益气养阴通络方对糖尿病足小鼠VEGF、胰腺氧化应激、胰岛形态的影响❋

2018-01-02 06:28宋莹莹王长明
中国中医基础医学杂志 2017年11期
关键词:胰岛通络低剂量

宋莹莹,王长明,张 赓,杨 进

(南京中医药大学,南京 210023)

【实验研究】

益气养阴通络方对糖尿病足小鼠VEGF、胰腺氧化应激、胰岛形态的影响❋

宋莹莹,王长明,张 赓,杨 进△

(南京中医药大学,南京 210023)

目的:观察益气养阴通络方对糖尿病足(diabetic foot,DF)小鼠血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)及胰腺抗氧化应激能力、胰岛形态的影响。方法: SPF级C57BL/6J雄性小鼠70只,随机抽10只为正常组,其余小鼠腹腔注射链脲佐菌素(Streptozotocin, STZ)(120mg/kg)及结扎股动脉、股静脉建立DF模型,分为模型组、二甲双胍+西洛他唑组(西药对照组)、通塞脉片组(中药对照组)、益气养阴通络方高、中、低剂量组,连续用药3周,检测干预前后各组小鼠体质量、空腹血糖(fasting blood glucose,FBG)、干预后血清VEGF、胰腺组织超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、还原型谷胱甘肽(Glutathione,GSH)活性及丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量。实验末摘取胰腺,苏木精-伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色观察胰岛结构。结果: 益气养阴通络方能显著降低FBG,上调VEGF,提高胰腺SOD、GSH活性,降低MDA含量。胰岛HE染色提示益气养阴通络方高剂量组形态学改变优于模型组。结论: 益气养阴通络方能降低血糖,调节血清VEGF浓度,增强胰腺抗氧化应激能力,改善胰岛病理形态,从而促进血管再生,阻止或延缓胰腺功能的损害,加速足部溃疡愈合。

益气养阴通络;糖尿病足;VEGF;氧化应激;胰岛形态学

糖尿病足(diabetic foot,DF)是糖尿病(diabetic mellitus,DM)常见的慢性致残性并发症之一,属于中医学“消渴”“脱疽”“脉痹”等范畴。中医学认为,DF由消渴日久、脾失健运、气阴两伤、瘀热阻络、筋脉失于濡养所致,总属本虚标实之证。江苏省名中医杨进教授提出DF治法为“补虚化瘀、清热解毒,解痉通络”,并运用益气养阴通络方治疗,用于治疗血栓闭塞性脉管炎(脱疽)毒热症的通塞脉片也具有培补气血、养阴清热、活血化瘀之效,而DF发病机制与脉管炎有相似之处,属于中医学“脱疽”范畴,因此在本研究中将其设为中药阳性对照。二甲双胍是目前DM治疗的一线药物,是全球性惟一用以改善胰岛素作用的降糖药,目前尚缺少治疗DM下肢血管病变的特效药物,西洛他唑是选择性环磷酸腺苷磷酸二酯酶抑制剂[1],具有抗血小板、扩张血管、减轻下肢血管闭塞的作用,因此将此两药联用设为西药阳性对照。

本研究通过建立DF小鼠模型,观察上述阳性对照药物及益气养阴通络方对DF小鼠空腹血糖(fasting blood glucose,FBG)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、氧化应激指标、胰岛形态的影响,探讨益气养阴通络方促进DF溃疡愈合的可能作用机制。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 药物与试剂 益气养阴通络方由生黄芪30 g、当归20 g、金银花30 g、玄参20 g、水蛭6 g等组成,中药由南京中医药大学附属第一医院江苏省中医院中药房提供;通塞脉片(每素片重0.35 g)主要成分为当归、牛膝、黄芪、党参、石斛、玄参、金银花、甘草,由康缘阳光药业有限公司生产(国药准字Z32020535,批号161209);盐酸二甲双胍片(0.5 g)由中美上海施贵宝制药有限公司生产(国药准字H20023370,批号AAJ9601);西洛他唑片(50 mg)由浙江大冢制药有限公司生产(国药准字H10960014,批号151205P);链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)(S0130-500 mg)购自美国Sigma公司(批号WXBC1125V);戊巴比妥钠(5 g)购自美国Invitrogen公司(批号922L0311);小鼠VEGF检测试剂盒购自南京Angle Gene 公司(批号16120921087 M),小鼠超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)测试盒(批号20160930),小鼠还原型谷胱甘肽(Glutathione,GSH)测试盒(批号20160933),小鼠微量丙二醛(Malondialdehyde,MDA)测试盒(批号20160934)均购自江苏凯基生物技术股份有限公司。

1.1.2 实验器材 血糖试纸及快速血糖仪(ONETOUCH Ultra稳豪型血糖仪,美国强生);电子天平(Bt125D,北京赛多利斯科学仪器有限公司,中国);研究用酸度仪(PB-10,北京赛多利斯科学仪器有限公司,中国);超低温冰箱(HFU686 Basic,Thermo Fisher Scientific,美国);数控超声波清洗器(KH-500DV,昆山禾创超声仪器有限公司,中国);高速微量离心机(CL 17R,Thermo Fisher Scientific,美国);酶标仪(Infinite F50,Tecan公司,瑞士);全自动洗板机(APW-100,Thermo公司,美国);紫外可见分光光度计(UV-1600,上海美谱达仪器有限公司,中国);包埋机(YD-6 L,金华益迪,中国);石蜡切片机(RM2235,Leica公司,德国);光学显微镜(Axio Imager M2型,Zeiss公司,德国)等。

1.2 动物模型制备

1.2.1 动物及饲养环境 SPF级C57BL/6 J雄性小鼠70只,健康状况良好,周龄4~8周,体质量18~21g,由南京大学南京生物医药研究院提供(实验动物许可证SCXK(苏)2015-0001)。分笼适应性饲养,普通饲料,自由进食饮水,自然照明。实验动物饲养环境室温23~25 ℃,相对湿度40%~70%,定期观察记录其症状、体征、饮水量、尿量、进食量,每日观察其健康状况及死亡情况。

1.2.2 DM小鼠模型的建立[2]将所有小鼠适应性普通饲料喂养1周后随机选出10只小鼠作为正常对照组,其余为拟DM造模组。正常对照组给予普通饲料(含脂肪12%,碳水化合物60%,蛋白质28%)喂养,拟DM造模组给予高脂饮食(74.5%基础饲料,10 %熟猪油,10%蔗糖,5%蛋黄粉,0.5%胆固醇)喂养。喂养2周后禁食16 h,不禁水,拟DM造模组小鼠腹腔快速注射STZ(120 mg/kg),STZ按1%比例以柠檬酸缓冲液稀释(pH=4.45,冰上配制,现配现用);正常对照组小鼠腹腔注射等容积pH4.45的柠檬酸缓冲液。3周后采尾静脉血,用血糖仪检测血糖,随机血糖≥16.7 mmol/L即为DM小鼠造模成功,不符合标准者予以淘汰。

1.2.3 DF小鼠模型的建立[3-4]DM模型成功后,各组小鼠空腹12 h测小鼠净体质量。用1%戊巴比妥钠(50 mg/kg)腹腔注射麻醉,待小鼠角膜反射消失后,将小鼠以仰卧位固定在鼠板上备皮消毒。以手术剪刀纵行切开左侧后肢正中皮肤,以止血钳固定牵拉皮肤,充分暴露手术视野。以止血钳固定分离出股动脉和股静脉,结扎股动脉、股静脉,伤口局部涂撒青霉素后缝合皮肤。

1.3 动物分组及给药方法

70只小鼠随机抽取10只作为正常对照组,其余60只小鼠造模,剔除不符合DM诊断标准的小鼠。49只DM成模小鼠用于建立DF模型。按随机数字表法分为模型对照组8只,二甲双胍+西洛他唑组(西药对照组)8只,通塞脉片组(中药对照组)8只,益气养阴通络方高剂量组(中药高剂量组)9只,益气养阴通络方中剂量组(中药中剂量组)8只,益气养阴通络方低剂量组(中药低剂量组)6组各8只。

按小鼠与人等效剂量换算,二甲双胍量为0.417 g/(kg·d)(成人日用药量10倍,体质量按60 kg计),西洛他唑量为0.033 g/(kg·d)(成人日用药量的10倍,体质量按60 kg计),通塞脉片量为1.05 g/(kg·d)(成人日用药量的10倍,体质量按60 kg计),益气养阴通络方高、中、低剂量分别是35.2 g/(kg·d)、17.6 g/(kg·d)、8.8 g/(kg·d)(分别是成人日用药量的20、10、5倍,成人体质量按60 kg计)灌胃。正常对照组及模型对照组给予等容积生理盐水灌胃,每日1次(9∶00左右),连续用药3周。

1.4 观察指标及检测方法

1.4.1 各组小鼠一般情况观察 实验期间每天观察各组小鼠的精神状况、行为活动、皮毛色泽、健康状况及死亡情况,并记录其症状和体征。

1.4.2 各组小鼠体质量及FBG变化 给药前后称量各组小鼠体质量,同时取尾静脉血,用血糖试纸测其FBG。

1.4.3 各组小鼠VEGF检测 停药后次日腹腔注射1%戊巴比妥钠,分别将动物麻醉,眼眶静脉丛采血约0.8 ml,离心3000 r/min、15 min,分离血清,-70 ℃保存备用。应用双抗体夹心法测定血清VEGF浓度,按试剂盒说明书步骤操作。在酶标包被板上的标准品孔中依次加标准品、标准品稀释液,对倍稀释,稀释后各孔加样量均为50 μL。待测样品孔中依次加40 μL样品稀释液、10 μL待测样品,覆膜37 ℃温育30 min。用预先稀释好的洗液洗板,反复清洗5次并拍干。每孔加入50 μL酶标试剂,空白对照孔除外,重复温育、洗涤操作。每孔依次加入50 μL显色剂A液、B液,37 ℃避光显色15 min后,加50 μL终止液终止反应。立即用酶标仪在450 nm波长下依序测量各孔的吸光度(OD值),根据标准曲线计算VEGF水平。

1.4.4 各组小鼠胰腺氧化应激指标检测 取血后分别固定小鼠四肢,打开腹腔迅速分离胰腺组织。取少量的胰腺组织用冰磷酸缓冲盐溶液洗净残留血液后制作成10%组织匀浆,低温低速离心取上清液。采用黄嘌呤氧化酶法测定胰腺组织SOD活性,比色法测定GSH活性,硫代巴比妥酸法测定MDA含量,均严格按试剂盒说明书步骤操作。其余胰腺组织置10%中性甲醛(pH7.4)固定液中,保存备用。

1.4.5 各组小鼠胰岛形态学观察 每组选取3只小鼠,从10%中性甲醛(pH7.4)固定液中取出胰腺组织,经脱水、石蜡包埋、切片、苏木精-伊红(Hematoxylin-eosin,HE)染色,在光镜下观察胰岛形态变化。

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 各组小鼠一般状况比较

正常对照组小鼠精神饱满,活动自如,毛发光泽,饮食量、尿量正常,体质量呈上升趋势;小鼠DM模型成功建立后第1周出现明显的精神倦怠、行动迟缓、毛发杂乱、进食量减少、饮水量有所增加,体质量未出现明显下降;建立后第2周出现多饮多食多尿现象,体质量逐渐下降,毛发枯黄无光;建立后第3周出现食欲减退。

图1显示,小鼠DF模型建立后出现弓背、跛行、趾蜷、触觉过敏、下肢溃疡、创面红肿、患肢肌肉萎缩等现象。与模型对照组比较,各治疗组小鼠的精神状态、一般状况及下肢溃疡均有不同程度的改善。以中药高剂量组小鼠的溃疡肉眼观察为例。

图1 中药高剂量组小鼠溃疡变化情况注:标尺刻度为0.5 mm(→所指为溃疡创面)A.用药前溃疡有血性分泌物,周围皮肤肿胀;B.用药1周后溃疡面积缩小,分泌物减少,周围皮肤无水肿;C.用药2周后溃疡面积明显缩小,无明显分泌物;D.用药3周后上皮逐渐覆盖,创面逐渐愈合

2.2 各组小鼠体质量、FBG比较

表1显示,治疗前各组小鼠的初始体质量比较差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。除正常对照组和模型对照组外,其余各组小鼠体质量经治疗后均较治疗前减少,差异有统计学意义(P<0.01或P<0.001)。中药高剂量组小鼠治疗后的体质量接近正常组小鼠,较模型对照组增加(P<0.05)。

西药对照组、中药对照组、中药高剂量组、中药中剂量组、中药低剂量组的FBG较治疗前均明显降低(P<0.01或P<0.001),且低、中、高剂量组之间的血糖有依次下降趋势。治疗后,上述各组的FBG亦明显低于模型对照组(P<0.001),但西药对照组、中药对照组、中药高剂量组的FBG含量比较差异无统计学意义(P>0.05)。提示益气养阴通络方有降低FBG的作用,并在一定剂量范围内,随剂量的增加降糖作用亦有增强趋势。

2.3 各组小鼠VEGF、抗氧化指标比较

表2显示,与正常对照组比较,模型对照组、中药对照组VEGF降低有统计学意义(P<0.001)。与模型对照组比较,中药高剂量组VEGF含量明显增加(P<0.05),中剂量组、低剂量组含量虽高于模型对照组,但差异无统计学意义(P>0.05),低、中、高剂量组VEGF含量依次上升。西药对照组、中药对照组、中药高剂量组治疗后VEGF含量比较差异无统计学意义(P>0.05)。

表1 各组小鼠治疗前后体质量、FBG比较

注:与本组治疗后比较:**P<0.01,***P<0.001;与模型对照组治疗后比较:△P<0.05,△△△P<0.001

与正常对照组比较,模型对照组、中药低剂量组的SOD含量明显降低、MDA含量明显上升(P<0.01,P<0.001),各组的GSH含量均明显下降(P<0.05,P<0.01或P<0.001),反映胰腺组织自由基清除能力下降。治疗后,西药对照组、中药对照组、中药高剂量组、中药中剂量组的小鼠胰腺SOD、GSH含量明显高于模型对照组(P<0.05,P<0.01或P<0.001),MDA含量明显低于模型对照组(P<0.01)。与中药低剂量组比较,西药对照组、中药对照组、中药高剂量组、中药中剂量组SOD含量升高,MDA含量降低(P<0.05,P<0.01或P<0.001),中药高剂量组、中药中剂量组GSH含量升高(P<0.05,P<0.01)。与中药高剂量组比较,西药对照组、中药对照组SOD、GSH、MDA含量比较差异无统计学意义(P>0.05)。可见,西药对照组、中药对照组、中药高剂量组小鼠治疗后的胰腺抗氧化应激能力比较差异无统计学意义,但西药对照组、中药对照组、中药高剂量组、中药中剂量组提高小鼠胰腺抗氧化应激能力优于中药低剂量组。

表2 各组小鼠血清VEGF、抗氧化指标比较

注:与正常对照组比较:#P<0.05,##P<0.01,###P<0.001;与模型对照组比较:△P<0.05,△△P<0.01,△△△P<0.001;与中药低剂量组比较:●P<0.05,●●P<0.01,●●●P<0.001

2.4 各组小鼠胰岛组织形态学观察

光学显微镜下观察各组小鼠胰岛HE染色可见,正常对照组小鼠胰岛丰富,数量较多,于胰腺腺泡间散在分布;模型对照组胰岛数量明显减少,分布稀疏。

胰岛形态:正常对照组小鼠胰岛形态完整呈圆形或椭圆形,与周围组织界限清晰;模型对照组胰岛形态不规则并有萎缩现象,呈条索状,边缘不齐,界限不清。

胰岛细胞形态:胰岛内胰岛细胞间有丰富的毛细血管,细胞排列整齐且均衡分布,胞浆丰富,胞核居中并呈圆形;模型对照组细胞排列紊乱,部分胰岛细胞呈空泡状变性甚至出现核溶解、核固缩改变。

图2显示,各给药组胰岛形态学均较模型组有明显改善,胰岛数目增加,形态较正常,边界较清晰,胰岛细胞空泡状变性及细胞破裂也较少。

图2 各组小鼠胰岛细胞HE染色(×20)注:scale bar: width in inches: 0.3 μm(→所指为胰岛) A.正常对照组:胰岛结构完整,胞浆丰富,细胞核呈圆形蓝色着染;B.模型对照组:胰岛萎缩,细胞排列杂乱,部分细胞呈空泡状变性;C.西药对照组:胰岛形态较规则,边界较清,体积缩小,细胞呈空泡状变性较少;D.中药对照组:胰岛形态较规则,边界欠清,部分细胞呈空泡状变性;E.中药高剂量组:胰岛结构较完整,细胞排列较齐;F.中药中剂量组:胰岛萎缩,形态不规则,边界尚清,部分细胞呈空泡状变性;G.中药低剂量组:胰岛萎缩,形态不规则,边界欠清,部分细胞呈空泡状变性

3 讨论

VEGF是目前公认最强的促血管生成因子,促进内皮细胞分裂、增殖和转移,刺激新生血管形成[5];提高血管的渗透性,促进血浆大分子物质外渗至血管外的基质中,为新生血管的生长提供营养。DF患者溃疡创面VEGF不仅呈低水平表达,其表达高峰持续时间也在缩短,是创面难愈的重要原因之一[6],其含量在一定程度上能客观反映创面修复的能力。DF患者的氧化应激状态可通过影响胰岛β细胞基因的表达、促进β细胞凋亡、脂毒性等多种途径对β细胞造成极强的杀伤力[7]。SOD是生物体内清除超氧阴离子自由基的重要抗氧化酶。GSH对过氧化氢的还原反应起到保护细胞膜结构和功能完整的作用,与SOD均是衡量机体抗氧化能力的重要因素。MDA是脂质过氧化反应的主要分解产物,反映机体所面临的氧化应激压力大小。因此,SOD、GSH、MDA含量的变化能间接反映胰腺损伤的程度。益气养阴通络方高剂量组与西药对照组、中药对照组在降低FBG、调节VEGF、改善胰腺抗氧化应激能力方面效果相当,低剂量组疗效差于西药对照组、中药对照组,高、中、低剂量组的疗效随剂量的增加而提高。

本病以气阴两虚为本,瘀血阻络、湿热壅盛为标,络虚与络瘀并存,因此以“络以通为用”为治疗原则,以益气养阴扶其正,清热解毒攻其邪,化瘀解痉通其络为治疗大法。益气养阴通络方由当归补血汤、四妙勇安汤加减化裁而成,重用“疮家圣药”之生黄芪,意在气旺则血行,瘀去络通而起废痿,既补脾运之不足又托毒生肌、鼓邪外出用为君药。纯补气则瘀不去,当归养血活血,化瘀通脉。金银花甘寒气清,尤善清热解毒;玄参甘咸寒,长于清热凉血、泻火解毒,并能滋养阴液、软坚散结,与金银花相伍既能清气分之热,又能解血分之毒,合当归养血滋阴而生新;水蛭破血逐瘀、通经攻坚为使药。《医学衷中参西录》曰:“凡破血之药,多伤气分,惟水蛭味咸专入血分,于气分丝毫无损”[8],“破瘀血而不伤新血”。水蛭不失为可逐恶血又不伤气分的最佳选择。研究也发现,水蛭含有水蛭素、肝素、抗血栓素,其中水蛭素是已知最强的凝血酶抑制剂,有明显的抗凝抗栓、抗动脉粥样硬化、抗血小板聚集、抗炎等多种功能[9],抑制血栓形成,稳定血管内皮细胞,改善双下肢血液循环。纵观全方,补气滋阴而不壅滞,活血通络而不伤正。高剂量组小鼠的整体状态(精神、活动、毛发、饮食等)改善也明显优于西医对照组、中药对照组。究其原因,可能是二甲双胍、西洛他唑具有胃肠道反应和全身反应,如厌食、恶心、倦怠、乏力等;益气养阴通络方的组方原则较通塞脉片的组方原则增加了“解痉通络”的治法,配以虫类药物,专入络脉,搜剔疏拔,对DF的治疗更具有针对性。

胰岛细胞HE染色提示,模型组胰岛体积明显萎缩,为适应胰岛素抵抗,胰腺需过度分泌大量的胰岛素,逐渐进入胰岛β细胞结构破坏期,造成胰岛β细胞功能下降、数量减少,导致β细胞空泡状变性、进行性凋亡等。高剂量组胰岛β细胞数量减少明显改善,胰岛内亦罕见空泡状变性。监测FBG也发现,高剂量组降低血糖的力度在高、中、低剂量组中最大。据此推测,高剂量组的降糖作用更可能是通过促进胰岛β细胞的再生、保持β细胞数量与功能、减少胰岛萎缩以及促进胰岛素分泌等多途径调节血糖、增加胰岛素敏感、减少对胰岛素的需求。二甲双胍降低FBG的机制包括抑制肝糖原异生,增加外周组织对葡萄糖的摄取,增加胰岛素受体数量及其与胰岛素结合的亲和力,促进游离脂肪酸的再脂化并抑制脂解,改善胰岛素抵抗[10]。可见,益气养阴通络方与二甲双胍均可通过保护胰岛β细胞,增加胰岛素敏感,降低胰岛素抵抗,达到降糖目的。但后者不能促进胰岛素的分泌,两者作用机制的具体差异尚待进一步的深入研究。

综上所述,高剂量的益气养阴通络方能有效抑制DF小鼠体质量过度下降,降低FBG,提升SOD、GSH的活性,降低MDA含量,改善小鼠胰腺的抗氧化应激能力;升高血清VEGF,激活细胞增殖和肉芽组织的生长,促进血管生成,加强局部营养状况和抗感染能力;减少胰岛萎缩,保持β细胞数量与功能,促进胰岛结构及胰岛β细胞自身修复,进而调节血糖,进入良性循环。这些可能是益气养阴通络方治疗DF的部分作用机理与靶点,为其临床应用提供了一定的实验依据。

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EffectofYiqiYangyinTongluoFormulaonVEGF,PancreaticOxidativeStressandIsletMorphologyofDiabeticFootMice

SONG Ying-ying, WANG Chang-ming, ZHANG Geng, YANG Jin△

(NanjingUniversityofChineseMedicine,Nanjing210023,China)

Objective: To observe the effect of Yiqi Yangyin Tongluo Formula on vascular endothelial growth factor(VEGF), pancreatic antioxidative ability and islet morphology of diabetic foot(DF)mice. Methods: 10 mice were randomly selected from 70 SPF male C57BL/6J mice. Other mice, given 120mg/kg streptozotocin (STZ) injection and femoral artery and vein ligature to establish DF models, were divided into model group, Metformin+Clostazol group, Tongsaimai group, and high, middle and low dose of Yiqi Yangyin Tongluo Formula groups. During gavage for 3 weeks, body weight and fasting blood glucose (FBG) of all the mice were observed dynamically, and VEGF, superoxide dismutase(SOD), glutathione(GSH) and malondialdehyde(MDA) were determined after gavage. At the end of the experiment, pancreases were removed and Hematoxylin-eosin (HE) staining was used to observe the structure of islets. Results: Yiqi Yangyin Tongluo Formula can lower FBG, raise VEGF level, SOD and GSH activity, and decrease MDA level. HE staining showed that the morphological changes of the high dose of Yiqi Yangyin Tongluo Formula group were better than those of model group. Conclusion: Yiqi Yangyin Tongluo Formula can lower glucose, regulate VEGF level, enhance pancreatic antioxidative ability and improve islet morphology to promote revascularization, prevent or delay pancreatic function lesion and thus accelerate foot ulcer healing.

Replenishing Qi, nourishing Yin and dredging collaterals; Diabetic foot; VEGF; Oxidative stress; Islet morphology

国家自然科学基金资助项目(81600966)-PIRT调节TRIPV1介导的骨癌痛机理研究;江苏省自然科学基金资助项目(BK20161042)-PIRT调节骨癌痛的外周神经机理研究;江苏省高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)-名医名师杨进教授学术思想的传承研究

宋莹莹(1984-),女,江苏宿迁人,助理研究员,医学博士,从事温病治则治法的机理研究。

△通讯作者:杨 进,男,教授,博士研究生导师,从事温病治则治法的机理研究,Tel:18913953750,E-mail:13951743559@163.com。

R285.5

B

1006-3250(2017)11-1564-05

2017-05-10

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