熱量限制對C57小鼠糖脂代謝的影響

趙志煒，馬麗娜，王 蓉，張 旭，陳 娟，張景燕

(首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院中心實驗室，北京市老年病醫(yī)療研究中心，神經(jīng)變性病教育部重點實驗室，北京 100053)

早在1935年，McCay研究發(fā)現(xiàn)熱量限制(caloric restriction，CR)即將正常自由進食所得熱量減去30% ～50%能延長大鼠的生命［1］，隨后在酵母、線蟲、魚、蜘蛛和哺乳動物等諸多研究中證實熱量限制能夠延長生命［2］，從而表明熱量限制對于延長壽命具有的明顯的作用。熱量限制還可以減少許多年齡相關(guān)性疾病的發(fā)生，包括心血管病變、神經(jīng)系統(tǒng)病變、糖尿病和腫瘤等。迄今為止，熱量限制是多種動物中減慢老化和延緩衰老相關(guān)疾病的最有力的干預(yù)手段，但其在哺乳動物中提高健康和延長生命的機制復(fù)雜，目前仍未明確［3，4］，本研究通過觀察不同熱量飲食對小鼠體質(zhì)量、血糖和膽固醇的影響，探討熱量限制對小鼠糖脂代謝的影響。

1 材料和方法

1.1 實驗動物及實驗環(huán)境

實驗動物:SPF級7周齡雄性C57小鼠30只，動物證號SCXK(京)2006-0009，購自北京維通利華實驗動物技術(shù)有限公司。小鼠基礎(chǔ)飼料適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后，隨機將動物分成3組:正常對照組(喂食普通飼料)，高能量組(喂食高能量飼料)，低能量組(喂食低能量飼料)，每組10只，單籠喂養(yǎng)，自由飲水，飼養(yǎng)于SPF級動物實驗室。

飼料配方購自軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院實驗動物中心。普通能量組飼料:能量物質(zhì)質(zhì)量比為粗蛋白19.1%，粗脂肪4%，碳水化合物59%，總代謝能3.484Kcal/g。高能量組飼料:能量物質(zhì)質(zhì)量比為粗蛋白 19.145%，粗脂肪 21.52%，碳水化合物47.17%，總代謝能4.589 Kcal/g，與維持料能量比值1.3173。低能量組飼料:能量物質(zhì)質(zhì)量比為粗蛋白19.145%，粗脂肪2.52%，碳水化合物37.17%，總代謝能 2.479Kcal/g，與維持料能量比值0.71165。

1.2 儀器與試劑

血糖儀(上海羅氏制藥有限公司);小鼠Morris水迷宮箱(DMS-2型，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所);冷凍切片機(德國Leica公司);脫色搖床(江蘇TS-1型);普通光學(xué)顯微鏡(日本Olympus BH-2型);低溫離心機(德國Beckman公司);總膽固醇ELISA試劑盒購自尚柏生物醫(yī)學(xué)技術(shù)(北京)有限公司。

1.3 動物實驗

觀察并記錄各組大鼠的一般情況(進食、飲水、活動等)及體重變化，以評估其健康狀態(tài)及營養(yǎng)狀況。每2周測一次體質(zhì)量和空腹血糖，禁食不禁水過夜12 h后進行空腹血糖測定。應(yīng)用ELISA試劑盒檢測小鼠血清總膽固醇濃度，按照試劑盒說明書提供的操作步驟進行檢測。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

資料數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示，使用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件處理，多組間比較采用單因素方差分析及重復(fù)資料的方差分析。P＜0.05認為差異有統(tǒng)計學(xué)意義，P＜0.01認為差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 熱量限制對各組小鼠體質(zhì)量的影響

實驗前正常組、高能量組和低能量組的體質(zhì)量分別為 (19.32±1.10)g、(19.28±1.01)g和(19.37±1.14)g，三者之間的差別無統(tǒng)計學(xué)意義，3組具有可比性。正常組小鼠體質(zhì)量增長符合動物生長規(guī)律，高能量組小鼠喂食10周之后體質(zhì)量較正常組明顯增高，低能量組小鼠喂食2周之后體質(zhì)量較正常組明顯降低，并一直持續(xù)至實驗終止，見表1。

2.2 熱量限制對各組小鼠血糖的影響

實驗前正常組、高能量組和低能量組的血糖分別為 (5.06±0.74)mmol/L、(5.06±0.74)mmol/L和(5.10±0.73)mmol/L，三者之間的差別無統(tǒng)計學(xué)意義，3組具有可比性。與正常組相比，高能量組小鼠從高能量飲食第6周血糖明顯增高，低能量組小鼠從熱量限制第2周血糖明顯降低，見表2。

2.3 熱量限制對小鼠血清總膽固醇的影響

與正常組相比，高能量組血清總膽固醇水平明顯升高 (5.65±0.50mmol/l比3.99±0.38mmol/l，P＜0.01)，低能量組無明顯變化，見表3。

3 討論

熱量限制是指在提供生物體充分的營養(yǎng)成分保證生物體不發(fā)生營養(yǎng)不良的情況下，限制每日攝取的總熱量，是指一種有計劃地減少由食物供給的熱量，一般是在保證足夠的維生素和礦物質(zhì)水平下，將正常自由進食的熱量減去30% ～50%。實施30%～50%的熱量限制可讓鼠類的最大壽命在原有基礎(chǔ)上提高30% ～50%［5］，提高一些低等生物最大壽命的比例更大［6］。對于包括哺乳類動物的多個物種，熱量限制是除了基因外目前唯一能有效延長平均壽命和最大壽命的干預(yù)手段［7］。

表1 3組動物體質(zhì)量的比較Tab．1 Comparison of body mass of the three groups

表2 3組動物空腹血糖的比較Tab．2 Comparison of the fast glucose of the three groups

表3 3組動物血清總膽固醇的比較Tab．3 Comparison of serum total cholesterol of the three groups

本研究發(fā)現(xiàn)高能量組小鼠體質(zhì)量、血糖、血清總膽固醇明顯高于正常對照組，低能量組小鼠體質(zhì)量、血糖明顯低于正常對照組，可能與限制能量攝入導(dǎo)致的脂肪減少，體質(zhì)量下降及葡萄糖代謝能力增強有關(guān)。在許多長期熱量限制動物模型中，熱量限制可以減輕體重，下調(diào)血壓，使空腹血糖、胰島素和膽固醇水平下降，并且可以使老年動物維持許多年輕時的生理狀態(tài)，如對外界刺激反應(yīng)的敏感性等。熱量限制通過改善脂質(zhì)代謝，從而減輕了氧化應(yīng)激損傷，對老齡大鼠進行熱量限制的研究發(fā)現(xiàn)超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性增高，丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量降低，從而證實了熱量限制能夠改善機體的應(yīng)激狀態(tài)［8］。

熱量限制減輕體質(zhì)量、改善血糖水平的原因考慮與胰島素抵抗敏感性增高有關(guān)，有研究發(fā)現(xiàn)高脂飲食能在不明顯增加體質(zhì)量同時較快改變身體構(gòu)成進而使胰島素敏感性顯著下降，而熱量限制飲食盡管能較快減重卻需在較長時間后才能改變身體構(gòu)成以改善胰島素敏感性［9］。高熱量攝入能夠通過影響胰島細胞中β/α比例發(fā)生變化，出現(xiàn)高胰島素血癥、胰島素敏感性下降，伴有胰高血糖素分泌逐漸增多從而血糖升高［10］。胰島素抵抗具體機制仍不明確，胰島素/IGF-l信號通過作用于胰島素或IGF-IR而啟動下游PI3-K的磷酸化級聯(lián)反應(yīng)［11］，胰島素受體下游的信號分子如胰島素受體底物(IRS)和PI3-K發(fā)生異常，都可促使胰島素抵抗的發(fā)生發(fā)展［12］，仍有待于進一步的研究。

對動物進行熱量限制的研究方法對于人類延緩衰老提供了一定的實驗依據(jù)，即人類采取熱量限制的生活方式可以達到預(yù)防疾病的發(fā)生發(fā)展并延緩衰老的目的，但對人類進行熱量限制可能會產(chǎn)生諸如骨質(zhì)疏松、生育能力降低、經(jīng)期紊亂、低血壓及精神問題等一系列不良作用［13］。熱量限制模擬物可以模擬熱量限制引起的代謝及其他生理效應(yīng)，不會長期顯著減少飲食攝入，能激活類似于熱量限制的應(yīng)激反應(yīng)，對抗各種應(yīng)激源，能產(chǎn)生增加壽命、減少增齡疾病、維持生理功能的效果［14］，但熱量限制模擬物的臨床應(yīng)用價值及能否避免以上不良作用仍需要進一步的研究。

總之，高能量飲食明顯增高小鼠體質(zhì)量、血糖和血清總膽固醇水平，而適度的熱量限制能夠延長細胞的總體壽命［15］，并且明顯降低小鼠體質(zhì)量和血糖，改善糖脂代謝。通過對熱量限制延緩衰老機制的進一步研究，可以給人類延長壽命提供有效的措施，來減緩衰老相關(guān)疾病的發(fā)生，提高生活質(zhì)量。

［1］ McCay CM，Crowell MF，Maynard LA．The effect of retarded growth upon the length of life span and upon the ultimate body size［J］．J Nutr，1935，10:63 －79．

［2］ BordoneL， Guarente L． Caloric restriction， SIRT1 and metabolism:understanding longevity［J］．Nat Rev Mol Cell Biol，2005，6:298 －305．

［3］ Sinclair DA．Toward a unified theory of caloric restriction and longevity regulation［J］．Mech Ageing Dev，2005，126:987－1002．

［4］ Walford RL，Harris SB，Gunion MW．The calorically restricted low-fat nutrient-dense diet in Biosphere 2 significantly lowers blood glucose，total leukocyte count，cholesterol，and blood pressure in humans［J］．Proc Natl Acad Sci U S A，1992，89(23):11533－11537．

［5］ Valle A，Sastre-Serra J，Roca P，et al．Modulation of white adipose tissue proteome by aging and calorie restriction ［J］．Aging Cell，2010，9:882 －894．

［6］ Skinner C，Lin SJ．Effects of calorie restriction on life span of microorganisms［J］．Appl Microbiol Biotechnol．2010，88:817－828．

［7］ Fontana L．The scientific basis of caloric restriction leading to longer life［J］．Curr Opin Gastroenterol．2009，25:144 －150．

［8］ 李艷芳，邱齡，王慧俐．熱量限制對老齡大鼠血清SOD及MDA的影響［J］．山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2010，41:196－198．

［9］ 孫倩倩，王雙，王凌霄．成年大鼠接受高脂或熱量限制飲食對其衰老后身體構(gòu)成、糖脂代謝及胰島內(nèi)β、α細胞分泌功能影響的比較研究［J］．中華老年多器官疾病雜志，2012，11:653－658．

［10］ Weiss R，D'Adamo E，Santoro N，et al．Basal alpha-cell upregulation in obese insulin resistant adolescents［J］．J Clin Endocrinol Metab，2011，96:91－97．

［11］ Kops GJ，de Ruiter ND，De Vries-Smits AM，et al．Direct control of the forkhead transcription factor AFX by protein kinase B［J］．Nature，1999，398:630 －634．

［12］ Vahos CJ，Matter WF，Hui KY，et al．A specific inhibitor of phosphatidylinositol 3-kinase，2-(4-morpholinyl)-8-phenyl-4H-1-benzopyran-4-one(LY294002)［J］．J Biol Chem，1994，269:5241－5248．

［13］ Dirks AJ，Leeuwenburgh C．Caloric restriction in humans:potential pitfalls and health concerns ［J］．Mech Ageing Dev，2006，127(1):1－7．

［14］ Ingram DK，Zhu M，Mamczarz J，et al．Calorie restriction mimetics:an emerging research field［J］．Aging Cell，2006，5(2):97－108．

［15］ 趙靜姝，王蓉，張景燕，等．不同能量的培養(yǎng)條件對人神經(jīng)母細胞瘤株SH-SY5Y細胞生長的影響［J］．中國比較醫(yī)學(xué)雜志，2012，22(2):66－69．