（营养与食品卫生学专业论文）低钠盐对胰岛素信号通路基因网络状态的影响.pdf

i l tl l ii i iii i i i iii iiif y 17 9 7 2 9 6 天津科技大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究 成果。除文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发 表或撰写的成果内容。对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：恸日罨 日期：o 甲年弓月嵇日 专利权声明 本人郑重声明：所呈交的论文涉及的创造性发明的专利权及使用权完全归天津科 技大学所有。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：晦解君 日期：订年月彩日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权天津科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密ii ( 请在方框内打“v ”) ，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密切( 请在方框内打“v ) 。 作者签名：渤日君作者签名：、幂刖霉 轻殆澎中 日期：口子年) 月2 万日日期：口。年) 月2 万日 日期印年多月咖 摘要 随着人类基因组测序工作的完成，基因与饮食的关系已经成为营养学研究的新热 点。在流行病学研究中，发现高血压与肥胖均属于多基因疾病，且都存在胰岛素抵抗， 即胰岛素信号通路传导异常。限盐作为有效的非药物手段，在控制血压、肥胖及缓减 胰岛素抵抗方面有着积极作用。基于以上的研究，本论文应用基因芯片技术，从分子 水平，揭示低钠盐饮食对胰岛素信号通路相关基因表达情况的影响，并建立基因间相 互关联的局部网络。 论文中所用的低钠盐由川崎食品有限公司提供，其n a c l 含量为5 0 左右。在监 督下，用这种盐代替普通食盐，针对正常人群、高血压人群、以及高血压并发肥胖人 群，共9 人，进行1 2 周的实验。采集受试者食用前后血样，进行芯片实验。 本论文通过生物信息统计，确定血液中表达的胰岛素信号通路相关基因共1 1 4 个。 针对高血压人群与正常人群，应用博奥生物有限公司的2 2 k 人类全基因组芯片。主要 的变化基因a k t 2 、a k t 3 、g s k 3 、g c k 、h k 2 、以及s o s 参与了相关通路：p i 一3 k a k t s i g n a l i n gp a t h w a y ，f o c a la d h e s i o n ，t c e l lr e c e p t o rs i g n a l i n gp a t h w a y ，j a k - s t a t s i g n a l i n gp a t h w a y 。针对高血压并发肥胖患者人群，应用康成生物工程公司针对性更 强的芯片，仅对1 1 4 个胰岛素信号通路相关基因进行检测。由表达明显变化的基因建 立基因局部网络，主要涉及到的通路有：p i 3 k a k ts i g n a l i n gp a t h w a y ，f o c a l a d h e s i o n ，b c e l lr e c e p t i o ns i g n a l i n gp a t h w a y , l o n g t e r md e p r e s s i o n 。通过对这些基因局域网络的分 析，发现这些基因表达的变化对胰岛素信号相关通路的传导有一定改善作用，调控细 胞的活性，改善葡萄糖的摄取和运输，在一定程度上能缓减胰岛素抵抗。希望本论文 能为限盐研究提供新的思路和线索。 关键词：胰岛素抵抗；低钠盐；胰岛素信号通路；表达谱芯片；局部网络 a b s t r a c t w i t ht h es u c c e s s f u l c o m p l e t i o no fs e q u e n c i n g h u m a n g e n o m e ，t h es t u d y o f r e l a t i o n s h i pb e t w e e ng e n ea n dd i e th a sb e c o m ean e wf o c u so fn u t r i o l o g y i nt h es t u d yo f e p i d e m i o l o g y , o b e s i t ya n dh y p e r t e n s i o nb o t hb e l o n gt om u l t i - g e n ed i s e a s e s ，a n di t i s a s s u m e dt h a ti n s u l i n - r e s i s t a n c em a yb cac o m m o np a t h o l o g i c a lb a s i sf o rt h et w od i s e a s e s a sa ne f f e c t i v en o n m e d i c a lw a y , l i m i t i n gs a l th a sap o s i t i v ee f f e c to nc o n t r o l l i n g h y p e r t e n s i o na n do b e s i t y , a n dm e d i a t i n gi n s u l i n - r e s i s t a n c e b a s e do nt h ep r e v i o u sr e s e a r c h ， u s i n gt h em i c r o a r r a y , t h i st h e s i se x p l o r e st h ee f f e c to fl o w - s o d i u m - s a l to nt h ee x p r e s s i o no f g e n er e l a t e dt oi n s u l i ns i g n a l i n gp a t h w a y , a n ds e t su pt h ei n i t i a lm o d e lo fl o e a lg e n e n e t w o r k t h el o w - s o d i u m - s a l tu s e di nt h i ss t u d yi so f f e r e db yc h u a n q ic o m p a n y i tc o n t a i n s a r o u n d5 0 n a c l t h r e eg r o u p s ，i n c l u d i n gh e a l t h yg r o u p ，h y p e r t e n s i v eg r o u p ，o b e s ea n d h y p e r t e n s i v eg r o u p ，9p e o p l ei nt o t a l ，w e r ec h o s e dt oc o n s u m el o w - s o d i u m - s a l tf o r1 2 w e e k s t h ep e r i p h e r a lb l o o dt a k e nb e f o r ea n da f t e rc o n s u m i n gl o w - s o d i u ms a l t , w e r eu s e d f o rm i c r o a r r a y i nt h i st h e s i s ，1 4 4g e n e sr e l a t e dt oi n s u l i ns i g n a l i n gp a t h w a yw e r ei d e n t i f i e db y b i o l o g i c a li n f o r m a t i o na n a l y s i s 2 2 kh u m a ng e n o m ea r r a yw a su s e dt oa n a l y z e t h e d i f f e r e n c e so ft h eg e n ee x p r e s s i o ni nh e a l t h yg r o u pa n dh y p e r t e n s i v eg r o u p t h em a i n c h a n g e dg e n e ，s u c ha sa k t 2 、a k t 3 、g s k 3 、g c k 、h k 2 、s o s ，w e r ec o n n e c t e dw i t h p i - 3 k a k ts i g n a l i n gp a t h w a y ，f o c a la d h e s i o n ，tc e l lr e c e p t o rs i g n a l i n gp a t h w a y ，a n d j a k - s t a ts i g n a l i n gp a t h w a y t h em i c r o a r r a y 、i t ho n l y1 4 4g e n e sr e l a t e dt oi n s u l i n s i g n a l i n gp a t h w a yw a su s e df o ro b e s ea n dh y p e r t e n s i v eg r o u p s e tu pa ni n i t i a lm o d e lo f l o c a l g e n en e t w o r kw i t hc h a n g e dg e n e s t h en e t w o r ki n c l u d ep i - 3 k a k ts i g n a l i n g p a t h w a y ，f o c a la d h e s i o n ，bc e l lr e c e p t i o ns i g n a l i n gp a t h w a y , a n dl o n g - t e r md e p r e s s i o n t h ec h a n g e dg e n e sm a ya f f e c ta c t i v i t i e so fi n s u l i ns i g n a l i n gp a t h w a y , m o d u l a t ea c t i v e i t i e s o fc e l l ，a c c e l e r a t ei n t a k ea n dt r a n s p o r to fg l u c o s e ，a n dm e d i a t ei n s u l i n r e s i s t a n c e ih o p e t h i st h e s i sc a n p r o v i d ea n e w w a y t os t u d yo fl i m i t i n gs a l t k e yw o r d ：i n s u l i nr e s i s t a n c e ，l o w s o d i u ms a l t ，i n s u l i ns i g n a l i n gp a t h w a y ，m i c r o a r r a y ， l o c a lg e n en e t w o r k 目录 l 前言0 0 04mo4 p “”1 1 1 研究背景1 1 2 研究内容和意义1 1 3 食用盐的相关研究报道2 1 3 1 盐的基本特征”2 1 3 2 限盐的必要性2 1 3 3 低钠盐的现状m o o i l l 0 00 0 。1 1q4 d4 d000 00 00 0 0 3 1 3 4 本论文中所用低钠盐的特点3 1 4 胰岛素和胰岛素信号通路3 1 4 1 胰岛素简介，4 1 4 2 胰岛素信号通路4 1 5 胰岛素抵抗与疾病5 1 5 1 胰岛素抵抗5 1 5 2 胰岛素抵抗和肥胖5 1 5 3 胰岛素抵抗和高血压o b 4 d q po 6 1 6 胰岛素抵抗诱导因素”0 0 000 10 7 1 7 食盐对胰岛素抵抗及相关疾病的影响7 1 7 1 食盐对高血压的影响8 1 7 2 食盐对肥胖的影响0 0 4 1 p0 0 b 8 1 7 3 食盐对胰岛素抵抗的影响：”8 1 8 基因芯片9 1 8 1 概j 态“一b o o4 dq p bo i j o 9 1 8 2 基因芯片技术原理9 1 8 3 基因芯片的应用1 0 1 8 4 基因芯片应用前景1 1 1 9 基因网络o i i d oo g o 1 1 1 9 1 基因网络概况1 1 1 9 2 基因网络的研究进展? ”1 1 1 9 3 基因网络研究的原理1 2 1 9 4 基因网络的基本特性”1 2 1 9 5 基因网络的技术支持1 3 1 9 6 基因网络的研究前景1 3 2 材料与方法”1 4 2 1 材料与仪器1 4 2 1 1 试验材料1 4 2 1 2 仪器”“”一“一”1 4 2 1 3 药品配制1 5 2 2 人群样本采集1 6 2 3r n a 提取方法o o oo ioo oo i i oobo oioooooo o0 1 1 1 7 2 4r n a 质量检测”。1 7 2 5 芯片的制作1 8 2 5 1 博奥公司2 2 k 人类全基因组芯片概况1 8 2 5 22 2 k 人类全基因组芯片芯片制作过程1 8 2 5 3 芯片质量控制2 0 2 6 康成的胰岛素信号通路相关基因的芯片制作2 1 2 6 1 芯片相关基因的选择2 1 2 6 2c r n a 标记与合成2 1 2 6 3 芯片杂交2 3 2 6 4 化学发光检测2 3 2 6 5 图像采集与数据分析2 4 2 7 聚类分析q o q 0 0 0 o o oo ioooo oioo o o 2 4 2 7 1 聚类分析的一般步骤2 4 2 7 2 分层聚类2 4 2 8 局部基因网络的建立2 5 3 结果与讨论2 6 3 1 基因信息采集2 6 3 1 1 高血压、肥胖相关的基因统计2 6 3 1 2 胰岛素信号通路相关基因的确定2 6 3 2 正常人群与高血压人群实验2 7 3 2 1r n a 的抽提结果2 7 3 2 2 芯片结果2 7 3 2 3 聚类分析3 0 3 2 4 表达明显上调下调基因统计3 0 3 2 5 局部基因网络的建立3 1 3 2 6 表达变化基因与通路的关联3 2 3 2 7 通路间相互的联系3 4 3 3 肥胖并发高血压人群实验3 4 3 3 1r n a 提取结果3 5 3 3 2 基因芯片结果：“3 5 3 3 3 聚类结果3 6 3 3 4 表达上调和下调基因统计” 3 7 3 3 5 局部基因网络的建立3 8 3 3 6 表达变化的基因与通路的关联3 9 3 3 7 对局部基因网络的影响3 9 3 4 低钠盐作用机制推理4 0 4 结论一“一”“一“一”“”4 2 5 展望j oo ”4 4 6 参考文献o o goooo0000 0 0 4 5 7 攻读硕士学位期间发表论文情况5 1 附录“”“”“5 2 i i i 天津科技大学硕士学位论文 1 前言 1 1 研究背景 随着人类基因组测序工作的完成以及相应的基因组学研究手段的建立，不断飞速 发展的基因科技，已将我们带入了“基因时代，营养学的研究也随之发生着变革。 过去的营养科学研究，主要侧重于确定人群的营养素和能量的需求，营养状况的普查， 开发新的食物资源，临床营养等【1 1 。人们关于健康的概念模式也只是“单车道 ，即 “坏 食品会增大患上如心脏病、癌症等一些可怕的疾病的几率，而“好”食品的介 入则会有效的保护健康。然而，今天的营养学研究发现由于人们基因的差异，我们对 各种营养物的吸收、利用和储存同样也存在着差异，人们需要根据自己的基因特点更 合理的利用营养【2 j 。营养学研究将更侧重于深入地研究营养与基因的相互作用，即营 养基因组学。 基因与营养间的相互反应非常复杂。人的一生都在吃饭，大量的营养物质会进入 人体。新陈代谢包含着按照多种方式进行的不计其数的基因反应，营养影响着基因的 变异和基因表达水平的改变。同时，由于人们的基因本身不同，以及基因激活和调控 上存在着很多不同，我们对营养也有不同的要求。了解基因和营养之间的复杂关系， 将帮助我们从最基本的层面了解健康是如何被基因和营养物质相互作用而影响的【3 1 。 1 2 研究内容和意义 目前，基因与健康的关系越来越引起人们的关注。本论文希望，通过对胰岛素信 号通路相关的多个基因的表达进行分析，更全面、更有效地找到食用低钠饮食对胰岛 素信号通路传导异常人群( 以患高血压人群和高血压并发肥胖人群为代表) 和正常人 群基因表达的影响。 由于并不是所有的基因在细胞中都同时表达，发育阶段、病变状况、环境因素等 决定了一组基因不同的转录和蛋白表达【4 1 。本论文将以胰岛素信号通路相关基因为研 究重点，采用表达谱芯片，针对胰岛素信号通路传导异常人群( 以高血压及高血压并 发肥胖病人群为代表) 和正常人群，以每个受试者食用前基因表达情况为对照，通过 比较，找到在食用低钠盐后表达情况发生变化的基因。这些表达变化的胰岛素信号通 路候选基因通过几个信号传导途径相互关联，组成一个局部基因网络，可以更好的将 各种基因的活动联系在一起。观察表达变化基因组成的局部基因网络，可以从中发现 低钠盐饮食对胰岛素信号通路相关基因表达的影响。 对多个个体进行检测，特别是一些患有高血压和肥胖之类严重代谢性疾病的患 者，通过这些检测可以定位引起不健康代谢状态的基因。在将来，我们可能通过对个 体基因特性的研究，更好的将象盐这样人们餐餐都少不了的食物，与我们的身体特征 1 前言 进行匹配，调节摄入，保证我们的身体健康。 希望通过本论文针对低钠盐饮食缓减胰岛素抵抗进行的初步观察，为胰岛素信号 通路传导异常的特殊人群的限盐研究提供一定的分子证据，也希望能为这方面的研究 提供了新的思路和线索。 1 3 食用盐的相关研究报道 1 3 1 盐的基本特征 盐是咸味的载体，是用得最多的调味品之一，可以说人们餐餐都少不了它，而且 以它为基本味，可以调制出许多种种味型，是名副其实的“百味之王 。放盐不仅增 加菜肴的滋味，还能促进胃消化液的分泌，增进食欲。同时，每人每天需要少量的盐 来保持人体心脏的正常活动、维持正常的渗透压及体内酸碱的平衡。一个正常的人体 内，大约需要保持1 0 0 9 左右的钠盐。人体通过出汗、排尿，会不断排泄掉一部分钠。 因此，人体每天还必须补充一部分氯化钠。一旦补充不足，人体含钠量下降，就会引 起失水、晕厥、虚脱，甚至昏迷不醒等一系列症状。但是，过多的摄入盐的确对人体 有害。 1 3 2 限盐的必要性 普通食盐的主要成份是氯化钠，医学研究表明，过多摄入钠离子会对人体造成永 久性损害。按照w t o 推荐的标准，每日吃盐量以5 9 为宜，不要超过6 9 。我们知道， 人2 4 小时的排盐量为3 - 5 9 ，那么在食物中每日补充5 9 盐，正是失去和补充相当的数 字，可以满足正常需要。而国家卫生部委托有关心血管疾病研究机构做的调查显示： 平均每人每天的食盐量，广东是6 - 7 9 ，上海是8 9 9 ，北京是1 4 1 5 9 ，东北是1 8 1 9 9 。 另一份统计资料显示：全国高血压、脑中风发病率最高是东北人，最低是广东人，这 显然和食盐量的多少有关。 早在1 9 8 1 年，在摩洛哥召开的国际医学科学研讨会上，4 0 0 多名医学专家就已联 名发出忠告，长期食用高钠盐会造成人体摄入过多的钠离子，导致体内钾、钠比例失 调引发高血压、心脑血管硬化、心脏病。发达国家在上世纪7 0 年代曾掀起过声势浩 大的“减盐运动 ，劝告人们限制氯化钠的摄入量。日本是全球推广低钠盐最早、最 积极的国家之一。此外瑞士、加拿大、澳大利亚等多个国家立法规定全民食用低钠盐。 我国也已经对低钠盐饮食做出了一些积极的响应。 我国医学科学院心血管病研究所阜外医院流行病学研究室对7 0 8 名包括心血管 病、高血压和糖尿病患者的人群，进行了一项为期一年关于低纳盐的研究。结果显示， 吃氯化钠含量在6 5 的低钠盐者比吃氯化钠含量为1 0 0 9 6 普通精制盐者，收缩压( 高压) 降低了5 4 毫米汞柱。这个结果充分说明食用低钠盐对防治高血压的积极作用。 限盐对于高血压、肥胖、糖尿病、心脑血管硬化、心脏病等疾病都有积极的作用。 低钠盐饮食可以调节人体钠离子的摄入，使体内钾、钠比例协调。特别是对血压的有 积极的调节作用，这是因为食盐中使血压升高的成分是钠离子，吃的盐多，。进入体内 2 天津科技大学硕士学位论文 的钠离子也会增多，从而使大量的水分在身体内滞留，造成血容量增加、心脏负担加 重、血管压力增大等一系列变化，最终导致血压的升高。 1 3 3 低钠盐的现状 低钠盐饮食，作为一条有效调控食盐摄入的新途径，正在引起越来越多人的关注。 低钠盐在超市中都能轻松买到。所谓的“低钠盐是在n a c l 中混入了一定比例的k c l 形成的，因此，n a c l 含量较低。在低钠盐中添加钾，是因为我国多数地区人们日常 饮食中，普遍存在钠摄量偏多而钾摄入量偏少的现象。而k c l 的味道与n a c l 相接近， 故在食盐中添加一定比例的k c i ，基本不影响食盐的味道，同时又能补充钾，可谓一 举两得。低钠盐的组成比例有多种。低钠盐里一般只含有6 5 的氯化钠，同时还有少 于3 0 9 6 的氯化钾。 低钠盐，主要是通过钠钾的协调来维护身体健康的。钠和钾是平衡体内电解质的 两大要素，钠分布在细胞外，控制细胞外液的体积，功能是维持肌肉及神经信息传递； 钾主要分布在细胞内，参与多种细胞反应，保护血管完整、减少血管壁损伤及保持血 管内壁的松弛，两者就像气球内外的空气共同维持细胞的渗透压，钠和钾摄取均衡才 能有健康的身体。 该负责人还指出，为了预防高血压、脑血管疾病和心脏病，不论哪个年龄段都应 减少氯化钠的摄入量。血压正常也需要食用低钠盐，只有保持理想血压，才能有效保 护心、脑、肾等器官。而患过高血压、肾脏疾病，肾上腺功能亢进以及心、肾功能不 全的人群，更要严格控制氯化钠的摄入量，建议长期食用低钠盐。同时，运动量不大， 出汗不多的人群，也应该以食用低钠盐为主。 1 3 4 本论文中所用低钠盐的特点 在本论文中，实验选用的是由上海川崎食品科技公司提供的功能性复合调味品。 这种复合调味品是目前市面上低钠盐的一种，它集营养、调味于一体。有浓郁的菌菇、 山珍、海鲜等鲜味与香气，富含多种营养和矿物质，能使烹调少用钠盐，避免使用味 精带来的口渴等不适，使菜肴更美味、更营养、更健康。产品有以下七大特点： 1 减少钠盐摄入量一半以上，有效远离高钠对人体的危害。 2 采用精制氯化钾低钠盐，同时提供钾离子营养素。 3 富含多种蛋白质、氨基酸、海藻提取物、生物活性因子和有机钙等营养因子。 调味中补充营养。 4 风味独特，营养美味，一步到味。不必另外添加食盐、鸡精或味精。 5 滋味鲜美。复合多种天然增鲜物质，使鲜味醇厚、滋味醇佳，对菜肴的香味、 鲜味有协同增强作用。 6 操作极为简单，用于所有传统调味品( 食盐、味精) 的烹饪方式。 7 充分体现保健品食品化理念，价格相当于鸡精。 1 4 胰岛素和胰岛素信号通路 3 1 前言 1 4 1 胰岛素简介 胰岛素是胰岛b 细胞分泌的多肽类激素，是人体内调节糖代谢的重要激素。除糖 代谢以外，它也参与脂肪和蛋白质代谢 5 1 。胰岛素对这些物质的代谢作用有一个总的 趋向，就是促使这些代谢营养物质以不同形式保存起来，因此也将胰岛素称为“储存 激素 。胰岛素的三维结构如图1 - 1 所示。 图1 _ 1 胰岛素的三维结构图 f i g 1 - 1i n s u l i nt h r e e - d i m e n s i o n a lp i 咖r e 1 4 2 胰岛素信号通路 胰岛素信号传导途径是胰岛素和细胞膜表面的胰岛素受体结合后，磷酸化胰岛素 受体底物( i r s l 和i r s 2 ) ，然后进一步磷酸化p 1 3 k ，通过p i ( b a k t ，p k c 和一些下游 的传递把信号转给储存小泡，然后使g l u t 4 转位【6 】。现已发现多个胰岛素信号通路候 选基因，而且基因间相互关联，如图1 - 2 所示。 4 天津科技大学硕士学位论文 黼一嗽蜘岫懒 _ 乙- t - - m 蜘m 嚣跚蝴叫埘i 嗍帅蜘翩ht m l n m 岫 黪砷晰啼啼鼬岬蒯醐蛔t i n w 嘲p 椭抽町舶幽椭气：朝嘲赫时鼬n 啊蚀喇学呐d u 出 一一_ 椭嘶雌捌嘲蝴釉却哪嘲 、 图卜2 胰岛素受体信号通路图 f i g 1 - 2i i l s l l l i nr e 髓p t o rs i g n a l i n gp a t h w a y 1 5 胰岛素抵抗与疾病 1 5 1 胰岛素抵抗 胰岛素抵抗是胰岛素和胰岛素受体结合后信号传导过程发生障碍的结果，即胰岛 素信号通路传导异常【1 7 1 。 胰岛素抵抗指正常浓度的胰岛素的生理效应低于正常，主要表现为胰岛素抑制肝 释放葡萄糖的能力及促进周围组织利用葡萄糖的能力下降，机体代偿性分泌过多胰岛 素，从而导致机体一系列病理生理变化，最终导致各种代谢疾病的发生和发展。目前 认为胰岛素抵抗，可以引起糖代谢、脂代谢等紊乱，是促使高血压、高血脂、糖尿病 等疾病发生发展的重要原因，是滋生多种代谢相关疾病的共同土壤。 胰岛素抵抗的原因按胰岛素作用的环节可分为：受体前水平、受体水平、受体后 水平。受体前水平的胰岛素抵抗，是指胰岛素基因突变而致胰岛素分泌异常，此种异 常胰岛素引起的疾病在病因中仅占极少数；受体水平缺陷主要是胰岛素受体基因突变 通过多种方式影响受体的功能；受体后水平胰岛素抵抗指的是在靶器官水平上出现的 与葡萄糖转运及代谢密切相关的基因发生突变或者表达异常，导致胰岛素介导的葡萄 糖代谢障碍，因而在胰岛素抵抗引起的疾病中占有突出位置。常见的受体后水平缺陷 有：葡萄糖转运蛋白( g l 帆) 的异常；胰岛素受体底物( 瓜s s ) 异常；磷酸肌醇3 激酶( p 1 3 k ) 异常；细胞内葡萄糖磷酸化障碍等等【8 】。 1 5 2 胰岛素抵抗和肥胖 近年来，肥胖现象越来越普遍，呈全球流行态势。它能够导致很多并发症，引起 人体生理、生化、病理、神经体液调节的一系列变化，使人体的工作能力降低，对疾 病的抵抗力下降，甚至缩短寿命【9 】。肥胖是多种因素相互作用引起的综合征。其病因 相当复杂，从根本上讲，是人体摄入的热量超过了机体所消耗的能量，过多的热量在 体内转变为大量的脂肪储存。造成这种机体能量失衡的原因非常复杂，受生理因素、 代谢因素、遗传因素、环境因素、行为因素和社会因素，甚至种族因素的影响。遗传 学分析认为，体脂百分比的遗传作用大约为5 5 。在肥胖症的研究中还发现，不同个 体在长期处于正能量平衡条件下，体脂积累的敏感性存在差异，这种差异受遗传因素 的影响 1 0 - 1 2 。研究表明，摄入食物后的食物诱导产热的遗传度为4 0 - 6 0 ，肥胖者摄入 食物后的食物诱导产热减少，脂肪组织耗氧量减少。这些差异都与肥胖的形成有关。 胰岛素抵抗也是肥胖产生的重要因素之一。胰岛素是人体能量储备调节的重要激 5 1 前言 素，它具有促进脂肪细胞内中性脂肪的合成，抑制其分解，促进葡萄糖进入脂肪细胞 以及糖元合成。肥胖者血浆胰岛素水平较高，且血浆胰岛素与肥胖程度呈正相关。研 究显示，胰岛素在某些个体肥胖的发生中起到关键作用，抑制胰岛素分泌2 4 周，有1 8 的肥胖者体重显著下降( 平均1 2 6 k g ) ，另有5 7 9 6 的人出现体重明显下降( 平均3 6 k g ) ， 且这种体重控制是在没有节食和运动的干预的情况下实现的l l m 4 j 。 1 5 3 胰岛素抵抗和高血压 1 5 3 1 胰岛素抵抗与高血压关系的研究 w e l b o r n 于1 9 6 6 年最先证实了部分高血压患者在口服葡萄糖后，血胰岛素浓度和 糖耐量异常比正常人高，揭示这类患者对胰岛素刺激葡萄糖的摄取发生抵抗【l 川。1 9 7 6 年，b e r g l a n d 对瑞典未用降压药物的单纯高血压的中年男性进行普查，结果表明，高 血压患者空腹胰岛素水平显著高于正常人。 近年来，随着科学技术水平的提高。特别是正常血糖胰岛素钳夹技术的应用，越 来越多的研究支持高血压病人存在胰岛素抵抗。用胰岛素钳夹试验研究墨西哥裔美国 人高血压患者发现a g t 、n o s 3 、n p p a 、a d r b 2 、a d d l 和s c n n l a 等高血压基因 也是胰岛素抵抗的基因标志【1 6 1 。原发性高血压患者血浆胰岛素水平显著高于对照组， 继发性高血压患者无胰岛素抵抗现象1 1 7 1 8 】，这表明胰岛素抵抗可能为高血压发病原 因。张月安等【1 9 】对3 8 9 9 人的空腹胰岛素与血压之间的关系进行现况调查，结果发现 在中国人群中，高血压发生胰岛素抵抗的机率明显高于普通人群，其胰岛素抵抗发生 率达9 5 2 。 血胰岛素水平不仅与高血压有关，而且与正常血压的水平有关。正常健康人( g n 压正常、糖耐量正常) ，如果血胰岛素水平高，那么同血胰岛素水平较低或正常的健康 人相比，其血压和甘油三脂水平高。随着对胰岛素抵抗与高血压关系研究的深入，大 量的流行病学和临床试验研究得出以下结论：血胰岛素水平与血压水平呈正相关，即 胰岛素水平高者，血压水平亦较高。就高血压患者整体而言，存在着胰岛素抵抗。而 对于胰岛素抵抗者，高血压的发病率相对较高1 2 0 - 2 2 1 。胰岛素抵抗及高血压易合并发生， 胰岛素抵抗可能发生在高血压产生之前或与高血压同时发生。 1 5 3 2 胰岛素抵抗导致高血压的机制 胰岛素抵抗导致高血压的机制：a 交感神经系统( s n s ) ：胰岛素可引起交感神 经活化。b 动脉粥样硬化t 胰岛素为一血管生长因子，长期作用可导致平滑肌细胞 增生，管壁增厚1 2 2 1 。c 肾素血管紧张素醛固酮系统( r a a s ) ：血管紧张素转换酶 抑制剂对血糖的良好作用及降压提示胰岛素与r a a s 的重要关系。一些临床试验 ( 加f e 、h o p e 、v a l u e 、a iih a t ) 都一致显示，阻断r a a s 系统可减少2 型糖尿病 发生。d 肾脏效应：胰岛素在生理范围内增加可致水、钠滞留。e 内皮功能障碍： 胰岛素可抑制p i 3 激酶活性并抑制n o 合成酶表达【2 3 1 。f 胰岛素能刺激主动脉内皮细 胞合成与分泌内皮素，且与胰岛素浓度呈正相关。g 胰岛素影响细胞电解质平衡， 可导致细胞内钙离子浓度升高，血管收缩，周围血管的阻力增加。 6 天津科技大学硕士学位论文 在本实验中，我们推测在以上的胰岛素抵抗导致高血压的机制中，低钠盐饮食可 能对细胞膜钠钾泵和钙泵活性影响较大，导致胰岛素抵抗，进而影响血压。有学者认 为，胰岛素可直接作用钠钾泵，使其活性增强，也可通过增加细胞膜钙调蛋白含量及 钙调蛋白磷酸化而影响钙泵 2 4 - 2 s 。刘国仗等研究发现，胰岛素抵抗通过降低n a + 、k + 泵和钙泵的活性而导致高血压。当胰岛素抵抗存在时，上述两泵活性下降，血管平滑 肌细胞由于这些泵活性下降而使细胞内钠及钙含量增加，从而使血管壁紧张性及对血 管收缩物质反应性亦都增加，导致血压升耐冽。 1 5 3 3 改善胰岛素敏感性对血压的影响 高血压与肥胖的共同发病根源是胰岛素抵抗。降低胰岛素抵抗是综合治疗这类疾 病的一个核心方向。目前已经推出以改善胰岛素抵抗为基础的防治高血压的药物，如 钙拮抗剂( 如硝苯地平控释片) 、血管紧张素转换酶抑制剂( 如硫甲丙胆酸) 。钙拮 抗剂发生作用的候选基因有：编码【广型钙通道口1 亚单位、细胞色素p 4 5 0 2 d 6 、细胞 色素p 4 5 0 3 a 3 、细胞色素p 4 5 0 3 a 4 等，血管紧张素转换酶抑制剂发生作用的候选基因 有血管紧张素转换酶、缓激肽受体b 2 等。 还有，近年来出现胰岛素增敏剂，包括罗格列酮、毗格列酮等噻唑烷二酮类药物， 通过激活过氧化物酶增殖体激活受体丫( p p a r y ) ，可增强脂肪、肌肉和肝脏组织对 胰岛素的敏感性。罗格列酮可降低果糖诱导的胰岛素抵抗高血压大鼠血压，同时有改 善胰岛素抵抗以外的降压途径 2 7 1 。有基因学证据表i 刃p p a r l , n - j j m 过改善胰岛素抵抗而 调整血压1 2 8 切j 。 通过这些药物对胰岛素抵抗的作用，我们可以清楚的看到改善胰岛素敏感性对血 压有着积极的作用。希望通过实验，从局部基因网络状态变化的角度，研究食用低钠 盐对改善胰岛素信号通路传导的作用。 1 6 胰岛素抵抗诱导因素 高血压病人及一些肥胖症患者存在严重的胰岛素抵抗，胰岛素抵抗发生的相关因 素可分为遗传及环境两类【删。胰岛素抵抗的发生与胰岛素信号传导的各个环节、调控 糖脂代谢的多种基因多态性和基因表达情况有关。高血压、肥胖等代谢综合症中的胰 岛素抵抗，目前被认为是多基因细微变化叠加效应的结果。 环境因素主要是摄食过多，比如盐，脂肪等，所引起的一系列代谢变化，及一些 细胞因子的表达异制3 1 】。胰岛素信号传递受阻或减弱是导致胰岛素抵抗的根本原因。 当胰岛素信号与细胞表面的胰岛素受体结合到作用于最后靶分子的过程中，任何一个 环节受损，皆有可能引起胰岛素抵抗【3 2 1 。绝大多数胰岛素抵抗是胰岛素和胰岛素受体 结合后信号传导过程发生障碍的结果，即胰岛素信号传导异常。现已发现多个胰岛素 信号通路候选基因，而且这些基因间相互关联。 1 7 食盐对胰岛素抵抗及相关疾病的影响 食盐是维持人体生理机能不可缺少的物质成分。人体通过出汗、排尿，会不断排 泄掉一部分钠，因此，人体每天还必须补充一部分氯化钠。但是，摄入过多的盐的确 7 1 前言 对人体有害。 1 7 1 食盐对高血压的影响 食盐与高血压有密切关系，主要是由于食盐中含钠。以重量计，食盐中钠占4 0 ， 氯占6 0 。一个人摄入l o g 食盐，大约相当于钠4 克。据估计，一个健康成人每天只需 要5 0 0 r a g 钠，相当于1 2 5 9 食盐，就可满足基本的生理需要，这个量远低于实际摄入的 钠量。据统计，我国居民人均食盐摄入量为每天1 3 6 9 ( 相当于每天5 4 9 钠) ，远超过 生理需要量，是世界卫生组织建议值的两倍以上。 已有足够的证据表明盐与高血压的发生有直接关系，在人的流行病学研究中，膳 食盐与血压有明显的正相关【3 3 1 。譬如，住在新几内亚、我国贵州等山区居民，以及蜗 居于岛屿、不太开化地区的“土著人 ，摄盐量甚低，几乎无高血压，而“口味重 地区的人往往高血压发病率也高。已有研究证实，随着高盐摄入时间的延长，血压均 逐渐升高，在实验4 周时，高盐组血压高于正常盐组血压，但无显著性差异，到第1 2 周时高盐组血压显著高于正常盐组血压，这进一步证实盐对血压的影响，与文献报道 一致。 高钠可引起细胞内钠浓度增加，水进入细胞，导致血管内膜水肿，血管腔狭窄； 血管平滑肌细胞内钠增加，使钠一钙交换增加，细胞内钙增加，促进血管平滑肌收缩。 此外，最近实验证据显示钠可以直接诱导血管增生肥大、纤维化 3 4 - 3 5 1 。已有大量研究 证实，限盐能有效降压和降低高血压病死亡率。研究发现，经限盐到每日4 9 后，约 1 3 中度高血压病人不需服药，降压可达有效标准；有的虽降压不明显，但头痛、胸 闷等症状减轻，血压稳定。 1 7 2 食盐对肥胖的影响 很难想象，我们天天吃的盐竟然是导致身体堆积脂肪的元凶，但是事实真的如此。 盐是氯和钠的化合物，对人体的渗透压、酸碱度、水盐代谢有着至关重要的作用。盐 对细胞有很强的束缚作用，导致体内积累的液体不能及时排出，食用过多的盐会诱发 我们的身体发胖州。 日本营养学专家曾对1 4 0 0 名体重超过正常标准3 0 以上的肥胖者进行饮食习惯 的调查，结果发现只有3 6 的人每日食盐摄入量平均在l o g 以下，而居然有2 5 的人 每日食盐摄入量平均在2 0 9 以上，其余4 9 的人每日食盐摄入量平均在l o - 2 0 9 之间。 为了进一步证实这个问题，他们还进行了一系列的动物实验。 他们把体格肥胖硕大的1 0 0 只小白鼠分成两组，每组5 0 只，甲组喂养“高浓度 食盐食物”，乙组喂养“低浓度食盐食物 ，除食盐的浓度外，喂养的食物相同等量， 在笼中分别放置转动器增加小白鼠的运动量。一个月以后发现，甲组的体重普遍增加， 而乙组的体重普遍下降 3 7 1 。 1 7 3 食盐对胰岛素抵抗的影响 。 吃盐过多还会间接使胰岛素的作用降低，食量增加，血糖升高。已有足够的证据 8 天津科技大学硕士学位论文 表明，作为环境因素的高盐饮食不仅与高血压的发生有直接关系，而且高盐饮食也会 诱导胰岛素抵抗发生，d o n o v a n 等用正常血糖的葡萄糖钳夹试验证实正常个体给予高 盐饮食比低盐饮食胰岛素抵抗更明显 3 8 1 。o g i h a r a 等研究发现在正常的s d 大鼠和 d a h l s 鼠，盐负荷均诱导了整个机体的胰岛素抵抗f 3 9 删。使胰岛素的作用降低，机体 对葡萄糖的正常摄取和运输作用减弱。 食盐与胰岛素抵抗有密切的关系，主要是由于食盐中含钠。高血压和肥胖与钠离 子钾离子平衡，