
正常大鼠注射IL-1后2 h，其比目鱼肌PFK活性轻微升高，PDH活性轻度降低；注射后6 h PFK活性显著升高。PDH活性显著降低。
表1 烫伤大鼠伤肢比目鱼肌PFK活性和PDH活性的动态变化(μU/mg)
Tab 1 Changes of activities of PFK and PDH in the soleus muscles of severely scalded rats (μU/mg)
Group
n
Time (d)
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1/2
1
3
5
7
PFK
Control
8
105±15
109±13
110±16
105±10
108±17
, 百拇医药
Scalded
8
120±18
142±11
189±14※
167±16※
136±19
PDH
Control
8
160±12
172±17
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165±18
165±18
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Scalded
8
150±10
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80±16※
103±19※
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※：P<0.05 vs control表2 正常大鼠注射IL-1后2 h和6 h比目鱼肌PFK活性和PDH活性的变化(μU/mg)
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Tab 2 Changes of activities of PFK and PDH in the soleus muscles of normal rats after 2 h and 6 h iv of IL-1 (μU/mg)
Group
n
2 h
6 h
PFK
PDH
PFK
PDH
Control
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7
100±15
160±15
103±16
168±10
IL-1 iv
7
122±12
148±12
184±10※
82±9※
※：P<0.05 vs control；Dosage of IL-1 50 μg/kg
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3 讨论
烫伤后血糖浓度和胰岛素浓度都有不同程度的升高，在创伤条件下，存在着胰岛素抵抗，因此，胰岛素促进细胞摄取和利用葡萄糖的能力显著下降。然而在创伤条件下，葡萄糖的摄取显著增高，被氧化成二氧化碳的比例却降低，乳酸产生增多[3]。这表明除胰岛素外，还有其他因子参与糖代谢的调节。
创伤后随着伤肢肌肉组织炎性反应的发生，损伤处单核巨噬细胞数量不断增多，而它又是分泌IL-1的主要细胞。因此单核巨噬细胞的数量越多，分泌的IL-1也越多，损伤处的IL-1含量肯定也越高，当血液流经损伤组织时，IL-1进入血液，导致血浆中IL-1浓度也明显增高。PFK是葡萄糖酵解过程中最重要的限速酶，其活性降低不能使丙酮酸有效地转化乙酰辅酶A，从而导致丙酮酸转化乳酸进入血液，使血中乳酸水平升高。创伤后PFK活性显著升高，PDH活性显著降低，这就导致葡萄糖酵解加强，有氧氧化降低而使乳酸产生增加。
, 百拇医药 给正常大鼠静脉注入重组IL-1(50 μg/kg)，结果表明：注射IL-1后2 h，肌肉中PFK与PDH的活性虽有改变但并不显著。注射6 h后，肌肉中PFK活性显著升高，PDH活性显著降低。提示IL-1调节PFK和PDH活性可能主要是通过慢速调节机制而不是快速调节机制。Taylor等[4]对人类风湿样滑液细胞(RSC)进行体外实验发现，IL-1α和β，IFN-γ具有相似的作用[5]，它们都能增强RSC对葡萄糖的摄取、乳酸的产生和细胞2，6-二磷酸果糖的含量。后者是6-磷酸果糖-1糖酶最强的别构激活剂，促进糖的酵解作用，由此可知IL-1促进RSC糖酵解无需胰岛素和其它因子的介导。Taylor[1]双在皮肤成纤维细胞培养液中加入IL-1α，该细胞乳酸产生增多，来自6-14C-葡萄糖形成的CO2减少。
烫伤大鼠伤肢肌肉PFK和PDH活性变化是随着IL-1的变化而变化的。但是当烫伤大鼠明显感染时，PFK活性并不随着IL-1的升高而增加，PDH活性不但不继续下降反而出现活性回升趋势。这可能与体内IL-1受体拮抗剂IL-1ra[6](它与IL-1受体结合以降低IL-1的生物活性效应)出现有关。当IL-1升高超过正常5倍时，IL-1ra开始起作用[7]。体内较高浓度的IL-1ra能阻止IL-1的作用[8]。创伤后体内产生多种细胞因子，除IL-1，是否还有其它因子参与糖代谢，需要作进一步的研究。
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全军“八五”攻关项目，No.9108000
作者简介：廖兴荣，男，35岁，讲师，硕士
参考文献
1 Taylor D J, Faragher E B, Evanson J M. Inflammatory cytokines stimulate glucose uptake and glycolysis but reduce glucose oxidation in human dermal fibroblasts in vitro. Circulatory Shock,1992,37(2):105
2 Tredget E E, Yu YM, Zhong S,et al. Role of interleukin 1 and tumor necrosis factor on energy metabolism in rabbits. Am J Physiol,1988,255(6Pt1):E760
, http://www.100md.com
3 Yamaguchi Y, Yu Y M, Daid M, et al. Effect of burn injury on glucose and nitrogen metabolism in the liver preliminary studies in a perfused liver system. Surgery,1997,121(3):295
4 Taylor D J, Whitehead R J, Evanson J M. Effect of recombinant cytokines on glycolysis and fructose 2,6-bisphosphate in rheumatoid synovial cells in vitro. Biochem J,1988,250(1):111
5 Nishimura M, Fedoyo V S, Uvede K. Glucose-stimulated sythesis of fructose 2,6-bisphosphate in rat liver. J Bio Chem,1994,269(42):26 100
, 百拇医药
6 Dinarello C A. Interleukin-1 and interleukin-1 antagonism. Blood,1991,77(8):1 627
7 Cinat M, Wavman K, Vaziri N D, et al. Soluble cytokine receptors and receptor antagonists are sequentially released after trauma. Trauma,1995,39(1):112
8 Fischer E, Marano M A, Barber A E, et al. Comparison between effects of interleukin-1. Physiol,1991,261(52):R442
(收稿：1998-01-06；修回：1998-10-27), 百拇医药