運(yùn)動(dòng)結(jié)合低氧對胰島素抵抗大鼠血清TNF-α和脂聯(lián)素的影響

范錦勤 翁錫全 林文弢

(1韶關(guān)學(xué)院體育學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005；2廣州體育學(xué)院)

慢性非傳染性疾病(CNCDs)已經(jīng)成為我國居民死亡的頭號殺手，社會(huì)老齡化、城鎮(zhèn)化加劇、飲食習(xí)慣不當(dāng)、不良的生活方式及運(yùn)動(dòng)減少等多方面因素綜合起來造成了慢性病致死呈現(xiàn)井噴狀態(tài)〔1,2〕。身體活動(dòng)不足和高鹽、高脂等不健康飲食是我國居民慢性病發(fā)生、發(fā)展的主要行為危險(xiǎn)因素〔3〕。胰島素抵抗是眾多CNCDs滋生的“共同土壤”，而隨著肥胖因素在致CNCDs的重要作用被逐漸深入認(rèn)識，脂肪組織的內(nèi)分泌功能紊亂在胰島素抵抗中所起的作用也受到了關(guān)注。脂肪組織可分泌多種脂肪因子，包括白細(xì)胞介素-6、腫瘤壞死因子(TNF)-α、脂聯(lián)素、瘦素及抵抗素等，它們在調(diào)節(jié)機(jī)體胰島素敏感性和能量代謝方面發(fā)揮重要作用。有研究表明低氧刺激可促進(jìn)機(jī)體脂肪分解，調(diào)節(jié)脂代謝〔4,5〕，而規(guī)律的有氧運(yùn)動(dòng)可改善脂代謝和提高組織對胰島素的敏感性已得到肯定，但低氧暴露結(jié)合運(yùn)動(dòng)刺激對胰島素抵抗機(jī)體的脂肪因子影響的報(bào)道還較為鮮見。現(xiàn)擬用高脂膳食誘導(dǎo)建立胰島素抵抗大鼠模型，隨后采用有氧運(yùn)動(dòng)結(jié)合間歇低氧暴露的干預(yù)措施，觀察、分析大鼠體成分、血清 TNF-α和脂聯(lián)素的變化，為胰島素抵抗的預(yù)防、改善和治療提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)對象與干預(yù)方案

1.1.1胰島素抵抗大鼠模型建立 6周齡健康SD雄性大鼠92只(購自南方醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物中心，粵監(jiān)證字：2006A064)，體重為(170.80±7.18)g，分籠飼養(yǎng)，保持室溫約25℃，相對濕度約55%，自然晝夜節(jié)律光照，更換墊料2～3次/w，適應(yīng)環(huán)境1 w后開始大鼠建模。

參考潘哲浩等〔6〕的動(dòng)物造模方法和判定標(biāo)準(zhǔn)，將大鼠分為對照組(28只，噬齒類動(dòng)物標(biāo)準(zhǔn)飼料喂養(yǎng))和建模組(64只，高脂飼料喂養(yǎng)，高脂飼料成分為：基礎(chǔ)飼料59.4%、糖20%、豬油15%、蛋黃粉5%、礦物質(zhì)0.25%、膽鹽0.2%、氯化膽堿0.15%)，均自由攝食飲水，記錄每日每籠攝食量和每周日稱大鼠體重。第6周末，各從兩組中隨機(jī)抽取8只大鼠，禁食12 h后，測量大鼠空腹血糖和空腹胰島素，隨后以2 g/(kg體重)的劑量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行糖耐量試驗(yàn)，并按照相關(guān)公式來計(jì)算胰島素敏感指數(shù)和胰島素抵抗指數(shù)〔7〕。發(fā)現(xiàn)第6周時(shí)，模型組大鼠的各項(xiàng)指標(biāo)與對照組相比，均有顯著性差異(P<0.05)，提示胰島素抵抗大鼠造模成功。

1.1.2動(dòng)物分組和干預(yù)方案 隨機(jī)選取造模成功的大鼠48只，并隨機(jī)分組進(jìn)行為期4 w的運(yùn)動(dòng)和(或)間歇低氧干預(yù)。高脂膳食常氧安靜組(HNC組)12只，采用高脂膳食，常氧飼養(yǎng)，不進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和低氧干預(yù)；高脂膳食低氧安靜組(HHC組)12只，采用高脂膳食，每天4 h低氧刺激(O2濃度為14.5%)，其余時(shí)間常氧下飼養(yǎng)；高脂膳食常氧運(yùn)動(dòng)組(HNE組)12只，采用高脂膳食，每天跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)1 h(速度為25 m/min，5 d/w)，常氧條件下飼養(yǎng)和運(yùn)動(dòng)；高脂膳食間歇低氧運(yùn)動(dòng)組(HHE組)12只，采用高脂膳食，每天4 h低氧刺激(O2濃度為14.5%)，且常氧下跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)1 h(速度為25 m/min，5 d/w)。

1.2樣品采集 在末次運(yùn)動(dòng)干預(yù)后24 h取材，期間所有大鼠經(jīng)12 h禁食，用10%水合氯醛按300 mg/(kg體重)劑量行腹腔注射麻醉，腹主動(dòng)脈采血，室溫靜置60 min后以3 500 r/min離心15 min，分離血清后將其移至-70℃冰箱中保存待測。取血后，剝離出完整附睪脂肪墊、腎周脂肪墊、股四頭肌、腓腸肌，用預(yù)冷生理鹽水洗凈血液，濾紙吸干組織表面水分后稱重。

1.3指標(biāo)測試 用電子天平分別稱量大鼠的體重、腎周脂肪、附睪脂肪、股四頭肌和腓腸肌質(zhì)量(精確至0.1 g)，并計(jì)算脂肪總質(zhì)量與肌肉總質(zhì)量比值。TNF-α和脂聯(lián)素的酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)試劑盒購自美國ADL公司，測試儀器為RT-2100C型多功能酶標(biāo)儀。指標(biāo)均由實(shí)驗(yàn)室專業(yè)技術(shù)人員檢測，操作步驟嚴(yán)格依據(jù)試劑盒說明書進(jìn)行。

1.4數(shù)據(jù)分析 采用 SPSS17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

干預(yù)4 w后，各組大鼠的體重均有增加，與HNC組比較，其余3組體重增長較少(P<0.05或P<0.01)，且表現(xiàn)為HHE組

表1 各組干預(yù)后體重增長、脂肪/肌肉比值及血清TNF-α、脂聯(lián)素比較

3 討 論

有研究證實(shí)〔9,10〕，低氧刺激可改善大鼠的胰島素敏感性，提高其血清和骨骼肌的抗氧化能力。Yin等〔5〕的研究表明，低氧暴露可抑制脂肪組織中的胰島素信號途徑，使葡萄糖的攝取和利用減少，調(diào)節(jié)體脂。李旭武等〔8〕采用每天4 h的14.5%O2暴露結(jié)合每天1 h的25 m/min 的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)干預(yù)，發(fā)現(xiàn)4 w干預(yù)可使胰島素抵抗大鼠的體重、腎周脂肪重量、附睪脂肪重量及血清的脂代謝指標(biāo)下降(P均<0.05)。

本研究結(jié)果提示，單純的低氧暴露或有氧運(yùn)動(dòng)刺激，即可改變胰島素抵抗大鼠在高脂飲食下的體重增長速度，改變機(jī)體脂肪與肌肉的比例，而單一的有氧運(yùn)動(dòng)刺激較單純的低氧暴露刺激在降低體重增長和改善脂肪/肌肉比值方面更具效果。如將這兩種手段結(jié)合，則起到了效果疊加的作用，這與相關(guān)研究成果一致〔5,8,10〕，可能是與有氧運(yùn)動(dòng)更多地動(dòng)用了脂肪分解供能，而低氧暴露又可促進(jìn)脂肪分解，兩者共同減少了胰島素抵抗大鼠的體脂有關(guān)。

有研究〔11〕發(fā)現(xiàn)，TNF-α和脂聯(lián)素均可由脂肪細(xì)胞分泌，且化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，共用一個(gè)信號通道，均參與了機(jī)體胰島素抵抗的發(fā)生發(fā)展過程，但發(fā)揮的生物學(xué)作用卻截然相反。蔡文博等〔12〕認(rèn)為，胎盤中的TNF-α高表達(dá)和脂聯(lián)素低表達(dá)參與了妊娠期糖尿病的發(fā)生、發(fā)展過程。兩者在胰島素抵抗過程中的相互作用是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。

TNF-α是肥胖相關(guān)2型糖尿病中胰島素抵抗發(fā)生的中心環(huán)節(jié)。 Stanley等〔13〕的研究發(fā)現(xiàn)，給予TNF-α 拮抗劑依那西普后，肥胖的2 型糖尿病患者出現(xiàn)了血糖下降、脂聯(lián)素水平升高的現(xiàn)象。Kern等〔14〕的研究證實(shí)了胰島素敏感指數(shù)與TNF-α濃度呈負(fù)相關(guān)。研究表明〔15〕，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練通過降低體脂來減少TNF-α含量，增強(qiáng)外周組織的胰島素敏感性。本研究中血清TNF-α含量的變化趨勢與胰島素抵抗大鼠的體重及脂肪/肌肉比值的變化趨勢是一致的，提示著4 w低氧暴露或4 w有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)均降低了胰島素抵抗大鼠血清TNF-α含量，估計(jì)這與兩種干預(yù)手段均可增強(qiáng)胰島素抵抗大鼠的脂肪代謝，降低了大鼠的體脂有關(guān)。

脂聯(lián)素是一種由脂肪組織產(chǎn)生的特異性激素〔16〕，Mangge等〔17〕報(bào)道，內(nèi)臟脂肪的堆積可產(chǎn)生抑制脂聯(lián)素生成的因子，導(dǎo)致胰島素敏感性下降、血壓升高和動(dòng)脈粥樣硬化等。有研究〔18〕提出，脂聯(lián)素通過活化單磷酸腺苷(AMP)蛋白激酶，進(jìn)而刺激葡萄糖利用和脂肪酸氧化，降低三酰甘油(TG)濃度，從而增強(qiáng)胰島素敏感性。底愛芳〔19〕采用負(fù)重游泳的干預(yù)手段，發(fā)現(xiàn)10 w中等強(qiáng)度的游泳運(yùn)動(dòng)可顯著提高高脂飲食大鼠脂肪組織脂聯(lián)素的表達(dá)水平，降低了高脂飲食對大鼠機(jī)體的傷害。這與長期的運(yùn)動(dòng)鍛煉可提高脂聯(lián)素受體的基因表達(dá)有一定關(guān)系〔20〕。本研究結(jié)果說明4 w的有氧運(yùn)動(dòng)或低氧暴露都能升高血清脂聯(lián)素，改善機(jī)體的胰島素抵抗?fàn)顩r，且兩種干預(yù)手段對脂聯(lián)素的影響不存在差異。

有研究〔21〕指出胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)節(jié)與TNF-α密切相關(guān)，其本質(zhì)是和脂質(zhì)代謝及脂肪生成相關(guān)。這是因?yàn)門NF-α可通過刺激脂聯(lián)素轉(zhuǎn)錄的抑制因子胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白3的表達(dá)間接而抑制了脂聯(lián)素的表達(dá)〔22〕；其還可通過蛋白激酶C信號途徑抑制脂聯(lián)素基因的表達(dá)〔23〕。夏書宇〔24〕的研究提示跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)可能通過氧化酶體增殖物激活受體(PPAR)γ/脂聯(lián)素/TNF-α發(fā)揮了防治高脂飲食大鼠脂肪積累的作用。本實(shí)驗(yàn)中，胰島素抵抗大鼠血清TNF-α和脂聯(lián)素的變化趨勢與之前的研究〔22〕相一致，且與大鼠在4 w干預(yù)中的體重增長和脂肪/肌肉比值的變化具有同步性，估計(jì)這與低氧暴露和有氧運(yùn)動(dòng)均降低了胰島素抵抗大鼠的體脂比例有關(guān)〔8〕。