钒酸盐对实验性糖尿病大鼠肾脏的影响
作者：艾智华 张忠辉
单位：第三军医大学西南医院内分泌科 400038
关键词：钒酸盐；糖尿病；肾功能
重庆医学990107
摘要 目的 观察钒酸盐(Va)对链脲霉素诱导的糖尿病(DM)大鼠肾脏功能和结构的影响。方法 正常大鼠和糖尿病大鼠自由饮用钒酸钠水12周后，测定肾功能，包括内生肌酐清除率(Ccr)、尿蛋白排泄量(UPE)，并取肾脏作光镜和电镜检查，测定肾小球平均面积(MGPA)和肾小球平均体积(MGV)。结果 DM大鼠12周时存在肾功能改变，Ccr和UPE增加，MGPA和MGV增大，并有肾脏超微结构受损，而钒酸盐治疗能明显改善DM大鼠的上述改变，且对正常大鼠肾功能无明显影响。结论 本研究提示Va治疗对DM大鼠肾病有防治作用，具有临床应用前景。
, 百拇医药 Effects of Vanadate on Renal Function in Diabetic Rats
Ai Zhihua,Zhang Zhonghui.Department of Endocrinology,Southwest Hospitol,The Thind Military Medical University, Chongqing 400038
Abstract Objective: To study the effects of Vanadate(Va) on renal function,and structure in streptozotocin induced diabetic rats and to provide the experimental bases for clinical application of Va.Methods: Sodium orthovasnadate was administered to normal and diabetic rats.24h urinary protein excretion(UPE) and clearance of creatinine(Ccr) were determined in normal rats and diabetic rats at 12nd week,and the kidaneys were processed for morphological examination with light and eletron microscopes.Mean glomerular plane area (MGPA) and mean glomerular volume(MGV) were calculated.Results: Ccr、LKW、MGPA and MGV increased at 12nd week in diabetic rats.The electron microscopic results showed that the ultrastructures of kidney were significanty deranged in diabetic rats.Ccr、LKW、MGP and MGV in Va-treated diabetic rats decreased to approach normal level,and the pathologic changes of kidney were improved significantly.In Va-treated noraml rats,no changes were found in renal function.No increase of plasma insulin was found.Conclusion: Va could contribute to the improvement of diabetic nephropathy in diabetic rats.
, 百拇医药
Key words Vanadatd Diabetes Renal function
钒酸盐(Va)具有广泛的模拟胰岛素作用[1]，能稳定有效地控制血糖、缓解胰岛素抵抗，而不增加血浆胰岛素水平[2，3]，成为有希望的糖尿病治疗药物。目前关于Va对肾脏功能影响的研究不多。本试验旨在为Va的临床应用提供实验依据，而观察了Va对正常大鼠及糖尿病大鼠肾脏的影响。
材料和方法
1 实验分组
采用雄性Wister大鼠，随机分成4组。
NC组：正常对照组，自由饮用NaCl水(80mmol/L)。
CV组：正常饮钒组，自由饮用含0.7mg/ml正钒酸钠(Sodium orthovasnadate,Na3VO4)的NaCl水。
, 百拇医药
DM组：糖尿病，链脲霉素(STZ)50mg/kg单次腹腔注射，5天后血糖≥16.7mmol/L为糖尿病模型。自由饮用NaCl水。
DV组：糖尿病饮钒组，自由饮用0.5mg/mlNa3VO4的NaCl水，使CV组和DV组摄入钒的实际量接近。
2 标本采集
(1)分组治疗12周后，代谢笼收集24小时尿，记尿量，测尿蛋白含量(PRO)，尿肌酐(Ucr)。
(2)称重后麻醉，右心室取血测血糖、尿素(Urea)、血肌酐(Scr)、糖基化血红蛋白(HbA1c)、胰岛素(INS)。
(3)处死大鼠取双肾，去包膜称重，右肾部分置4%多聚甲醛中浸泡固定，另小块修成1mm×1mm×1mm大小，用1.25%戊二醛固定，用于光镜和电镜观察。
, 百拇医药
3 生化指标测定
采用CX-7自动生化分析仪(BeckMan公司产品)，测血糖、Scr、Urea、Ucr，并计算内生肌酐清除率(Ccr)，结果用体重校正。碘柳酸-硫酸钠比浊法测尿蛋白，并计算24小时尿蛋白排泄量(UPE)。亲和层析微柱法测HbA1c。放免法测血浆胰岛素。
4 体视学及形态学分析
常规方法制备光镜及电镜组织切片。光镜切片HE染色和PAS染色，用tiger 920图像分析仪测定肾小球平均截面积(MGPA)和平均体积(MGV)。常规方法行光镜、电镜下形态学观察。
5 统计方法
数据用平均数±标准差(
±SD)表示，用统计程序包SPMR进行方差分析。
, 百拇医药
实验结果
1 体重、肾重/体重比(LKW)、MGPA、MGV的变化
如表1所示，与正常大鼠相比，饮Va的正常大鼠体重降低，LKW高，差别非常显著(P<0.01)，而MPGA、MGV无显著差异(P>0.05)；糖尿病(DM)大鼠LKW、MGPA和MGV均显著升高，体重降低(P<0.01)。
表1 各组体重、LKW、MGPA和MGV的变化(±SD) 分组
例数
体重(kg)
LKW(10-3)
, 百拇医药 MGPA(102μm2)
MGV(103μm3)
NC
9
368.8±24.7
604±0.69
51.25±3.83
433.6±35.9
CV
9
297.0±27.1++
, http://www.100md.com
7.62±0.49++
52.75±4.42
443.5±40.9
DM
8
205.5±20.8++
12.39±1.54++
64.67±5.21++
651.3±46.1++
DV
8
, 百拇医药
264.3±20.0++△△
8.27±0.55++△△
54.28±5.64△△
458.7±38.1△△
注：与NC组比较++P<0.01；与DM组比较，△△P<0.01
饮Va治疗的糖尿病大鼠比未治疗组(DM组)体重显著升高，LKW、MGPA和MGV显著下降(P<0.01)，其中MGPA、MGV与正常大鼠无显著差异(P>0.05)，体重和LKW仍显著低于正常大鼠(P<0.01)。
2 血糖、HbA1c、INS的变化
, http://www.100md.com
表2显示：与正常对照组大鼠相比，饮Va降低了正常大鼠血浆胰岛素水平，但无统计学差异(P>0.05)，Va对正常大鼠血糖、HbA1C无明显影响。
表2 各组血糖、HbA1c、INS的变化(±SD) 组别
例数
血糖(mmol/L)
HbA1c(%)
INS(mμ/L)
NC
9
9.07±0.98
, http://www.100md.com
5.67±0.53
24.37±3.07
CV
9
8.77±1.14
5.46±0.40
18.92±3.63
DM
8
30.57±2.56++
12.56±1.06++
9.38±1.91++
, http://www.100md.com
DV
8
9.77±1.22△△
8.33±0.73++△△
10.95±2.89++
注：与NC组比较，++P<0.01；与DM比较，△△P<0.01
糖尿病大鼠血糖和HbA1c显著高于正常大鼠，血浆胰岛素低(P<0.01)，Va的治疗使血糖和HbA1c显著下降，血糖接近正常大鼠水平(P>0.05)，HbA1c仍高于正常对照组大鼠，同时，Va的治疗不影响DM大鼠血浆胰岛素水平。
, 百拇医药 3 肾功能及尿蛋白的变化
表3所示，饮用Va的正常大鼠Urea、Ccr、UPE与正常对照组无显著差别(P>0.05)。DM组大鼠12周的Urea、Ccr和UPE均显著高于正常大鼠(P<0.01)。经Va治疗的DM大鼠，各项指标与未治疗的DM鼠相比均显著下降(P<0.01)，但Ccr和UPE仍高于正常对照组。
表3 各组肾功能的变化(±SD) 组别
例数
Urea(mmol/L)
Ccr(ml/min.kg)
UPE(mg/d)
, 百拇医药 NC
9
7.28±0.75
4.40±0.55
9.41±1.74
CV
9
7.51±0.80
4.44±0.69
9.96±1.91
DM
8
11.36±1.79++
, 百拇医药
6.82±0.52++
44.04±14.38++
DV
8
7.84±0.58△△
5.68±0.47++△△
14.01±4.30++△△
注：与NC组比较，++P<0.01；与DM比较，△△P<0.01
4 组织学改变
(1)光镜检查：HE染色显示12周时DM组肾小球肥大，系膜区弥漫性增宽，肾小球细胞增生、细胞数目增多，散在肾小管上皮细胞肿胀变性、脱落，CV和DV组则无明显改变。PAS染色显示DM组肾脏组织细胞染色强度普遍增强，肾小球系膜区阳性染色区域增宽，基底膜增厚。CV组和DV组无明显改变。
, 百拇医药
(2)电镜检查：DM组肾小球系膜区显著扩大，基质增多，脏层上皮细胞足突融合，基底膜不规则轻度增厚。CV组和DV组无明显异常。
讨论
从1979年以来，钒酸盐的广泛模拟胰岛素作用已经被证实。目前认为，Va的作用机理可能在胰岛素受体和受体后水平[1]，Va抑制酪氨酸磷酸酶，使蛋白酪氨酸残基磷酸化增多，引起酪氨酸蛋白激酶(TPK)等酶活性增强，导致多种生物学效应。本实验中，在STZ诱导的糖尿病大鼠模型，饮用0.5mg/ml的Va，至12周时血糖稳定有效地控制，而不升高DM大鼠血胰岛素水平。Va不依赖胰岛素的独立降血糖作用及增加靶细胞对胰岛素的敏感性[4]，使胰岛素需要量减少，可能是Va降低血浆胰岛素水平的原因。
胰岛素抵抗和高胰岛素血症互为因果，是许多严重并发症的起始原因，本实验结果提示，在2型糖尿病人如果应用Va，不仅能有效控制血糖，还能降低血浆胰岛素，缓解胰岛素抵抗，从而降低或延缓并发症的发生[5]。
, 百拇医药
经口摄入的Va吸收入血后广泛分布到全身组织器官，以骨骼、肾脏中含量最高，同时肾脏又是主要的排钒器官[5]。目前关于钒对肾脏功能影响的报道较少。李才等用饮用0.1mg/ml和0.2mg/ml两种剂量的钒酸钠水的方法治疗糖尿病大鼠5周，结果未发现心脏、肝脏和肾脏的功能损害。本实验显示，与正常大鼠相比，饮用0.5mg/ml钒酸钠水12周后，Urea、Ccr和UPE无显著差异，尽管LKW增高，但MGPA、MGV均无明显变化，因而LKW的增高是由于Va抑制体重的增长之故，肾小球并无肥大，组织学检查也无明显差别，说明12周的Va治疗对正常大鼠肾脏无明显损害作用。12周时，DM大鼠Urea、Ccr、UPE和MGPA、MGV均显著升高，表现为以肾小球肥大、高滤过为主的肾功能损害，组织学改变为肾小球肥大、细胞增生、基底膜增厚、肾小管上皮细胞肿胀等损害。而钒酸盐治疗的糖尿病大鼠上述改变明显减轻或消失，说明12周的Va治疗使DM大鼠的肾脏肥大、肾功能损害延缓发生或得以减轻，具有防治糖尿病肾病的有益作用。
参考文献：
, 百拇医药
1 张平，张忠辉，冯华芳等.钒酸钠降糖作用机理的研究.中华内分泌代谢杂志 1997；13：111
2 Blondel O,Bailbe D.In Vivo insulin resistance in streptozotocin-diabetic rats-Evidence of reversal following oral vanadate treatment.Diabetologia,1989;32:185
3 Pederson RA,Ramanadhan S,et al.Long-term effects of vanadyl treatment on streptozotocin-induced diabetes in rats. Diabetes.1989;38:1390
4 Erikson JW,Lounroth P,Smiet U,Vanadate increase cell surface insulin binding and improves insulin sensitivity in both normal and insulin-resistant rat adipocytes.Diabetologia.1992;35:510
5 陈家伦。胰岛素抵抗与代谢病心血管疾病。中华内分泌代谢杂志 1993；9：238
6 Domingo JL,Lobet JM,Tomas JM,et al.Influence of Chelating agents on the toxicity,distribution and excretion of vanadium in mice.T Appl Toxicol,1986;6:337
7 李才，刘岩松，王丽娟等.钒酸盐对实验性糖尿病大鼠心、肝和肾脏功能的影响.白求恩医科大学学报 1992；18(1)：142, 百拇医药
单位：第三军医大学西南医院内分泌科 400038
关键词：钒酸盐；糖尿病；肾功能
重庆医学990107
摘要 目的 观察钒酸盐(Va)对链脲霉素诱导的糖尿病(DM)大鼠肾脏功能和结构的影响。方法 正常大鼠和糖尿病大鼠自由饮用钒酸钠水12周后，测定肾功能，包括内生肌酐清除率(Ccr)、尿蛋白排泄量(UPE)，并取肾脏作光镜和电镜检查，测定肾小球平均面积(MGPA)和肾小球平均体积(MGV)。结果 DM大鼠12周时存在肾功能改变，Ccr和UPE增加，MGPA和MGV增大，并有肾脏超微结构受损，而钒酸盐治疗能明显改善DM大鼠的上述改变，且对正常大鼠肾功能无明显影响。结论 本研究提示Va治疗对DM大鼠肾病有防治作用，具有临床应用前景。
, 百拇医药 Effects of Vanadate on Renal Function in Diabetic Rats
Ai Zhihua,Zhang Zhonghui.Department of Endocrinology,Southwest Hospitol,The Thind Military Medical University, Chongqing 400038
Abstract Objective: To study the effects of Vanadate(Va) on renal function,and structure in streptozotocin induced diabetic rats and to provide the experimental bases for clinical application of Va.Methods: Sodium orthovasnadate was administered to normal and diabetic rats.24h urinary protein excretion(UPE) and clearance of creatinine(Ccr) were determined in normal rats and diabetic rats at 12nd week,and the kidaneys were processed for morphological examination with light and eletron microscopes.Mean glomerular plane area (MGPA) and mean glomerular volume(MGV) were calculated.Results: Ccr、LKW、MGPA and MGV increased at 12nd week in diabetic rats.The electron microscopic results showed that the ultrastructures of kidney were significanty deranged in diabetic rats.Ccr、LKW、MGP and MGV in Va-treated diabetic rats decreased to approach normal level,and the pathologic changes of kidney were improved significantly.In Va-treated noraml rats,no changes were found in renal function.No increase of plasma insulin was found.Conclusion: Va could contribute to the improvement of diabetic nephropathy in diabetic rats.
, 百拇医药
Key words Vanadatd Diabetes Renal function
钒酸盐(Va)具有广泛的模拟胰岛素作用[1]，能稳定有效地控制血糖、缓解胰岛素抵抗，而不增加血浆胰岛素水平[2，3]，成为有希望的糖尿病治疗药物。目前关于Va对肾脏功能影响的研究不多。本试验旨在为Va的临床应用提供实验依据，而观察了Va对正常大鼠及糖尿病大鼠肾脏的影响。
材料和方法
1 实验分组
采用雄性Wister大鼠，随机分成4组。
NC组：正常对照组，自由饮用NaCl水(80mmol/L)。
CV组：正常饮钒组，自由饮用含0.7mg/ml正钒酸钠(Sodium orthovasnadate,Na3VO4)的NaCl水。
, 百拇医药
DM组：糖尿病，链脲霉素(STZ)50mg/kg单次腹腔注射，5天后血糖≥16.7mmol/L为糖尿病模型。自由饮用NaCl水。
DV组：糖尿病饮钒组，自由饮用0.5mg/mlNa3VO4的NaCl水，使CV组和DV组摄入钒的实际量接近。
2 标本采集
(1)分组治疗12周后，代谢笼收集24小时尿，记尿量，测尿蛋白含量(PRO)，尿肌酐(Ucr)。
(2)称重后麻醉，右心室取血测血糖、尿素(Urea)、血肌酐(Scr)、糖基化血红蛋白(HbA1c)、胰岛素(INS)。
(3)处死大鼠取双肾，去包膜称重，右肾部分置4%多聚甲醛中浸泡固定，另小块修成1mm×1mm×1mm大小，用1.25%戊二醛固定，用于光镜和电镜观察。
, 百拇医药
3 生化指标测定
采用CX-7自动生化分析仪(BeckMan公司产品)，测血糖、Scr、Urea、Ucr，并计算内生肌酐清除率(Ccr)，结果用体重校正。碘柳酸-硫酸钠比浊法测尿蛋白，并计算24小时尿蛋白排泄量(UPE)。亲和层析微柱法测HbA1c。放免法测血浆胰岛素。
4 体视学及形态学分析
常规方法制备光镜及电镜组织切片。光镜切片HE染色和PAS染色，用tiger 920图像分析仪测定肾小球平均截面积(MGPA)和平均体积(MGV)。常规方法行光镜、电镜下形态学观察。
5 统计方法
数据用平均数±标准差(
±SD)表示，用统计程序包SPMR进行方差分析。, 百拇医药
实验结果
1 体重、肾重/体重比(LKW)、MGPA、MGV的变化
如表1所示，与正常大鼠相比，饮Va的正常大鼠体重降低，LKW高，差别非常显著(P<0.01)，而MPGA、MGV无显著差异(P>0.05)；糖尿病(DM)大鼠LKW、MGPA和MGV均显著升高，体重降低(P<0.01)。
表1 各组体重、LKW、MGPA和MGV的变化(
±SD) 分组例数
体重(kg)
LKW(10-3)
, 百拇医药 MGPA(102μm2)
MGV(103μm3)
NC
9
368.8±24.7
604±0.69
51.25±3.83
433.6±35.9
CV
9
297.0±27.1++
, http://www.100md.com
7.62±0.49++
52.75±4.42
443.5±40.9
DM
8
205.5±20.8++
12.39±1.54++
64.67±5.21++
651.3±46.1++
DV
8
, 百拇医药
264.3±20.0++△△
8.27±0.55++△△
54.28±5.64△△
458.7±38.1△△
注：与NC组比较++P<0.01；与DM组比较，△△P<0.01
饮Va治疗的糖尿病大鼠比未治疗组(DM组)体重显著升高，LKW、MGPA和MGV显著下降(P<0.01)，其中MGPA、MGV与正常大鼠无显著差异(P>0.05)，体重和LKW仍显著低于正常大鼠(P<0.01)。
2 血糖、HbA1c、INS的变化
, http://www.100md.com
表2显示：与正常对照组大鼠相比，饮Va降低了正常大鼠血浆胰岛素水平，但无统计学差异(P>0.05)，Va对正常大鼠血糖、HbA1C无明显影响。
表2 各组血糖、HbA1c、INS的变化(
±SD) 组别例数
血糖(mmol/L)
HbA1c(%)
INS(mμ/L)
NC
9
9.07±0.98
, http://www.100md.com
5.67±0.53
24.37±3.07
CV
9
8.77±1.14
5.46±0.40
18.92±3.63
DM
8
30.57±2.56++
12.56±1.06++
9.38±1.91++
, http://www.100md.com
DV
8
9.77±1.22△△
8.33±0.73++△△
10.95±2.89++
注：与NC组比较，++P<0.01；与DM比较，△△P<0.01
糖尿病大鼠血糖和HbA1c显著高于正常大鼠，血浆胰岛素低(P<0.01)，Va的治疗使血糖和HbA1c显著下降，血糖接近正常大鼠水平(P>0.05)，HbA1c仍高于正常对照组大鼠，同时，Va的治疗不影响DM大鼠血浆胰岛素水平。
, 百拇医药 3 肾功能及尿蛋白的变化
表3所示，饮用Va的正常大鼠Urea、Ccr、UPE与正常对照组无显著差别(P>0.05)。DM组大鼠12周的Urea、Ccr和UPE均显著高于正常大鼠(P<0.01)。经Va治疗的DM大鼠，各项指标与未治疗的DM鼠相比均显著下降(P<0.01)，但Ccr和UPE仍高于正常对照组。
表3 各组肾功能的变化(
±SD) 组别例数
Urea(mmol/L)
Ccr(ml/min.kg)
UPE(mg/d)
, 百拇医药 NC
9
7.28±0.75
4.40±0.55
9.41±1.74
CV
9
7.51±0.80
4.44±0.69
9.96±1.91
DM
8
11.36±1.79++
, 百拇医药
6.82±0.52++
44.04±14.38++
DV
8
7.84±0.58△△
5.68±0.47++△△
14.01±4.30++△△
注：与NC组比较，++P<0.01；与DM比较，△△P<0.01
4 组织学改变
(1)光镜检查：HE染色显示12周时DM组肾小球肥大，系膜区弥漫性增宽，肾小球细胞增生、细胞数目增多，散在肾小管上皮细胞肿胀变性、脱落，CV和DV组则无明显改变。PAS染色显示DM组肾脏组织细胞染色强度普遍增强，肾小球系膜区阳性染色区域增宽，基底膜增厚。CV组和DV组无明显改变。
, 百拇医药
(2)电镜检查：DM组肾小球系膜区显著扩大，基质增多，脏层上皮细胞足突融合，基底膜不规则轻度增厚。CV组和DV组无明显异常。
讨论
从1979年以来，钒酸盐的广泛模拟胰岛素作用已经被证实。目前认为，Va的作用机理可能在胰岛素受体和受体后水平[1]，Va抑制酪氨酸磷酸酶，使蛋白酪氨酸残基磷酸化增多，引起酪氨酸蛋白激酶(TPK)等酶活性增强，导致多种生物学效应。本实验中，在STZ诱导的糖尿病大鼠模型，饮用0.5mg/ml的Va，至12周时血糖稳定有效地控制，而不升高DM大鼠血胰岛素水平。Va不依赖胰岛素的独立降血糖作用及增加靶细胞对胰岛素的敏感性[4]，使胰岛素需要量减少，可能是Va降低血浆胰岛素水平的原因。
胰岛素抵抗和高胰岛素血症互为因果，是许多严重并发症的起始原因，本实验结果提示，在2型糖尿病人如果应用Va，不仅能有效控制血糖，还能降低血浆胰岛素，缓解胰岛素抵抗，从而降低或延缓并发症的发生[5]。
, 百拇医药
经口摄入的Va吸收入血后广泛分布到全身组织器官，以骨骼、肾脏中含量最高，同时肾脏又是主要的排钒器官[5]。目前关于钒对肾脏功能影响的报道较少。李才等用饮用0.1mg/ml和0.2mg/ml两种剂量的钒酸钠水的方法治疗糖尿病大鼠5周，结果未发现心脏、肝脏和肾脏的功能损害。本实验显示，与正常大鼠相比，饮用0.5mg/ml钒酸钠水12周后，Urea、Ccr和UPE无显著差异，尽管LKW增高，但MGPA、MGV均无明显变化，因而LKW的增高是由于Va抑制体重的增长之故，肾小球并无肥大，组织学检查也无明显差别，说明12周的Va治疗对正常大鼠肾脏无明显损害作用。12周时，DM大鼠Urea、Ccr、UPE和MGPA、MGV均显著升高，表现为以肾小球肥大、高滤过为主的肾功能损害，组织学改变为肾小球肥大、细胞增生、基底膜增厚、肾小管上皮细胞肿胀等损害。而钒酸盐治疗的糖尿病大鼠上述改变明显减轻或消失，说明12周的Va治疗使DM大鼠的肾脏肥大、肾功能损害延缓发生或得以减轻，具有防治糖尿病肾病的有益作用。
参考文献：
, 百拇医药
1 张平，张忠辉，冯华芳等.钒酸钠降糖作用机理的研究.中华内分泌代谢杂志 1997；13：111
2 Blondel O,Bailbe D.In Vivo insulin resistance in streptozotocin-diabetic rats-Evidence of reversal following oral vanadate treatment.Diabetologia,1989;32:185
3 Pederson RA,Ramanadhan S,et al.Long-term effects of vanadyl treatment on streptozotocin-induced diabetes in rats. Diabetes.1989;38:1390
4 Erikson JW,Lounroth P,Smiet U,Vanadate increase cell surface insulin binding and improves insulin sensitivity in both normal and insulin-resistant rat adipocytes.Diabetologia.1992;35:510
5 陈家伦。胰岛素抵抗与代谢病心血管疾病。中华内分泌代谢杂志 1993；9：238
6 Domingo JL,Lobet JM,Tomas JM,et al.Influence of Chelating agents on the toxicity,distribution and excretion of vanadium in mice.T Appl Toxicol,1986;6:337
7 李才，刘岩松，王丽娟等.钒酸盐对实验性糖尿病大鼠心、肝和肾脏功能的影响.白求恩医科大学学报 1992；18(1)：142, 百拇医药