有氧运动和膳食干预改善代谢综合征大鼠脂质代谢的效果及过氧化物酶体增殖物激活受体α介导的机制①

张崇林，刘绍生，夏志，王世香，丁孝民，王前进，王卉

·基础研究·

有氧运动和膳食干预改善代谢综合征大鼠脂质代谢的效果及过氧化物酶体增殖物激活受体α介导的机制①

张崇林，刘绍生，夏志，王世香，丁孝民，王前进，王卉

目的通过对代谢综合征大鼠施加运动和膳食干预，观察有氧运动对代谢综合征脂代谢紊乱的调节作用，并探讨过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)介导的可能机制。方法Sprague-Dawley大鼠喂养1周后随机分为空白对照组(CC组)和造模组，后者高脂高盐饲料喂养18周。造模成功后，将成模大鼠随机分为模型对照组(MC组，n=9)、模型高脂运动组(MHE组，n=11)和模型普食运动组(ME组，n=11)。ME组和MHE组跑台训练12周后测定体质量、肾周脂质量、血游离脂肪酸(FFA)、血脂，用荧光定量RT-PCR和Western blotting法测定心肌组织中的PPARα mRNA和蛋白表达水平。结果与CC组相比，MC组体质量、肾周脂质量、FFA、血脂升高(P＜0.05)，PPARα mRNA和蛋白表达水平均明显降低(P＜0.01)；与MC组比较，MHE组和ME组体质量、肾周脂质量、血三酰甘油(TG)较均降低(P＜0.05)，高密度脂蛋白(HDL)、PPARα mRNA和蛋白表达水平升高(P＜0.05)；与MHE组比较，ME组低密度脂蛋白(LDL)水平降低(P＜0.05)，PPARα mRNA和蛋白表达水平明显升高(P＜0.01)。结论有氧训练能激活PPARα的表达，加强脂肪酸的利用，从而降低代谢综合征大鼠体质量和内脏脂肪质量，调节机体脂代谢。

代谢综合征；过氧化物酶体增殖物激活受体α；有氧运动；膳食干预；脂代谢；大鼠

[本文著录格式]张崇林，刘绍生，夏志，等.有氧运动和膳食干预改善代谢综合征大鼠脂质代谢的效果及过氧化物酶体增殖物激活受体α介导的机制[J].中国康复理论与实践,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.

随着社会经济的发展和生活方式的改变，高血压、糖尿病、肥胖和血脂紊乱的发病率逐年升高，这些慢性病相互影响，并常在同一个体共同存在，被统称为代谢综合征(metabolic syndrome)。运动减少和静止的生活方式是导致代谢综合征发生最重要的环境因素之一，而腹内脂肪堆积，分解释放游离脂肪酸(free fat acid,FFA)，使脂质异位沉积产生的脂毒性作用是造成胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)、糖尿病和代谢综合征的重要原因[1]。过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptors,PPARs)的生物学作用则与上述环节有关[2]，可能是介导代谢综合征发病的关键靶分子之一。增强运动锻炼能通过减少脂肪组织、改善脂类和糖类代谢、维持能量平衡等，有效地防治代谢综合征，减少心血管损害[3]。

目前美国心脏协会/美国糖尿病协会/美国国立心肺血液研究所已将运动列为代谢综合征的一线治疗手段，并贯穿于代谢综合征综合干预的始终。本研究采用高脂高盐饮食诱导建立代谢综合征大鼠模型，并对代谢综合征大鼠施以有氧运动干预和饮食控制，观察有氧运动对其脂质代谢的影响，同时对代谢综合征大鼠运动前后心肌中PPARα的mRNA表达水平和蛋白含量进行分析，旨在揭示PPARα在运动改善代谢综合征大鼠脂质代谢过程中可能介导的机制。

1 材料与方法

1.1 实验动物和饲料

60只4周龄清洁级雄性Sprague-Dawley纯系大鼠，单笼饲养，自由饮水，自然光照，室温(22± 2)℃，湿度55%左右。

非高脂组给予啮齿类标准饲料，高脂组给予高脂高盐饲料，每100 g高脂饲料中含普通饲料76 g、猪油20 g、胆固醇2 g、食盐2 g。高脂组大鼠自由摄食，每天记录其摄食量并计算出其日平均摄食量，以此数值作为非高脂组大鼠次日的摄食量对其进行摄食控制。

1.2 代谢综合征模型的建立与分组

大鼠适应性喂养1周后，按体质量随机分为空白对照组(CC组，n=10)和造模组(n=50)。CC组给予普通饲料，模型组给予高脂饲料喂养。18周后，测量体质量、腹围，尾静脉取血测量空腹血糖、血脂等指标。参照2005年国际糖尿病联盟颁布的代谢综合征诊断标准[4]，选择具备腹型肥胖(即体质量与腹围均较空白对照组增加20%以上)同时伴有高三酰甘油血症、高密度脂蛋白(high-density lipoprotein,HDL)水平降低、高血糖、血压升高等标准中任意2项者作为模型复制成功标准。由于本实验室不具备测量大鼠血压的仪器，故未将血压作为参考值。

最终筛选出31只符合标准的代谢综合征模型大鼠，成模率约为61%。将31只成模大鼠按体质量随机分为模型对照组(MC组，n=9)、模型高脂运动组(MHE组，n=11)和模型普食运动组(ME组，n=11)。MC组和MHE组继续给予高脂饲料，ME组改为普通饲料与CC组一同继续饲养。12周后MC组取7只、其他各组取6只大鼠处死取材。

1.3 随机分组方法

采用随机区组设计[5]，首先将待分组动物称重并按体质量排序编号，再按体质量相邻的N只大鼠作为一个区组(N为分组组数)，然后产生随机数字，最后按随机数字的大小顺序将每个区组中的动物分配到各组中。此方法产生的各处理组样本量基本相等，本研究首次分组时CC组与模型组样本量为1∶5，故在分组时先将大鼠随机分为6组，再随机抽取其中一组作为CC组，其他5组为模型组。

1.4 运动方案

对ME组和MHE组大鼠进行跑台训练，经过1周的适应性训练之后开始正式训练。训练频度60 min/次，6次/周；速度26.8 m/min，坡度5%，此强度约为75%水平[6]。运动时间为每周一至周六18:00～20:00，周日休息，共训练12周。

1.5 实验取材

运动干预结束24 h且禁食8 h后处死取材。实验动物经腹腔注射3%戊巴比妥钠1 ml/kg麻醉。打开腹腔，腹主动脉取血致死。全血室温静置20 min后，3500 r/min离心15 min，取血清，-80℃保存备用。生理盐水灌流去尽残血后，完整剥离腹腔内附睾、肾周及腹后壁脂肪垫，4℃盐水冲洗，滤纸吸干后分别称重。处死后大鼠立即摘除心脏，冻存于液氮中，待检PPARα mRNA和蛋白表达。

1.6 心肌组织PPARα mRNA测定

每组取4只大鼠的心脏标本进行PPARα mRNA的检测，采用Trizol法抽提大鼠心肌总RNA，RT-PCR反应依据TaKaRa-RNA PCR kit说明进行。PCR反应扩增PPARα所用引物如表1所示。20 μl逆转录体系中加入RNA 1 μg。用紫外分光光度计测定RNA量和纯度。Actin为内参照。PCR反应采用TaKaRa SybrGreen PCR Master Mix试剂，在荧光定量PCR仪上进行PCR反应。使用Sequence Detection软件参照相对标准曲线法2–ΔΔCt对相对定量结果进行分析。

1.7 心肌PPARα蛋白表达

取心尖部位心肌组织200 mg，在液氮中研磨成粉末，加RIPA裂解液1 ml，4℃、12000 r/min离心30 min，取上清液，按照体积比1∶4(5×)加入缓冲液，95℃、10 min。其余操作按Western blotting说明书严格执行。一抗为兔抗。

1.8 血液指标测定

用电子天平测定体质量、肾周脂肪质量，采用化学法测定血FFA、血三酰甘油(triglyceride,TG)、血总胆固醇(total cholesterol,TC)、血HDL、血低密度脂蛋白(low-density lipoprotein,LDL)。

1.9 部分重要仪器和试剂

TaKaRa-RNA PCR kit：批号SK2445，上海生工生物工程有限公司。PCR反应扩增引物：Primer Premier 5.0软件设计生成。TaKaRa SybrGreen PCR Master Mix试剂：批号SK1312，上海生工生物工程有限公司。兔抗：批号AF6284，上海生工生物工程有限公司。ABI 7500型荧光定量PCR仪：美国ABI公司。TU-1901紫外分光光度计：北京普析通用仪器有限公司。Sequence Detection 1.3.1版软件：Applied Biosystems公司开发。

1.10 统计学分析

采用SPSS 16.0软件包进行统计分析。实验数据用(xˉ±s)表示，组间均数比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD法。显著性水平α1=0.05，非常显著性水平α2=0.01。

2 结果

2.1 体质量、内脏脂肪质量和血脂比较

与CC组相比，MC组体质量、肾周脂质量、TG、LDL明显升高(P＜0.01)，FFA、TC升高(P＜0.05)；与MC组比较，MHE组体质量、肾周脂质量、FFA、TG降低，HDL升高(P＜0.05)；ME组较MHE组HDL水平升高，LDL水平降低(P＜0.05)。见表2。

表1 目的基因及内参引物

表2 各组训练后体质量、内脏脂肪质量和血脂比较

2.2 心肌PPARα mRNA表达与蛋白表达比较

与CC组比较，MC组PPARα mRNA表达和蛋白表达水平均明显降低(P＜0.01)；与MC组比较，MHE组心肌PPARα mRNA表达升高(P＜0.05)，蛋白表达水平虽略高于MC组，但无显著性差异；与MHE组比较，ME组心肌PPARα mRNA表达和蛋白表达均升高(P＜0.01)。见图1、图2。

图1 各组Western blotting检测PPARα蛋白

图2 各组训练后心肌PPARα mRNA和蛋白表达比较

3 讨论

PPARs是一类配体激活的核转录因子超家族成员，激活后必须与视黄醇类X受体(retinoid X receptor,RXR)形成PPARs/RXR异二聚体，再与PPAR反应元件(peroxisome proliferator response element,PPRE)结合，最终调节靶基因的转录[7]。

PPARs有α、γ和δ三个亚型，每个亚型分布在不同的组织中，具有不同的生理功能。其中PPARα高表达于具有丰富线粒体和β氧化活性的组织中，如肝、肾、心肌等，另外还在血管内皮细胞、平滑肌细胞、T淋巴细胞、巨噬细胞中呈现低表达[8]，PPARα已知的靶基因几乎与脂质代谢的所有方面有关，包括脂肪酸摄取、结合、氧化，脂蛋白装配，脂质运输等[9]。人工合成的PPARα配体，如非诺贝特[10-11]、吉非贝齐[12]等，是临床已使用了40余年的降脂药。PPARα可通过增加脂蛋白脂酶(lipoprotein lipase,LPL)表达，促进乳糜微粒和极低密度脂蛋白的代谢[13]；通过促进肉碱脂酰转移酶的表达，促进脂酰辅酶A合成酶的合成，降低丙二酰辅酶A脱羧酶的活性，促进脂肪酸氧化[14]；PPARα还可促进HDL的代谢及胆固醇逆向转运子A1编码基因的表达，促进细胞内游离胆固醇和磷脂的流出[15]。PPARα就像一个脂质传感器，在脂质代谢中发挥非常有益的调节作用[2,16]。

本研究采用高脂高盐饮食诱导代谢综合征大鼠模型，MC组大鼠体质量、肾周脂肪重量均显著提高，各项血脂指标出现改变，同时伴有心肌PPARα转录及蛋白表达下降，提示代谢综合征大鼠心脏存在脂肪酸氧化降低，能量利用障碍。

研究表明，在遗传易感基因和环境因素作用下，PPARs表达和/或功能下降，可能是导致腹型肥胖[17-18]、IR[17-18]、炎症反应[19]、心血管重构和功能紊乱[20]的关键靶分子；生活方式改善不仅可避免高危环境因素，也可能通过调节内源性PPARs，达到防治代谢综合征的目的[3,21-22]。Zhang等[23]研究表明，12周游泳训练可使2型糖尿病大鼠肝脏PPARα mRNA和蛋白表达升高，同时上调与线粒体β-氧化、细胞胆固醇流出和抑制LPL活性等生理过程有关的靶基因，如肝细胞核因子-4、肉毒碱棕榈酰转移酶1、过氧化氢酶、ATP结合盒转运子A1等的mRNA表达。Santos等[24]研究表明，对Wistar大鼠进行8周游泳训练也可提高心肌PPARα。小鼠敲除PPARα基因后，心肌软脂酸氧化减少，丙二酰辅酶A表达增加，丙二酰辅酶A脱羧酶表达下降，糖酵解和氧化的增加并不伴随葡萄糖转运蛋白表达升高，提示心肌中糖利用的增加是因为脂肪酸氧化减少而代偿产生的[25]。

本实验研究结果显示，12周有氧训练后，代谢综合征大鼠体质量、肾周脂肪质量显著下降，血脂紊乱状况明显改善，加膳食干预后，血脂指标进一步改善，提示持续较长时间的中等强度训练可有效降低代谢综合征大鼠体质量和内脏脂肪，并且可使脂质代谢水平趋于正常，运动结合膳食干预效果更佳。

本研究中，运动还使代谢综合征大鼠心肌PPARα转录水平显著升高，蛋白表达有升高趋势，未达到显著性水平，PPARα蛋白表达显著升高。推测运动可能通过上调代谢综合征大鼠内源性PPARα，调节其靶基因的转录和表达，进而加速心肌等高能耗组织细胞对FFA的摄取，加速脂肪酸β-氧化，有效改善血脂紊乱状况。PPARα作为一个重要的脂质调节因子，在运动治疗代谢综合征中发挥着积极作用。

[1]De Sousa SMD,Norman RJP.Metabolic syndrome,diet and exercise[J].Best Pract Res Clin Obstet Gynaecol,2016,37: 140-151.

[2]Berger J,Moller DE.The mechanisms of action of PPARs[J]. Annu Rev Med,2002,53:409-435.

[3]Kuwahara K,Honda T,Nakagawa T,et al.Leisure-time exercise,physical activity during work and commuting,and risk of metabolic syndrome[J].Endocrine,2016,53(3):710-721.

[4]Federation ID.The IDF consensus worldwide definition of the metabolic syndrome[J].Ožirenie i Metabolizm,2005,2(3): 47-49.

[5]颜虹,徐勇勇.医学统计学[M].3版.北京:人民卫生出版社, 2015:242.

[6]Bedford TG,Tipton CM,Wilson NC,et al.Maximum oxygen consumption of rats and its changes with various experimental procedures[J].J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol, 1979,47(6):1278-1283.

[7]Gilde AJ,Fruchart JC,Staels B.Peroxisome proliferator-activated receptors at the crossroads of obesity,diabetes,and cardiovascular disease[J].J Am Coll Cardiol,2006,48(Suppl): A25-A32.

[8]Kersten S.Integrated physiology and systems biology of PPARα[J].Mol Metab,2014,3(4):354-371.

[9]Yan Y,Wang ZB,Tang CK.PPARs mediate the regulation of energy metabolism by long-chain fatty acids[J].Sheng Li Ke Xue Jin Zhan,2016,47(1):1-6.

[10]Ibarra-Lara L,Sanchez-Aguilar M,Sanchez-Mendoza A,et al.Fenofibrate therapy restores antioxidant protection and improves myocardial insulin resistance in a rat model of metabolic syndrome and myocardial ischemia:the role of angiotensin II[J].Molecules,2016,22(1):31-48.

[11]Tsunoda F,Asztalos IB,Horvath KV,et al.Fenofibrate,HDL, and cardiovascular disease in type-2 diabetes:The DAIS trial[J].Atherosclerosis,2016,247:35-39.

[12]Song D,Chu Z,Min L,et al.Gemfibrozil not fenofibrate decreases systemic glucose level via PPARalpha[J].Pharmazie, 2016,71(4):205-212.

[13]Lucero D,Miksztowicz V,Macri V,et al.Overproduction of altered VLDL in an insulin-resistance rat model:Influence of SREBP-1c and PPAR-alpha[J].Clin Investig Arterioscler, 2015,27(4):167-174.

[14]Lee TW,Bai KJ,Lee TI,et al.PPARs modulate cardiac metabolism and mitochondrial function in diabetes[J].J Biomed Sci, 2017,24(1):5.

[15]胡莲美,郑文岭,朴英杰.过氧化物酶体增殖物激活受体的医学重要性[J].医学分子生物杂志,2005,2(2):140-142.

[16]Akiyama TE,Meinke PT,Berger JP.PPAR ligands:potential therapies for metabolic syndrome[J].Curr Diab Rep Feb, 2005,5(1):45-52.

[17]Chen L,Jia Z,Yang G.PPARs and Metabolic Syndrome[J]. PPAR Res,2014,2014:832606.

[18]Gross B,Pawlak M,Lefebvre P,et al.PPARs in obesity-induced T2DM,dyslipidaemia and NAFLD[J].Nat Rev Endocrinol,2017,13(1):36-49.

[19]Fuentes E,Guzman-Jofre L,Moore-Carrasco R,et al.Role of PPARs in inflammatory processes associated with metabolic syndrome(review)[J].Mol Med Rep,2013,8(6):1611-1616.

[20]Wahli W,Michalik L.PPARs at the crossroads of lipid signaling and inflammation[J].Trends Endocrinol Metab,2012,23 (7):351-363.

[21]Matsuo T,So R,Shimojo N,et al.Effect of aerobic exercise training followed by a low-calorie diet on metabolic syndrome risk factors in men[J].Nutr Metab Cardiovasc Dis,2015,25 (9):832-838.

[22]Batatinha HA,Lima EA,Teixeira AA,et al.Association between aerobic exercise and rosiglitazone avoided the NAFLD and liver inflammation exacerbated in PPAR-alpha knockout mice[J].J Cell Physiol,2017,232(5):1008-1019.

[23]Zhang S,Liu Y,Li Q,et al.Exercise improved rat metabolism by raising PPAR-alpha[J].Int J Sports Med,2011,32(8): 568-573.

[24]Santos MH,Higuchi Mde L,Tucci PJ,et al.Previous exercise training increases levels of PPAR-alpha in long-term post-myocardial infarction in rats,which is correlated with better inflammatory response[J].Clinics(Sao Paulo),2016,71(3):163-168.

[25]Campbell FM,Kozak R,Wagner A,et al.A role for peroxisome proliferator-activated receptor alpha(PPARalpha)in the control of cardiac malonyl-CoA levels:reduced fatty acid oxidation rates and increased glucose oxidation rates in the hearts of mice lacking PPARalpha are associated with higher concentrations of malonyl-CoA and reduced expression of malonyl-CoA decarboxylase[J].J Biol Chem,2002,277(6): 4098-4103.

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.江西省教育厅科技计划项目(No.GJJ150772)；2.井冈山大学博士科研启动项目(自然科学)(No.JZB1314;No.JZB11042)。

井冈山大学体育学院，江西吉安市343009。作者简介：张崇林(1976-)，男，汉族，湖北孝感市人，博士，副教授，主要研究方向：运动人体科学。通讯作者：王卉(1978-)，女，内蒙乌海市人，讲师，博士，主要研究方向：运动人体科学。E-mail:jgswh@163.com。