运动环境生理学，大阪城市大学医学研究生院，大阪，日本
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运动环境生理学，大阪城市大学医学研究生院，大阪，日本
大阪城市大学城市健康与运动研究中心，日本大阪
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代谢，内分泌学和分子医学，大阪城市大学医学院，大阪，日本
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运动环境生理学，大阪城市大学医学研究生院，大阪，日本
大阪城市大学城市健康与运动研究中心，日本大阪
DOI: 10.15761 / IMM.1000224。
鼻内胰岛素(INS)的使用减少了人类的食物摄入量和体重。目前尚不清楚INS经鼻给药是否会影响脑肠轴的肠促胰岛素分泌。在本研究中，我们检测了鼻内给药INS对胰高血糖素样肽-1 (GLP-1)分泌、胃排空和食欲的影响。13名体重正常、健康的年轻志愿者(年龄21.2±2.9 (SD)岁)参加了一项随机单盲交叉研究。16支普通INS (10 IU;总剂量为160 IU)或生理盐水作为安慰剂(0.1 mL，总剂量为1.6 mL)在禁食一夜后按随机顺序鼻内给药。之后，对每个参与者进行固定膳食测试，包括1500毫克扑热息痛来测量胃排空。在180分钟的用餐测试中，评估血糖、INS、GLP-1活性形式、扑热息痛和餐后饱腹感(使用视觉模拟量表测量)水平。在两项试验中，膳食摄入同样会引起血糖、INS和GLP-1水平的升高。通过曲线下面积评估的膳食试验期间血糖、INS和GLP-1水平的总增加在试验之间没有差异。胃排空速度和餐后饱腹感也无显著差异。 In conclusion, we could find no significant effect of intranasal delivery of INS to the brain on postprandial GLP-1 secretion, gastric emptying, or postprandial satiety in the present study with healthy young adults.
鼻内胰岛素，中枢神经系统，GLP-1，胃排空，食欲
胰岛素(INS)在中枢神经系统(CNS)中调节摄食行为和能量平衡的作用已引起人们的关注。胰腺β细胞根据摄取量分泌外周INS，不仅作用于分布在骨骼肌、肝脏和脂肪组织中的受体，还通过受体介导的饱和转运，以血INS水平依赖的方式穿过血脑屏障到达中枢神经系统[1]。20世纪70年代首次报道了在小鼠中枢神经系统中广泛检测到INS受体。不久之后，研究证实INS受体在人类中枢神经系统中也有表达[2,3]，并且主要位于大脑皮层、嗅球、海马、小脑和下丘脑[4]。对啮齿动物的研究表明，中枢神经系统给予INS可显著降低血糖水平和食物摄入量[5-8]。
经鼻给药的神经肽能信使可以沿着嗅觉神经直接递送到中枢神经系统，而不会大量吸收到血流中[9]。事实上，鼻内给药也会增加脑脊液(CSF)中的INS水平，而对人没有相关的外周效应[10,11]。鼻内给予中枢神经系统INS使研究者能够检查中枢神经系统特异性INS功能的作用。值得注意的是，在健康受试者中，鼻内给药INS可急剧减少食物摄入和食欲[12]，并可长期降低体脂[13]。这些结果表明，中枢神经系统中INS水平的升高有助于调节人类的葡萄糖和能量代谢以及摄食行为。
胰高血糖素样肽-1 (Glucagon-like peptide-1, GLP-1)是一种由小肠远端l细胞分泌至门静脉循环的肠促胰岛素，它不仅刺激胰腺β细胞分泌INS，而且通过中枢机制抑制食欲[14]，延缓胃排空[15]。GLP-1的分泌是双相的:口服后30分钟血液中GLP-1水平的快速升高归因于迷走神经刺激。此外，INS还能刺激l细胞分泌GLP-1[16]，有报道称，对INS有抵抗的非糖尿病受试者对试验餐的GLP-1反应受损[17]。因此，中枢神经系统内高INS水平可能通过中枢机制，特别是迷走神经诱导GLP-1分泌。然而，没有关于中枢神经系统胰岛素水平升高对胃肠道功能包括GLP-1分泌影响的动物或人报告。
本研究的目的是通过单盲交叉设计，研究鼻内给药INS对健康年轻受试者膳食试验中GLP-1分泌、胃排空和食欲的影响，以阐明中枢神经系统中胰岛素水平升高在人类肠促胰岛素系统中的作用。
从大阪市立大学18-40岁的学生和工作人员中招募了13名健康的年轻人。我们排除了有缺血性心脏病、慢性心力衰竭、高血压(静息收缩压(BP) > 140 mmHg和/或舒张压> 90 mmHg)、糖尿病、肥胖(体重指数(BMI)超过30 kg/m)病史的受试者2或鼻腔紊乱。所有参与者均获得书面知情同意。研究方案由大阪市大学医学院机构审查委员会批准(批准号2826)，并在大学医院医学信息网络-临床试验登记处注册(研究ID: UMIN 000014153)。这项研究也符合《赫尔辛基宣言》规定的标准。
我们的研究是一项随机、单盲、交叉研究。对于INS和安慰剂(PL)两项试验，所有受试者按随机顺序，在相隔至少1周的两天访问我们在大阪城市大学的实验室。
研究方案如图1所示。每次试验，禁食12 h后，于0900 h开始实验。在整个实验过程中，受试者在恒温(~22°C)的安静房间的床上以Fowler的姿势休息。他们被允许安静地阅读和写作。将静脉插管置于肘静脉，并采集血样进行葡萄糖、INS和GLP-1水平的基线测量。然后鼻内给药INS或PL，然后摄入固定的试验餐。在鼻内给药后立即进行血液采样，在试餐后每15-30分钟进行一次，持续180分钟。在餐前和餐后的同一时期进行食欲评估。
在基线血液取样和食欲评估后，16次10-IU的抽吸(每次8次，交替;总剂量，160 IU国际单位)®R, Novo Nordisk Pharma, Bagsvӕrd，丹麦)或在PL试验中，以0.1 mL的生理盐水为PL，每隔1分钟鼻内给药，总剂量为1.6 mL。INS和PL使用塑料鼻泵喷雾瓶(日本大阪as ONE Co.)给药，该喷雾瓶将气溶胶填充鼻腔，使溶液有效靶向嗅上皮。本研究使用的鼻内给药剂量已被证明可有效刺激中枢神经系统中的INS受体，而不影响健康人外周血INS水平[12,18-20]。
鼻内给药后，受试者立即在15分钟内食用含100 mL水的固定试验餐。试验餐由鸡肉奶油(日本东京Kewpie公司)和200 mL液体型营养食品(日本东京大冢制药公司)组成。受试者被要求按照这个顺序服用。试验餐的热量为481千卡，含有20.2克蛋白质、18.7克脂肪和56.5克碳水化合物。为估计胃排空速度，1500mg对乙酰氨基酚磨碎片(Calonal)®(日本昭和Yakuhin Kako株式会社，东京，日本)溶解在液体型营养食品中。由于摄入的扑热息痛是从小肠吸收的，血清扑热息痛水平与胃排空率相关[21]。对乙酰氨基酚的曲线下面积(auc)是根据餐后期间血清对乙酰氨基酚水平计算的，并用作180分钟内胃排空的累积量50%)，以及60分钟后胃中剩余的试餐量(60分钟后剩余的百分比，AUC)60 - 180分钟/ AUC0 - 180分钟* 100)和120分钟(120分钟剩余百分比，AUC120 - 180分钟/ AUC0 - 180分钟* 100)也由扑热息痛的AUC计算[22]。
在基线、进食前和餐后180分钟内每30分钟用视觉模拟量表(VAS)评估食欲，方法如下[23]。受试者将他们的饱腹程度在0到100之间打分。“0”表示“我从未感到过如此饥饿”，“100”表示“我从未感到过如此饱足”。测量从“0”到100毫米线上每个标记的长度(以毫米为单位)，并将其用作饱腹度指标。
在第一次实验前，使用身体成分分析仪(body fat analyzer TBF-102, TANITA, Tokyo, Japan)进行生物电阻抗分析，估计体脂百分比。BMI(单位:kg/m2)计算为体重(kg)除以身高(m)的平方。
采集的血样在3000 rpm下离心15 min，然后将血清和血浆在- 80℃保存至化验。用己糖激酶紫外法测定血糖水平。分别采用化学发光酶免疫法和酶(芳基酰基酰胺酶)法测定血清INS和扑热息痛水平。为了测定GLP-1 (GLP-1(7-36)酰胺和GLP-1(7-37))活性形式的水平，立即将血液样本收集到含有抑肽素和10 μL二肽基肽酶IV抑制剂(Merck Millipore，德国达姆施施特)的EDTA管中，每1.0 mL血液使用市售酶联免疫吸附测定试剂盒(GLP-1，活性形式测定试剂盒，免疫生物实验室，日本群马)进行测定。对于试剂盒的性能，检测内变异系数小于6%。测定间系数小于11%。根据梯形法则计算餐后180 min的血糖、INS和GLP-1 auc。
数据以均数±标准差(SD)表示。采用重复测量的双向方差分析(ANOVA)检验鼻内给药和饮食摄入对食欲以及餐后血糖、INS、扑热息痛和GLP-1水平的影响;在试验内的连续间隔以及PL和INS试验之间重复该过程。在时间效应显著的情况下，进行了多次事后两两比较(Bonferroni方法)。在试验效果显著的情况下，后续比较采用配对进行t以及。该试验还用于比较AUCs的餐后血糖、INS、扑热息痛和GLP-1水平，并用于比较T50%，试验之间保持60和120分钟。采用SPSS统计软件包(version 21.0, IBM, NY, USA) for Windows (Microsoft Inc.， WA, USA)进行统计。P小于0.05的值被认为具有统计学意义。
13名符合纳入标准的患者被纳入本研究。受试者的临床特征总结于表1。
表1。受试者临床特征
性别，男性/女性 |
10 / 3 |
年龄、年 |
21.2±2.9 |
BMI,公斤/米2 |
20.0±1.4 |
体脂，kg |
9.0±3.3 |
体脂百分比，% |
15.9±5.7 |
收缩压，mmHg |
118±10 |
舒张压，mmHg |
74±8 |
空腹血糖，mmol/L |
4.9±0.5 |
空腹血清胰岛素，pmol/L |
24.7±19.5 |
数据以mean±SD表示。
如图2a和b所示，单靠鼻内给药不影响血糖或INS水平。虽然血糖和INS在每次试验中都如预期的那样上升，但在180分钟的观察中，两组试验之间的血糖和INS水平都没有显著差异(对于葡萄糖，主要影响是时间:p<0.01，试验主效应:p=0.829, time×trial的交互效应:p=0.924，图2a;对于INS，时间的主要影响:p<0.01，试验主效应:p=0.135, time×trial的交互效应:p=0.380，图2b)。饮食摄入后血浆GLP-1水平也升高，但试验之间没有任何差异(主要影响时间:p<0.01，试验主效应:p=0.801, time×trial的交互效应:p=0.800，图2c)。在胃排空方面，如图2d所示，两组试验餐后血清扑热息痛水平无差异(主要影响时间:p<0.01，试验主效应:p=0.298, time×trial的交互效应:p=0.291)或对乙酰氨基酚的auc。在T上没有发现差异50%， 60分钟剩余百分比，或120分钟剩余百分比(图3a-c)。两组之间的餐后饱腹感也相似(主要影响因素是时间:p<0.01，试验主效应:p=0.738, time×trial的交互效应:p=0.454，图2e)。
图1所示。实验性的协议。黑色方框表示鼻内给药，黑线方框表示试餐摄入量。血液样本用白色箭头表示，食欲评估用黑色箭头表示。
图2。试验间餐后血液参数水平的比较。在安慰剂(PL)和胰岛素(INS)试验中，血糖(a)、胰岛素(b)、胰高血糖素样肽-1活性形式(c)和对乙酰氨基酚(d)水平以及视觉模拟量表(VAS)评定的饱腹感(e)分别用白色和黑色圆圈表示。每个右面板中的白色和黑色条分别表示PL和INS试验的曲线下面积(auc)。所有数值均以平均值±SD表示。#：p与PL试验的基线比较< 0.05。*:p< 0.05vs。INS试验中的基线。
图3。安慰剂组(PL)与胰岛素组(INS)胃排空速度指标比较。T50%(a)，安慰剂(PL)和INS试验中60分钟剩余时间的百分比(b)和120分钟剩余时间的百分比(c)用白色和黑色条表示。所有数值均以平均值±SD表示。
本研究的目的是研究高INS状态下中枢神经系统餐后GLP-1分泌的影响，采用鼻内给药INS的方法，从而评估中枢神经系统特异性INS功能。一个主要的发现是，在我们健康的年轻受试者中，经鼻给药INS未检测到GLP-1分泌、胃排空动力学或餐后饱腹感的任何变化。
据我们所知，这是第一个研究鼻用INS对餐后GLP-1分泌影响的报告。营养摄取是l细胞分泌GLP-1的主要刺激。然而，尽管l细胞位于小肠远端，餐后GLP-1分泌呈现双相模式，餐后15-30分钟循环GLP-1水平首次快速上升，90-120分钟达到第二个峰值。因此，GLP-1分泌的第一阶段被认为是由神经内分泌回路介导的;也就是说，葡萄糖或脂肪通过十二指肠通过迷走神经向l细胞发出信号[17,24]。先前的研究表明，膈下迷走神经切断术完全抑制GLP-1的分泌，而迷走神经乳糜传出支的激活则使GLP-1分泌增加[25]。除了肠道营养物质外，一些循环激素和神经肽也可能调节GLP-1的分泌。Limet al。已经证明人类l细胞表达INS受体，循环INS刺激GLP-1分泌[16]。考虑到他们的发现，餐后INS升高可能通过正反馈机制增加GLP-1的分泌。由于使用鼻内给药将INS输送到大脑模拟了食物摄入引起的中枢神经系统中INS水平的升高，并能够评估中枢神经系统特异性INS功能，我们预计鼻内给药会通过迷走神经传出途径增加餐后GLP-1的分泌到l细胞。然而，与预期相反，在本研究中，鼻内给药INS并未影响餐后GLP-1水平。GLP-1分泌的主要机制可能是门脉高胰岛素血症或十二指肠与小肠远端之间的外周迷走袢，中枢神经系统中的INS可能不参与调节餐后GLP-1分泌。这是鼻腔给药INS不能影响GLP-1分泌的主要原因。此外，由于本研究中健康受试者GLP-1分泌完好，鼻内给药INS可能不会导致餐后GLP-1水平进一步升高。为了解决这一问题，需要研究鼻内给药INS是否会增加因INS抵抗或2型糖尿病导致GLP-1分泌受损的受试者餐后GLP-1分泌[17,26]。
迄今为止，有报道称，通过脑室输注将INS输送到大脑可以减少动物的食物摄入量[5,6]。虽然这一现象也在人体研究中得到证实，但结果之间存在一些不一致。本尼迪克特et al。据报道，餐前鼻内给药INS可以减少男性的食物摄入量，但对女性没有影响[12]。然而，一项神经影像学实验表明，鼻内给药INS改变了男性和女性与食物相关的大脑活动[27]。相比之下，哈尔施密德et al。研究表明，虽然鼻内给药INS选择性地降低了巧克力饼干的适口性，但它并没有改变其他饼干的适口性或总卡路里摄入量[20]。作者还表明，适口性的改变仅由餐后给药引起，而不是在禁食状态下给药。因此，中枢神经系统对INS的厌氧性反应似乎因性别、食物适口性和INS给药时间而异。这可能是为什么在本研究中，餐前鼻内给药不影响食欲的原因，在本研究中，大多数受试者是男性，测试餐没有很高的适口性。
研究还表明，鼻内给药可显著提高INS的敏感性。本尼迪克特et al。餐前鼻内给药可降低餐后血清INS和c肽水平[19]。在对大鼠的研究中，有报道称将INS输注脑室可通过迷走神经介导的脑-肝轴直接抑制肝脏糖异生[7,8]。Obici的发现et al。研究也表明，选择性破坏下丘脑INS受体降低了肝脏INS敏感性，并导致与对照动物相比，肝脏葡萄糖产量显著增加，尽管它们的血液INS水平相似[28]。因此，中枢神经系统中的INS可能通过调节肝脏INS的作用参与外周葡萄糖稳态，并可能减少餐后INS的需求。
相比之下，其他针对绝经后妇女和肥胖受试者的人体研究表明，鼻内给药既不影响血清INS水平，也不影响c肽水平[18,29]。本研究的结果与作者的研究结果一致，即餐后血清INS水平也不受鼻内给药INS的影响。虽然由于我们没有评估血清c肽水平，尚不清楚我们的受试者鼻内给药是否会减少内源性INS分泌，但争议可能是由于我们研究中健康、瘦弱的受试者对INS的敏感性完整，以及鼻内给药时间的差异。在未来，需要进行人体研究来阐明向大脑输送INS对肝糖生成的影响。
先前的一项研究报道，经鼻给药可立即引起血清INS水平的轻微升高，同时伴有血浆葡萄糖水平的轻微下降[19]。作者推测血清INS水平升高可能是由于一小部分给药INS经鼻黏膜全身吸收所致。此外，如上所述，中枢神经系统中的INS似乎通过迷走神经抑制肝脏葡萄糖的产生，这可能是鼻内给药INS降低血糖水平的另一个原因。然而，在本研究中，仅鼻内给药不影响血INS和血糖水平，结果与大多数其他研究相似[18,27,29]。然而，在我们的研究中，血糖水平保持在正常范围内。因此，鼻内给药似乎没有相关的外周效应[11]。
目前的研究还存在一些局限性。首先，餐后180分钟GLP-1和扑热息痛水平仍高于基线水平。可能通过更长时间的观察可以发现两组试验之间餐后GLP-1和扑热息痛水平的差异。其次，我们不能直接测量中枢神经系统的INS水平。因此，160 IU的INS给药可能导致受试者脑脊液中INS水平的异质性升高，而脑脊液中INS水平的差异可能影响了本研究的结果。然而，我们采用的INS剂量是根据先前的报道[12,18-20,27,29]，这些报道证实了与我们的研究相同剂量的INS在脑脊液中的高水平[10]。
在健康的年轻人中，餐前经鼻给药给脑不影响餐后GLP-1分泌、胃排空或餐后饱腹感。需要进一步的研究来阐明INS在中枢神经系统中作为包括肠促胰岛素分泌在内的能量稳态调节剂的作用。
所有作者都对本文所介绍的工作作出了广泛的贡献。横山久代设计并监督实验、数据收集和解释、统计分析和起草手稿。Yoshikazu Hirasawa进行实验，获取数据，分析并撰写论文。Nooshin Naghavi, Yoshihiro Yamashina, Ryosuke Takeda和Akemi Ota支持数据的获取和解释。森冈智明和江本正典讨论了所有阶段的结果，并对手稿进行了评论。今井大纪、森冈友明、江本正典和冈崎和信对手稿的重要知识内容进行了批判性的修改。所有作者都阅读并批准了最终的手稿。
我们要感谢我们的志愿者花时间参与这项调查。
所有作者都没有与本研究相关的任何潜在利益冲突。
音)山口
埃默里大学医学院
研究文章
收稿日期:2016年5月31日
接受日期:2016年6月14日
出版日期:2016年6月17日
©2016 Hirasawa Y.这是一篇根据知识共享署名许可条款发布的开放获取文章，该许可允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制，前提是要注明原作者和来源。
Hirasawa Y, Yokoyama H, Naghavi N, Yamashina Y, Takeda R等。(2016)鼻内注射胰岛素不会调节健康年轻人的肠促胰岛素分泌、胃排空和食欲。integrated Mol Med 3: DOI: 10.15761/IMM.1000224。
日本大阪558-8585，大阪住吉区杉本3-3-138，大阪城市大学医学研究生院，运动环境生理学
电话:+ 81-6-6605-2947;传真:+ 81-6-6605-2947
表1。受试者临床特征
性别，男性/女性 |
10 / 3 |
年龄、年 |
21.2±2.9 |
BMI,公斤/米2 |
20.0±1.4 |
体脂，kg |
9.0±3.3 |
体脂百分比，% |
15.9±5.7 |
收缩压，mmHg |
118±10 |
舒张压，mmHg |
74±8 |
空腹血糖，mmol/L |
4.9±0.5 |
空腹血清胰岛素，pmol/L |
24.7±19.5 |
数据以mean±SD表示。
图1所示。实验性的协议。黑色方框表示鼻内给药，黑线方框表示试餐摄入量。血液样本用白色箭头表示，食欲评估用黑色箭头表示。
图2。试验间餐后血液参数水平的比较。在安慰剂(PL)和胰岛素(INS)试验中，血糖(a)、胰岛素(b)、胰高血糖素样肽-1活性形式(c)和对乙酰氨基酚(d)水平以及视觉模拟量表(VAS)评定的饱腹感(e)分别用白色和黑色圆圈表示。每个右面板中的白色和黑色条分别表示PL和INS试验的曲线下面积(auc)。所有数值均以平均值±SD表示。#：p与PL试验的基线比较< 0.05。*:p< 0.05vs。INS试验中的基线。
图3。安慰剂组(PL)与胰岛素组(INS)胃排空速度指标比较。T50%(a)，安慰剂(PL)和INS试验中60分钟剩余时间的百分比(b)和120分钟剩余时间的百分比(c)用白色和黑色条表示。所有数值均以平均值±SD表示。
