电刺激小鼠胃肠道调节胃和十二指肠中控制食欲的肽类激素

1、电刺激小鼠胃肠道调节胃和十二指肠中控制食欲的肽类激素Junying Xu,MD,PhDl；Terry A. McNearney,MD2,3,4；Jiande D. Z.Chen,PhDl Departments of In ternal Medicine (1 Gas troen t er o logy and 3 Rheumatology), Di vi si on of Neurosci ence & Cell Biology and 4 Microbiology & Immunology, Uni ver si ty of Texas Medical Branch, Galveston,

2、 TX, USA背景：电刺激胃肠道能被用来抑制食欲，在治疗减肥中产生了令人满意的结果。然而其使肥胖者获益的机 制并不能完全被解密。本次研究主要研究急性刺激小鼠胃和肠道组织，对控制胃食欲和饱和的激素肽相对水平 浓度的影响方法：32只小鼠被分为4组：1)不刺激。2)用脉冲电流(GES)刺激胃3) GES长脉冲刺激胃4)脉冲电流 电刺激十二指肠。两个小时后，小鼠死亡，在胃底部和十二指肠，和远端结肠处采集样本。用放免法(RIA)测 定脑肠肽激素，obestatin, cholecystokinin-8 (CCK-8)和YY肽PYY)的含量。结果：1)在假刺激的分组中发现在胃部胃饥饿素的平均水平是178

3、9. 04362.81 PG/mg。与GES的脉冲串 的(597.85195.33PG/毫克,P = 0.012) 和长脉冲GES (754. 6282. 6 PG /毫克，P = 0. 039)和DES (73L69110.84PG/毫克，P = 0. 037)的有明显下降。2)在假刺激组的十二指肠中CCK -8的浓度平均浓度 为413.2742.14PG/毫克。和DES处理的(762. 698.75 PG /毫克，P =0.013)有显著增加,但其他不是这样。 3)被GES或DES刺激后，无论是胃的肥胖抑制素还是远端结肠的PYY都被改变。结论：在胃和十二指肠中GIES显著影响食欲相关的肽类

4、激素，在急性GIES诱导下操纵食欲和饱腹感有关 的肠肽激素是一种非药物，耐受性良好，可大大有助于成功的治疗肥胖和长期管理的临床过程。关键词：胃/肠电刺激，放射免疫，生长素，胆囊收缩素-8,肽YY,食欲不振，肥胖简介胃肠道(GI)的肽类激素的诸多外设的信号是调节食物摄入和能量平衡的组成因素。胃肠肽类激素有生 长素,obestatin,胆囊收缩8 (CCK- 8)和YY肽(PYY) o它是消化道合成和释放的具有多潜在的能力的物质。通过机械和化学感受器， 信号事件等复杂的相互作用，最终调节饱足感和食欲。他们可以在迷走神经局部交互并传入轴突传递给大脑。 也可以直接释放到血液中的这些肠肽的具体受体结合，

5、从而在他们的运输中能将关于营养状况的信息传送到 遥远的地方。脑肠肽的增加刺激食物的摄入可诱发体重增加和肥胖，减少脂肪使用或能源支出。Obestatin是一种从 大鼠胃生长素相关肽中新分离出得蛋白。相反，生长素对食欲也有刺激作用，它减少食物摄入量和降低体重。 胆囊收缩素8 (CCK- 8)是一个重要的胃肠道(GI)饱足感信号肽。YY (PYY- 3 -36)也是厌食功能。这些胃肠肽类激素，控制食欲和饱腹感的巨大潜力为人类肥胖症的治疗和长期管理寻找到了 新的方向。在临床和动物研究中胃/肠电刺激(GIES)增加饱足感和减少食物摄入量，导致体重减轻.在动物中胃部 起搏引起改变饮食行为和体重减轻，最近，

6、已植入胃刺激(IGS)已经诱导表现出病态肥胖患者.的饱足感。此 外，十二指肠电刺激(DES)作用抑制胃动力和分泌，脂肪的吸收，胃排空和食物摄入量，结果使动物和人类 产生减肥GIES已被证明是影响到各种复杂的病理生理的机制，包括内在的胃电活动的抑制和胃肠道蠕动，直接影响 中枢神经系统，和饱腹感和/或食欲调节的激素。以往的研究表明，胃电刺激(GES)改变与GI饱足相关肽的血 液水平，也长期改变下丘脑与IGS的作用。降低血CCK的水平和神经元神经肽的表达。生长抑素和基底血浆GLP- 1水平和瘦素与血浆胃饥饿素水平没有影响。2小时后GES使血浆胰岛素和葡萄糖水平降低。最近，我们的研究 表明，GES处理

7、2小时，增加催产素的表达，减少胃饥饿素。和大鼠下丘脑的表达在。没有人知道在胃和肠组织肽水平的急性电刺激有何影响，本研究的目的是评估大鼠肠道组织脑肠肽的水 平，肥胖抑制素、CK-8和PYY在GES、DES等各种刺激的含量参数。我们假设直接急性电刺激胃和肠组织将产生 一个显著和快速的调节饱足感的肠肽和/或在禁食大鼠的胃和肠道组织食欲有关的激素。材料和方法动物该研究被德州大学加尔维斯顿医学分校和得克萨斯大学医学分校的动物护理和使用委员会等机构批准执 行。成年雄性大鼠(300-350克，哈伦斯普拉格大鼠，休斯敦，得克萨斯州)被安置在一个温度控制的环境温 度22C,湿度40%和12小时的明暗周期的笼子里

8、。大鼠定期不受限制获得食物颗粒和饮水。在这些实验手术过 程之前有1周时间开始适应环境。一晚后，所有的大鼠麻醉进行手术。用剖腹手术划一根中线，在胃浆膜表面 上植入1双28号的心脏起搏导线(A&E Medical, Farmingdale, NJ, USA) o而不是在0.5厘米曲率近端幽门或远 端0. 5厘米曲率胃窦。远端幽门十二指肠如图la所示。每对电极(不锈钢丝)分别为0. 3厘米，连接线穿透浆膜 和浆膜贴由非吸收缝合线。通过前沿主干右侧腹壁皮下隧道，并导致脖子后面皮肤外的缝隙刺激。腹壁和皮肤 被封闭在一个简单的模型。手术后，所有动物均能够走动和不受限制地获得食物和水。电极植入手术3天后GI

9、ES 开始发起。尸 i g j r& 1 a . Experimental mode I fo r 9n.stio and uijoufocml ri cal sti m i_j lati on - TLi |zai r of electrodes near the gas- trie gr olj rxzat u re and t Li ufjouteccjm x/vro i_j s 令 forgowtrio electrical sti muu lation 巨cd UjocIqc巨I al otrioNl stim i_i latiom ,rospootix/qIy_ _nissi-io

10、s wore tnarxzested from theshaded reg ions as i mdicated.实验设计大鼠分为4组(每组8只)：答：虚假的刺激，植入胃电极并接触到的刺激，但无电刺激，B： GES脉冲 刺激；C：长脉冲GES刺激D： DES脉冲刺激。手术后3天，将大鼠禁食1600小时和电刺激在800小时后发起, 在第二天持续2小时。刺激后，立即处死大鼠。在胃底、十二指肠和远端结肠组织中用放射免疫法(RIA)收获生长素，肥胖抑制素，CCK-8和PYY3- 36的信息并分析。图la阴影区域展示了这项研究的胃和肠子的收 获胃电刺激GES和DES被应用于一个可调的电刺激器刺激远端胃窦

11、大弯和十二指肠的电极（型号A310,世界精密仪器， 萨拉索塔，佛罗里达州，美国）。在本研究评估的刺激参数为：1） IGS -3MS：用于修改肥胖患者IGS的的参数: 一个是40赫兹，宽度为3 ms和马振幅6,间隔时间在2秒和截止时间为3秒的脉冲频率，如图1b所示。通常一个 脉冲宽度为0.3毫秒在临床试验中使用。在我们的实验室最近的研究表明，一个3毫秒脉冲宽度更有效地改变胃肠蠕动和中央 神经activities. 272）重复的长脉冲：9个脉冲/分，宽度为300 nls和幅度6毫安频率如图1b所示。这些参数GIES 表明，减少食物的摄入量和肥胖Zucker大鼠诱导减肥IGS-3ms: 40 HZ

12、, 3ms, 6 mA, 2 seconds on and 3 seconds offLong pulses: 9 cpm, 300 ms and 6 mA300 ms300 ms6.4 secondsFigure 1 b. Stimulation parameters applied included: A) pulse trains (IGS-3ms): 40 Hz, 3ms, 6 mA, 2 seconds on and 3 seconds off; B) long pulses: 9 cpm, 300 ms and 6 mA.408 Obesity Surgery, 17. 2007组

13、织制备胃底、十二指肠和结肠组织被迅速从大鼠中取出后，大鼠死亡。组织被切块和煮沸15分钟。制成一个被 调整到1 M醋酸和20mM的盐酸浓度的第五组，使其蛋白酶失活。冷却后，将组织匀浆与宝创混频器和13000 RPM 于4环境下放置在离心机上离心在为20分钟（每推荐RIA协议组织编制）。吸取组织样品上清和进行蛋白 水平测定。将4毫克的组织样本装在一个平衡的SEP-PAKC18墨盒内（凤凰制药公司）。制备1毫升缓冲液B （60%乙月青1%TFA）和缓冲区（生产商的协议3）毫升，静置。3毫升缓冲液B洗脱肽列三次，收集15毫升 聚苯乙烯管，蒸发受到生长素，肥胖抑制素，CCK- 8和PYY3- 36具体的

14、RIA的样品至干。激素测定（RIA）Ghrelin的，obestatin, CCK- 8和PYY组织浓度双抗体放射免疫法测定（RIA）的procedure. 29首先， 我们进行一个正常的组织样本，以连续稀释的RIA上确定最佳的滴定浓度的地方我们的样品的检测线性范围。 有组织蛋白水平之间是一个很好的相关性和肽类激素的水平，如图2。根据我们的试验研究，可变浓度提取蛋 白质的准备，需要从ghrelin的胃，十二指肠和远端结肠地区，CCK-8和PYY3-36量化分析（25微克，50微 克和100微克，分别如图2所示）。只用1毫克，可检测胃癌obestatin组织样本。据分析，制造商的建议 （凤凰，制

15、药公司，贝尔蒙，CA,美国）。示踪剂是无线电碘（1251）大鼠肽和最低对生长素的检测量是5.4PG /5%的管间和13%,批内系数的变化（简历）。obestatin, 10皮克/管被检出含5-7%, 10%至12%间和批内CVCCK-8： 5.9；PG /管检测到5-7%间和10-到批内CV和PYY： 1 PG /管检测内含量变化8. 42%,批 间变化14. 52%。兔抗大鼠血清肽（100UL）为每个激素的检测。后潜伏期为16-24小时4, 1251-肽（100 UL） 被添加到每个检测管和培养另一个在4小时16-24o然后，100 UL羊抗兔IgG的血清和100 UL正常兔血清每 个检测管

16、。沉淀分离离心（3000转，20分钟，4）和使用自动伽马放射性活度计数计数系统（PACKARD仪器 有限公司，梅里登，CT）每个样品测定标准曲线获得重复的测量。统计分析使用SPSS 11. 5软件进行统计分析。所有数据都表示为平均值士 SE.单向方差分析（ANOVA）和配对的统计与虚 假刺激一组相比，其概率P值0. 05被认为是显著的。GastStitnulcition d GI Hormonesg r-e-mof i I -三 ti i r-iq Xorrtity qr-i c- T _i n U i_i m T i ss.ljd cj o Uc n mt i ss= st ri zi ui

17、i=七 34 zz I n t. i ss uU i三 zi t:t-iU i I jU uc 0 T tiw = jq ext:=0_o*:三 =.cul twt-_cui0_r_ui _,qiuxl:u=ra.mm, triU ro.a.I tzoi_ir-i d _ XKz t-i rl in, z YY,z CZCZ KC-S _结果电刺激胃胃饥饿素水平下降*图3表明，GES和DES刺激的组其胃底胃饥饿素的水平都显着下降。GES对大鼠胃底胃饥饿素的影响与假刺激 （597.9195. 3PG /毫克VS1789. 0362, 8毫克，PG / P = 0.012）的水平相比显着下降。胃底

18、胃饥饿素的水平也显着下降，在长脉冲GES大鼠和DESC754. 6282. 6 PG / mg 731. 7110. 8 PG/ MG的p值分别为，P=0. 039 和 0. 037）胃电刺激不影响胃肥胖抑制素水平*任何的电刺激方法都没有改变胃肥胖抑制素水平。假刺激大鼠的肥胖抑制素在胃中浓度为18.41.8PG o 用脉冲串GES刺激的（P 笆 s/s-3=3u1豆 一01更 8十二指肠电刺激提高十二指肠CCK - 8水平*DES处理后十二指肠的CCK -8浓度显着增加，但GES不。DES与假刺激（762. 698.8 pg/mg vs 413. 342. lpg/mg, respective

19、ly, P=0.013）相比,CCK- 8水平显著提高。如图3所示,十二指肠CCK- 8水平与GES脉 冲刺激或长脉冲GES （510.486.0PG/mg和479.457.6皮克/毫克，P=0.36和0.4,分别与深水刺激比）不显 著升高.电刺激对远端结肠刺激的PYY水平*被GES和DES刺激的远端结肠，其PYY水平没有改变。远端结肠受深水刺激大鼠的PYY浓度为 482. 16137.48 PG /毫克。如图3所示，用脉冲串，长脉冲GES,或DES （259. 317, 5皮克/毫克， 346.6GES65. 9PG/毫克和353.874. 9皮克/毫克分另L P=0. 15, 0. 35和

20、0. 39分别比假刺激）并没有显著改 变。讨论大部分从消化道专门的肠内分泌细胞合成并释放的多肽饱足调节信号是胃肠神经内分泌物和大脑之间的 通信作为调节胃肠饱腹的信号。已经假设电刺激能产生影响，因为肥胖动物行为的改变和膳食相关的饱足感 诱导胃肠饱腹信号调节使能量平衡和合理摄食行为。在本研究中，我们发现：（1）急性GES和DES与选定的 刺激参数显著调制胃肽类激素相关的饱腹感，在胃肠组织的食欲；GES （脉冲串和长脉冲）和DES显著下降， 在生长素浓度胃底（2） DES,但不GES,显著增加CCK- 8浓度在十二指肠；和（3） GES和DES都不改变胃肥 胖抑制素或远端结肠PYY浓度。GIES能诱

21、发肥胖患者餐饱足感并改变动物饮食行为，其可通过直接调制的肽类激素，调节胃肠饱腹信号。 它们主要是由如生长素，obestatin的脑肠肽介导的运作肽YY3-36 （PYY3- 36）和CCK- 8通过消极和积极的 反馈循环相互作用，保持能源平衡。以前研究发现，PYY3-36和肥胖抑制素，厌食多肽和ghrelin,开胃的肽 CCK- 8,并希望其成为在反肥胖战的治疗目标。我们已经表明，在这项研究中，GES和DES刺激下的所有研究参数表明胃底胃饥饿素水平显著减少。胃饥 饿素和其随后减少食物摄入量的减少会诱发一种能量负平衡，这可能有助于减肥，造成胃肠电stimulation. 31 这一发现表明，电刺

22、激的食物摄入量的抑制作用可能是部分状态由于其抑制胃生长素合成的影响。Ghrelin的是唯一的已知的胃肠激素，以增加食物的摄入量；，它会影响能量平衡系统的各个方面，以一 致的方式，以促进重量gain. 32 Ghrelin的扮演一个角色，在确定食物摄入量，以餐一顿，因此将是可取其组 织水平上有急性或迅速的影响。表达及空腹Ghrelin的分泌增加，并减少饲喂。以往的研究表明，急性生长 素在成年动物的封锁的减少自发的食物摄入量，导致减肥的时间越长studies. 31, 33在小鼠全胃切除，总 ghrelin的水平下降了 80%,造成体重减少，脂肪量和瘦体重胃旁路手术，病态肥胖的最有效的治疗，通常

23、抑制或至少限制ghrelin水平。它是一个新兴的抗肥胖治疗，植入后GES或DES设备，间歇性的刺激参数可 能会导致持续减少ghrelin水平，从而可能有助于减少食欲和体重管理的持久的成功。在十二指肠与DES观察一个时，CCK-8浓度显着增加，但不是GES。CCK-8是胃肠激素，能抑制食物摄入 量。CCK- 8产生于黏膜内的分泌细胞。其在餐后于十二指肠释放。它的饲养效果出现后，发布现场附近的当 地行动取决于刺激迷走神经传入纤维。而不是依靠体液调节。在这项研究中，DES使远端十二指肠CCK -8浓 度和CCK -8分泌，释放和有针对性效应直接增加。其统称为胃肠道的信号。影响大脑停止正在进行的一顿饱

24、 腹信号的接受。CCK -8是真正的短期，mealreducing饱腹的信号。它的发行之后，CCK - 8引起对胃肠系统 的多个影响，它抑制的摄入，并最终带来了一顿饭终止。作为神经调质和/或在双方的中枢神经系统和外围神 经递质，脑肠肽在营养摄入的胃肠道反应的调节中起着重要的作用，并形成一个负反馈回路和控制动物的取 食行为人类。抑制餐大小可以直接控制功能放大饱足感信号，或由这些行动的某种组合。增加，CCK-8水平, 可能有潜在的治疗肥胖的因素。Obestatin在胃组织的浓度水平和PYY在远端结肠浓度水平在急性GES或DES作用下的这项研究中并没有 受到影响。Obestatin,由生长素基因编码

25、得一个23氨基酸肽，从大鼠胃分离，胃饥饿素对食物摄入量的影 响。它不被视为一顿饭相关的信号。因为血清中obestatin在空腹和投喂食物或水含有葡萄糖。这可能是直 接的急性电刺激可能影响餐饱足感信号的不断分泌。PYY被认为是最有力的使食欲减退的物质，它主要是由回肠和大肠合成和分泌，我们推测，GES和DES可能激活或抑制肠内分泌细胞合成肠肽。远端结肠可能过于遥远。证明GES或DES诱导刺激结肠PYY浓度水平 减小。大多数的临床方法治疗抵抗肥胖。成功减肥依然在于食欲的问题并且也是长期维持体重的重大障碍之一。 GIES可能会提供治疗肥胖的一个很有前途的替代方法。它没有任何显著的副作用并具有一个可接受

26、的安全性, 从而最终可能成为一个潜在的长期的药物治疗或减肥手术的首选替代方法。总之，急性电刺激胃或十二指肠降低食欲能刺激胃肠激素和增加胃和十二指肠组织中抑制食欲的激素的 分泌。GES和减少胃饥饿素、DES增加十二指肠的CCK- 8的分泌。用急性GES和DES实验等和临床研究相关 的行为在这些饱足感相关肽的合成和分泌的改变可能有助于显著改变饮食。电刺激有关的饱腹感的激素的操 作将提供治疗肥胖的新兴市场和前途这项研究获得俄克拉何马州中心和国立卫生研究院(DK063733- 01)的赠款支持并授予科技进步奖。作 者还要感谢在执行这些研究给予她支持的Karin N. Westlund博士。参考文献Ha

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