有氧運動和膳食干預改善代謝綜合征大鼠脂質代謝的效果及過氧化物酶體增殖物激活受體α介導的機制①

張崇林，劉紹生，夏志，王世香，丁孝民，王前進，王卉

·基礎研究·

有氧運動和膳食干預改善代謝綜合征大鼠脂質代謝的效果及過氧化物酶體增殖物激活受體α介導的機制①

張崇林，劉紹生，夏志，王世香，丁孝民，王前進，王卉

目的通過對代謝綜合征大鼠施加運動和膳食干預，觀察有氧運動對代謝綜合征脂代謝紊亂的調節作用，并探討過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)介導的可能機制。方法Sprague-Dawley大鼠喂養1周后隨機分為空白對照組(CC組)和造模組，后者高脂高鹽飼料喂養18周。造模成功后，將成模大鼠隨機分為模型對照組(MC組，n=9)、模型高脂運動組(MHE組，n=11)和模型普食運動組(ME組，n=11)。ME組和MHE組跑臺訓練12周后測定體質量、腎周脂質量、血游離脂肪酸(FFA)、血脂，用熒光定量RT-PCR和Western blotting法測定心肌組織中的PPARα mRNA和蛋白表達水平。結果與CC組相比，MC組體質量、腎周脂質量、FFA、血脂升高(P＜0.05)，PPARα mRNA和蛋白表達水平均明顯降低(P＜0.01)；與MC組比較，MHE組和ME組體質量、腎周脂質量、血三酰甘油(TG)較均降低(P＜0.05)，高密度脂蛋白(HDL)、PPARα mRNA和蛋白表達水平升高(P＜0.05)；與MHE組比較，ME組低密度脂蛋白(LDL)水平降低(P＜0.05)，PPARα mRNA和蛋白表達水平明顯升高(P＜0.01)。結論有氧訓練能激活PPARα的表達，加強脂肪酸的利用，從而降低代謝綜合征大鼠體質量和內臟脂肪質量，調節機體脂代謝。

代謝綜合征；過氧化物酶體增殖物激活受體α；有氧運動；膳食干預；脂代謝；大鼠

[本文著錄格式]張崇林，劉紹生，夏志，等.有氧運動和膳食干預改善代謝綜合征大鼠脂質代謝的效果及過氧化物酶體增殖物激活受體α介導的機制[J].中國康復理論與實踐,2017,23(6):662-666.

CITED AS:Zhang CL,Liu SS,Xia Z,et al.Effect of aerobic exercises and dietary intervention on lipid metabolism in rats with metabolic syndrome and mechanism medicated by peroxisome proliferator-activated receptor α[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23 (6):662-666.

隨著社會經濟的發展和生活方式的改變，高血壓、糖尿病、肥胖和血脂紊亂的發病率逐年升高，這些慢性病相互影響，并常在同一個體共同存在，被統稱為代謝綜合征(metabolic syndrome)。運動減少和靜止的生活方式是導致代謝綜合征發生最重要的環境因素之一，而腹內脂肪堆積，分解釋放游離脂肪酸(free fat acid,FFA)，使脂質異位沉積產生的脂毒性作用是造成胰島素抵抗(insulin resistance,IR)、糖尿病和代謝綜合征的重要原因[1]。過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptors,PPARs)的生物學作用則與上述環節有關[2]，可能是介導代謝綜合征發病的關鍵靶分子之一。增強運動鍛煉能通過減少脂肪組織、改善脂類和糖類代謝、維持能量平衡等，有效地防治代謝綜合征，減少心血管損害[3]。

目前美國心臟協會/美國糖尿病協會/美國國立心肺血液研究所已將運動列為代謝綜合征的一線治療手段，并貫穿于代謝綜合征綜合干預的始終。本研究采用高脂高鹽飲食誘導建立代謝綜合征大鼠模型，并對代謝綜合征大鼠施以有氧運動干預和飲食控制，觀察有氧運動對其脂質代謝的影響，同時對代謝綜合征大鼠運動前后心肌中PPARα的mRNA表達水平和蛋白含量進行分析，旨在揭示PPARα在運動改善代謝綜合征大鼠脂質代謝過程中可能介導的機制。

1 材料與方法

1.1 實驗動物和飼料

60只4周齡清潔級雄性Sprague-Dawley純系大鼠，單籠飼養，自由飲水，自然光照，室溫(22± 2)℃，濕度55%左右。

非高脂組給予嚙齒類標準飼料，高脂組給予高脂高鹽飼料，每100 g高脂飼料中含普通飼料76 g、豬油20 g、膽固醇2 g、食鹽2 g。高脂組大鼠自由攝食，每天記錄其攝食量并計算出其日平均攝食量，以此數值作為非高脂組大鼠次日的攝食量對其進行攝食控制。

1.2 代謝綜合征模型的建立與分組

大鼠適應性喂養1周后，按體質量隨機分為空白對照組(CC組，n=10)和造模組(n=50)。CC組給予普通飼料，模型組給予高脂飼料喂養。18周后，測量體質量、腹圍，尾靜脈取血測量空腹血糖、血脂等指標。參照2005年國際糖尿病聯盟頒布的代謝綜合征診斷標準[4]，選擇具備腹型肥胖(即體質量與腹圍均較空白對照組增加20%以上)同時伴有高三酰甘油血癥、高密度脂蛋白(high-density lipoprotein,HDL)水平降低、高血糖、血壓升高等標準中任意2項者作為模型復制成功標準。由于本實驗室不具備測量大鼠血壓的儀器，故未將血壓作為參考值。

最終篩選出31只符合標準的代謝綜合征模型大鼠，成模率約為61%。將31只成模大鼠按體質量隨機分為模型對照組(MC組，n=9)、模型高脂運動組(MHE組，n=11)和模型普食運動組(ME組，n=11)。MC組和MHE組繼續給予高脂飼料，ME組改為普通飼料與CC組一同繼續飼養。12周后MC組取7只、其他各組取6只大鼠處死取材。

1.3 隨機分組方法

采用隨機區組設計[5]，首先將待分組動物稱重并按體質量排序編號，再按體質量相鄰的N只大鼠作為一個區組(N為分組組數)，然后產生隨機數字，最后按隨機數字的大小順序將每個區組中的動物分配到各組中。此方法產生的各處理組樣本量基本相等，本研究首次分組時CC組與模型組樣本量為1∶5，故在分組時先將大鼠隨機分為6組，再隨機抽取其中一組作為CC組，其他5組為模型組。

1.4 運動方案

對ME組和MHE組大鼠進行跑臺訓練，經過1周的適應性訓練之后開始正式訓練。訓練頻度60 min/次，6次/周；速度26.8 m/min，坡度5%，此強度約為75%水平[6]。運動時間為每周一至周六18:00～20:00，周日休息，共訓練12周。

1.5 實驗取材

運動干預結束24 h且禁食8 h后處死取材。實驗動物經腹腔注射3%戊巴比妥鈉1 ml/kg麻醉。打開腹腔，腹主動脈取血致死。全血室溫靜置20 min后，3500 r/min離心15 min，取血清，-80℃保存備用。生理鹽水灌流去盡殘血后，完整剝離腹腔內附睪、腎周及腹后壁脂肪墊，4℃鹽水沖洗，濾紙吸干后分別稱重。處死后大鼠立即摘除心臟，凍存于液氮中，待檢PPARα mRNA和蛋白表達。

1.6 心肌組織PPARα mRNA測定

每組取4只大鼠的心臟標本進行PPARα mRNA的檢測，采用Trizol法抽提大鼠心肌總RNA，RT-PCR反應依據TaKaRa-RNA PCR kit說明進行。PCR反應擴增PPARα所用引物如表1所示。20 μl逆轉錄體系中加入RNA 1 μg。用紫外分光光度計測定RNA量和純度。Actin為內參照。PCR反應采用TaKaRa SybrGreen PCR Master Mix試劑，在熒光定量PCR儀上進行PCR反應。使用Sequence Detection軟件參照相對標準曲線法2–ΔΔCt對相對定量結果進行分析。

1.7 心肌PPARα蛋白表達

取心尖部位心肌組織200 mg，在液氮中研磨成粉末，加RIPA裂解液1 ml，4℃、12000 r/min離心30 min，取上清液，按照體積比1∶4(5×)加入緩沖液，95℃、10 min。其余操作按Western blotting說明書嚴格執行。一抗為兔抗。

1.8 血液指標測定

用電子天平測定體質量、腎周脂肪質量，采用化學法測定血FFA、血三酰甘油(triglyceride,TG)、血總膽固醇(total cholesterol,TC)、血HDL、血低密度脂蛋白(low-density lipoprotein,LDL)。

1.9 部分重要儀器和試劑

TaKaRa-RNA PCR kit：批號SK2445，上海生工生物工程有限公司。PCR反應擴增引物：Primer Premier 5.0軟件設計生成。TaKaRa SybrGreen PCR Master Mix試劑：批號SK1312，上海生工生物工程有限公司。兔抗：批號AF6284，上海生工生物工程有限公司。ABI 7500型熒光定量PCR儀：美國ABI公司。TU-1901紫外分光光度計：北京普析通用儀器有限公司。Sequence Detection 1.3.1版軟件：Applied Biosystems公司開發。

1.10 統計學分析

采用SPSS 16.0軟件包進行統計分析。實驗數據用(xˉ±s)表示，組間均數比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD法。顯著性水平α1=0.05，非常顯著性水平α2=0.01。

2 結果

2.1 體質量、內臟脂肪質量和血脂比較

與CC組相比，MC組體質量、腎周脂質量、TG、LDL明顯升高(P＜0.01)，FFA、TC升高(P＜0.05)；與MC組比較，MHE組體質量、腎周脂質量、FFA、TG降低，HDL升高(P＜0.05)；ME組較MHE組HDL水平升高，LDL水平降低(P＜0.05)。見表2。

表1 目的基因及內參引物

表2 各組訓練后體質量、內臟脂肪質量和血脂比較

2.2 心肌PPARα mRNA表達與蛋白表達比較

與CC組比較，MC組PPARα mRNA表達和蛋白表達水平均明顯降低(P＜0.01)；與MC組比較，MHE組心肌PPARα mRNA表達升高(P＜0.05)，蛋白表達水平雖略高于MC組，但無顯著性差異；與MHE組比較，ME組心肌PPARα mRNA表達和蛋白表達均升高(P＜0.01)。見圖1、圖2。

圖1 各組Western blotting檢測PPARα蛋白

圖2 各組訓練后心肌PPARα mRNA和蛋白表達比較

3 討論

PPARs是一類配體激活的核轉錄因子超家族成員，激活后必須與視黃醇類X受體(retinoid X receptor,RXR)形成PPARs/RXR異二聚體，再與PPAR反應元件(peroxisome proliferator response element,PPRE)結合，最終調節靶基因的轉錄[7]。

PPARs有α、γ和δ三個亞型，每個亞型分布在不同的組織中，具有不同的生理功能。其中PPARα高表達于具有豐富線粒體和β氧化活性的組織中，如肝、腎、心肌等，另外還在血管內皮細胞、平滑肌細胞、T淋巴細胞、巨噬細胞中呈現低表達[8]，PPARα已知的靶基因幾乎與脂質代謝的所有方面有關，包括脂肪酸攝取、結合、氧化，脂蛋白裝配，脂質運輸等[9]。人工合成的PPARα配體，如非諾貝特[10-11]、吉非貝齊[12]等，是臨床已使用了40余年的降脂藥。PPARα可通過增加脂蛋白脂酶(lipoprotein lipase,LPL)表達，促進乳糜微粒和極低密度脂蛋白的代謝[13]；通過促進肉堿脂酰轉移酶的表達，促進脂酰輔酶A合成酶的合成，降低丙二酰輔酶A脫羧酶的活性，促進脂肪酸氧化[14]；PPARα還可促進HDL的代謝及膽固醇逆向轉運子A1編碼基因的表達，促進細胞內游離膽固醇和磷脂的流出[15]。PPARα就像一個脂質傳感器，在脂質代謝中發揮非常有益的調節作用[2,16]。

本研究采用高脂高鹽飲食誘導代謝綜合征大鼠模型，MC組大鼠體質量、腎周脂肪重量均顯著提高，各項血脂指標出現改變，同時伴有心肌PPARα轉錄及蛋白表達下降，提示代謝綜合征大鼠心臟存在脂肪酸氧化降低，能量利用障礙。

研究表明，在遺傳易感基因和環境因素作用下，PPARs表達和/或功能下降，可能是導致腹型肥胖[17-18]、IR[17-18]、炎癥反應[19]、心血管重構和功能紊亂[20]的關鍵靶分子；生活方式改善不僅可避免高危環境因素，也可能通過調節內源性PPARs，達到防治代謝綜合征的目的[3,21-22]。Zhang等[23]研究表明，12周游泳訓練可使2型糖尿病大鼠肝臟PPARα mRNA和蛋白表達升高，同時上調與線粒體β-氧化、細胞膽固醇流出和抑制LPL活性等生理過程有關的靶基因，如肝細胞核因子-4、肉毒堿棕櫚酰轉移酶1、過氧化氫酶、ATP結合盒轉運子A1等的mRNA表達。Santos等[24]研究表明，對Wistar大鼠進行8周游泳訓練也可提高心肌PPARα。小鼠敲除PPARα基因后，心肌軟脂酸氧化減少，丙二酰輔酶A表達增加，丙二酰輔酶A脫羧酶表達下降，糖酵解和氧化的增加并不伴隨葡萄糖轉運蛋白表達升高，提示心肌中糖利用的增加是因為脂肪酸氧化減少而代償產生的[25]。

本實驗研究結果顯示，12周有氧訓練后，代謝綜合征大鼠體質量、腎周脂肪質量顯著下降，血脂紊亂狀況明顯改善，加膳食干預后，血脂指標進一步改善，提示持續較長時間的中等強度訓練可有效降低代謝綜合征大鼠體質量和內臟脂肪，并且可使脂質代謝水平趨于正常，運動結合膳食干預效果更佳。

本研究中，運動還使代謝綜合征大鼠心肌PPARα轉錄水平顯著升高，蛋白表達有升高趨勢，未達到顯著性水平，PPARα蛋白表達顯著升高。推測運動可能通過上調代謝綜合征大鼠內源性PPARα，調節其靶基因的轉錄和表達，進而加速心肌等高能耗組織細胞對FFA的攝取，加速脂肪酸β-氧化，有效改善血脂紊亂狀況。PPARα作為一個重要的脂質調節因子，在運動治療代謝綜合征中發揮著積極作用。

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Effect of Aerobic Exercises and Dietary Intervention on Lipid Metabolism in Rats with Metabolic Syndrome and Mechanism Medicated by Peroxisome Proliferator-Activated Receptor α

ZHANG Chong-lin,LIU Shao-sheng,XIA Zhi,WANG Shi-xiang,DING Xiao-min,WANG Qian-jin,WANG Hui
Jinggangshan University,Ji'an,Jiangxi 343009,China

WANG Hui.E-mail:jgswh@163.com

Objective To study the effect of aerobic exercise and dietary intervention on lipid metabolism in metabolic syndrome rats, and investigate the possible mechanism mediated by peroxisome proliferator-activated receptor α(PPAR α).Methods After one-week feeding,Sprague-Dawley rats were randomly divided into blank control group(CC group)and model group which were feed in high-fat-and-salt diet for 18 weeks to establish a metabolic syndrome model.Then,the metabolic syndrome rats were randomly divided into model control group(MC),the model high-fat diet group(MHE)and the model general died exercise group(ME).ME and MHE groups were forced to run on a treadmill for twelve weeks at the same time.The weight of perirenal fat,blood free fat acid(FFA),and blood lipid were determined. The expression of PPARα mRNA in myocardium was detected by RT-PCR.Western blotting was applied to detect the protein expression of PPARα in myocardium.Results Compared with CC group,MC group showed significant increase in body weight,perirenal fat weigh,FFA, and blood lipid(P＜0.05),and significant decrease in PPARα mRNA and protein expression(P＜0.01)in myocardium.Compared with MC group,ME and MHE groups showed significant decrease in body weight,perirenal fat weight,triglyceride(TG),and showed significant increase in high-density lipoprotein(HDL),and the expression of PPARα mRNA and protein in myocardium(P＜0.05).Compared with MHE group,ME group showed decrease in low-density lipoprotein(LDL)(P＜0.05),and increase in the expression of PPARα mRNA and protein (P＜0.01).Conclusion Aerobic exercise may activate the expression of PPARα,enhance the utilization of fatty acid,reduce body mass and visceral fat mass,improve the dyslipidemia and then regulate lipid metabolism in metabolic syndrome rats.

metabolic syndrome;peroxisome proliferator-activated receptor α;aerobic exercise;dietary intervention;lipid metabolism; rats

R589

A

1006-9771(2017)06-0662-05

2016-09-27

2016-10-28)

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.06.009

1.江西省教育廳科技計劃項目(No.GJJ150772)；2.井岡山大學博士科研啟動項目(自然科學)(No.JZB1314;No.JZB11042)。

井岡山大學體育學院，江西吉安市343009。作者簡介：張崇林(1976-)，男，漢族，湖北孝感市人，博士，副教授，主要研究方向：運動人體科學。通訊作者：王卉(1978-)，女，內蒙烏海市人，講師，博士，主要研究方向：運動人體科學。E-mail:jgswh@163.com。