运动训练对代谢综合征大鼠糖脂代谢的影响和机制试验

林妍妍, 黄泓慧, 罗敏怡, 潘华山

(广州中医药大学体育健康学院, 广东 广州510006)

代谢综合征( Metabolic syndrome,MS) 是一组以高血糖、高甘油三酯、肥胖等多种心血管危险因素为主的临床症候群[1]。 代谢综合征可以导致发生动脉粥样硬化,并最终进展为冠心病、脑卒中等心脑血管疾病。 研究发现,代谢综合征患者患心脑血管疾病风险2 倍,因心脑血管死亡风险加3 倍。流行病学调查研究显示,代谢综合征患者约占全球人口的1/4,我国代谢综合征的患病率约16.5%[2],而且,随着社会经济的发展、生活方式和饮食结构的改变、以及运动的减少,代谢综合征的发病率呈现上升和年轻化的趋势。 因此,防治代谢综合征对改善健康和提高生活水平具有重要的意义。 代谢综合征的发病机制较为复杂,越来越多的证据表明,肿瘤坏死因子、白细胞介素等炎症介质和脂联素在代谢综合征的发生、发展中起到重要的作用[3]。 运动可以有效防治代谢综合征,但是关于其机制尚不明确。 因此,本试验拟对代谢综合征大鼠进行运动训练,观察运动训练对代谢综合征大鼠体重、Lee′s 指数、血压、总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL - C)、高密度脂蛋白(HDL-C)、空腹血糖(FBG)、血清胰岛素(FINS)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL -6)、超敏C 反应蛋白(hs-CRP)、脂联素(ADP)、瘦素(LEP)、游离脂肪酸(FFA)的影响,探讨运动防治代谢综合征的可能机制。

1 材料与方法

1.1 实验动物和饲料 雄性SD 大鼠,SPF 级,45只,7 周龄,体质量(150 ±5)g,购自上海市吉辉实验动物饲养有限公司(许可证号为SCXK(沪)2017 -0012,合格证号： 2010000613652);普通饲料(蛋白质26.4%,脂肪13.5%,碳水化合物60.1%);高脂高糖高盐饲料(配方：基础饲料50%,猪油15%,蔗糖20%,食盐5%,蛋黄5%,胆固醇5%);普通饲料和高脂饲料均购自广州市白云区龙归兴科动物养殖场(许可证号为SCXK(粤)2017 -0042)。

1.2 试剂和仪器 AU5800 全自动生化分析仪(贝克曼库尔特商贸(中国)有限公司);脂联素、瘦素、游离脂肪酸酶联免疫试剂盒(美国R&D Systems 公司),购自上海一研生物科技有限公司;葡萄糖测定试剂盒(北京普利莱(APPLYGEN)基因技术有限公司);血脂生化检测试剂盒(波音特生物科技(南京)有限公司);肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6、超敏C 反应蛋白酶联免疫试剂盒(美国BioVision 公司),购自武汉艾美捷科技有限公司;JIDI -16R 高速冷冻离心机(广州吉迪仪器有限公司);ZS8k 电子天平(上海赞维衡器有限公司)。

1.3 实验动物分组和肥胖模型的构建 所有大鼠给予普通饲料适应性喂养2 周后,待其代谢状态稳定后,随机分为对照组(15 只)和代谢综合征组(30只),每5 只分笼喂养。 正常对照组大鼠给予普通饲料喂养,代谢综合征组所有大鼠给予高脂高糖高盐饲料进行喂养,试验期间所有大鼠均自由饮水和自然光照,室内温度保持25 ℃左右,湿度为50%。连续喂养8 周。 代谢综合征模型构建成功的标准：肥胖、高血压、空腹血糖升高和三酰甘油中3 项升高。 8 周后,对照组大鼠死亡1 只,代谢综合征组大鼠死亡3 只,2 只未达到MS 模型的标准、予以剔除。然后将代谢综合征组25 只造模成功的大鼠分为模型组(13 只)和运动组(12 只)。 8 周造模成功后对照组、模型组和运动组所有大鼠均给予普通饲料进行喂养。

1.4 运动训练方法 8 周后,运动组大鼠进行负荷3%体重游泳运动,每次60 min,每周6 次,共游泳运动6 周。 水深60 cm,水温31 ℃±1 ℃。 对照组和模型组所有大鼠不尽进行游泳训练,进水后即捞出。

1.5 标本采集 在运动组大鼠末次运动结束48 h,所有大鼠禁食不禁饮12 h,然后用10%水合氯醛溶液(3 mL/kg·bw),腹腔注射麻醉,腹主动脉取血10 mL,3 000 r/min 离心20 min 后取血清, -80 ℃保存。

1.6 实验室指标检测 电子天平检测大鼠的体重;酶联免疫法检测ADP、LEP、FFA、TNF-α、IL-6、hs-CRP 的水平;全自动生化分析仪检测甘油三酯水平;葡萄糖氧化酶法测定空腹血糖水平;放免法检测FINS 水平;电子天平秤大鼠的体重;尾动脉测压仪测量血压;Lee′s 指数

1.7 统计学方法 运用SPSS24.0 软件进行统计分析,计量资料用均数±标准差表示,三组间比较采用one-wayANOVA,两组间比较采用LSD-t 检验,以P ＜0.05 为差异有统计意义。

2 结果

2.1 各组大鼠体重、Lee′s 指数、血压的检测结果 与对照组比较,模型组大鼠的体重、Lee′s 指数、血压水平均明显升高(P ＜0.05);与模型组比较,运动组大鼠的体重、Lee's 指数、血压水平均明显降低(P ＜0.05)。 见图1。

2.2 各组大鼠TC、TG、LDL-C、HDL-C 的检测结果 与对照组比较,模型组大鼠的TC、TG、LDLC、HDL-C 水平均明显升高(P ＜0. 05),HDL-C 水平明显降低(P ＜0. 05);与模型组比较,运动组大鼠的的TC、TG、LDL-C、HDL-C 水平均明显降低(P ＜0.05),HDL-C 水平明显升高(P ＜0.05)。 见图2。

图1 各组大鼠体重、Lee′s 指数、血压、FBG 的检测结果

图2 各组大鼠TC、TG、LDL-C、HDL-C 的检测结果

2.3 各组大鼠FBG、FINS 的检测结果 与对照组比较,模型组大鼠的FBG、FINS 水平均明显升高(P ＜0.05);与模型组比较,运动组大鼠的的FBG、FINS 水平均明显降低(P ＜0.05)(P ＜0.05)。 见图3。

2.4 各组大鼠TNF -α、IL -6、hs -CRP 的检测结果 与对照组比较,模型组大鼠的TNF -α、IL -6、hs-CRP 水平均明显升高(P ＜0.05);与模型组比较,运动组大鼠的的TNF -α、IL -6、hs -CRP 水平均明显降低(P ＜0.05)(P ＜0.05)。 见图4。

图3 各组大鼠FBG、FINS 的检测结果

图4 各组大鼠TNF-α、IL-6、hs-CRP 的检测结果

2.5 各组大鼠FFA、ADP、LEP 的检测结果 与对照组比较,模型组大鼠的FFA、LEP 水平明显升高(P ＜0.05),ADP 水平明显降低(P ＜0.05);;与模型组比较,运动组大鼠的FFA、LEP 水平明显降低(P ＜0.05),ADP 水平明显升高(P ＜0.05)。 见图5。

图5 各组大鼠FFA、ADP、LEP 检测结果

3 讨论

代谢综合征已经成为全球性的一种慢性非传染性疾病,是临床和公共卫生的双重难题。 代谢综合征可以导致癌症、脂肪肝、心脑血管疾病、多囊卵巢综合征等多种慢性疾病。 代谢综合征不仅严重危害人类的身心健康,而且降低患者的生活质量,影响其生活和工作,造成较大的社会经济负担。 目前主流观点认为胰岛素抵抗是代谢综合征的主要病理机制,但是脂肪组织参与的亚临床炎症在代谢综合征的发生和发展过程中起到了重要的作用,表现为TNF-α、IL-6、hs-CRP 等多种细胞炎症因子的异常升高。 甚至从某种意义来说,代谢综合征也是一种全身慢性炎症反应。 炎症是机体的一种保护性机制,当机体处于高血糖、高血压等应激状态时,可激活炎症反应通路。 促进T 淋巴细胞、巨噬细胞等炎症活性细胞过度分泌TNF-α、IL-6、hs-CRP 等多种炎症因子,TNF-α、IL-6、hs-CRP 等可以影响胰岛素受体的磷酸化,抑制胰岛素与胰岛素受体的结合,导致胰岛素抵抗;细胞因子信号抑制子-3 是细胞内信号干扰因子,其可以干扰胰岛素和胰岛素受体的结合,抑制细胞膜上葡萄糖转运蛋白摄取葡萄糖进入细胞内,而TNF-α、IL-6、hs-CRP 可以促进细胞因子信号抑制子-3 的表达,间接导致胰岛素抵抗。TNF-α、IL-6、hs-CRP 可以导致脂肪细胞受损,引起肥胖[4],也可以引起血管内皮功能损伤,引起高血压。 而肥胖、胰岛素抵抗、高血压等可以促进TNFα、IL-6、hs-CRP 的表达,形成恶性循环,最终介导代谢综合征的发生、发展。 近年来认为脂肪组织分泌的脂联素、游离脂肪酸、抵抗素同样参与了机体的炎症反应和糖代谢。 脂联素可以抑制TNF-α 的表达,改善胰岛素抵抗。 国外学者发现,肥胖患者血清脂联素水平下降,而体重减轻后血清脂联素水平升高[5]。 FFA 促进高活性反应分子氧簇因子的分泌,启动氧化应激反应,激活应激敏感信号通路,加重胰岛素抵抗,导致机体持续发生高血糖和胰岛素抵抗。 瘦素可以加重胰岛素抵抗和加重炎症反应。因此,FFA 和LEP 是胰岛素抵抗介导胰岛素抵抗和炎症反应的重要分子[6]。

运动是防治代谢综合征的基石,对代谢综合征具有重要的治疗作用。 本试验构建了代谢综合征大鼠模型,成功造模8 周后给予运动训练干预。 训练6 周后,模型组大鼠体重、Lee′s 指数、血压、FBG、FINS、TC、TG、LDL-C、TNF-α、IL-6、hs-CRP、FFA、LEP水平明显高于对照组(P ＜0.05),ADP 和HDL-C 水平明显降低(P ＜0.05);运动组大鼠体重、Lee′s 指数、血压、FBG、FINS、TC、TG、LDL-C、TNF-α、IL-6、hs-CRP、FFA、LEP 水 平 明 显 低 于 模 型 组(P ＜0.05),而AD 和HDL-C 水平明显升高(P ＜0.05)。提示运动训练可以防治代谢综合征,可能与其抑制TNF-α、IL-6、hs-CRP、FFA、LEP 的表达和促进ADP的表达有关。