运动对肥胖大鼠胰岛素抵抗的影响*

刘世强，张 勇，完建永，孙庆艳，华田苗

（安徽师范大学生命科学学院，芜湖241000）

肥胖尤其是向心性肥胖是形成胰岛素抵抗的主要原因，胰岛素抵抗是2型糖尿病等多种代谢疾病的发病基础，90%以上的肥胖患者出现不同程度的胰岛素抵抗。据WHO报道，预计到2025年全世界约有3亿人患2型糖尿病［1］。半乳凝素-3（galectin-3，Gal-3）是连接炎症与胰岛素抵抗之间的关键物质，研究表明Gal-3与胰岛素受体结合而抑制其下游信号通路。运动能改善胰岛素抵抗状态，但其机制尚不清楚。本研究以高脂膳食饲养大鼠，构建肥胖诱导的胰岛素抵抗模型。对胰岛素抵抗大鼠进行急、慢性运动干预，观察运动干预对大鼠葡萄糖-胰岛素指数及血液中Gal-3含量的影响，为进一步研究运动改善胰岛素抵抗的分子机制提供新思路。

1 材料与方法

1.1 实验动物

7周龄的清洁级健康SD雄性大鼠100只（购自浙江省实验动物中心），大鼠适应性饲养一周，称量体重（250.3±24.2）g。饲养条件为：自由饮食、饮水，温度26～28℃，相对湿度（55±4）%，明暗周期12 h：12 h，每周定时称量体重并记录大鼠的生长状况。

1.2 胰岛素抵抗大鼠模型的建立

大鼠随机分为普通膳食安静组（control，CON组，n＝10），喂食普通饲料；高脂膳食组（high fat diet，HFD组，n＝90），喂食高脂饲料。高脂饲料系在普通饲料的基础上添加16.9%猪油、14%糖、10.2%酪蛋白、2.2%麦芽糊精、2.1%盐、微量元素和维生素等。饲料由南京市江宁区龙泉饲料经营部提供。HFD组大鼠在喂食8周后，选取其体重上游1／3的大鼠（n＝30）作为膳食诱导肥胖大鼠进行后续研究；下游1／3的大鼠为肥胖抵抗大鼠，弃之不用；中间1／3的大鼠亦弃之不用。CON组和HFD组大鼠进行第一次口服糖耐量实验和胰岛素释放实验，根据葡萄糖-胰岛素指数判定胰岛素抵抗模型的建立，如表1所示。

Tab.1 Body weight and glucose-insulin index when building the model of insulin resistance rats（，n＝10）

Tab.1 Body weight and glucose-insulin index when building the model of insulin resistance rats（，n＝10）

CON：Control；HFD：High-fat diet**P＜0.01 vs control group

Group Weight（g） AUCg×AUCi（×108）CON 513.6±22.1 4.08±1.09 HFD 603.6±32.1** 8.59±1.25**

1.3 胰岛素抵抗大鼠的运动干预

将建模成功的HFD组30只大鼠随机分为3组（n＝10）：（1）高脂膳食安静组（HFD-sedentary，HFD-SED）：高脂饲料喂养，安静不运动；（2）高脂膳食慢性运动组（HFD-chronic exercise，HFD-CE）：高脂饲料喂养，并进行每天1 h、每周5次的负重5%体重的游泳运动；（3）高脂膳食急性运动组（HFD-acute exercise，HFD-AE）。HFD组继续高脂膳食喂养8周，CON组继续喂食普通饲料8周，安静不运动。8周后，HFD-AE组先进行3 h的急性游泳运动，休息45min，再运动3 h。

1.4 口服糖耐量和胰岛素释放实验

运动干预结束后，各组进行第二次口服糖耐量和胰岛素释放实验。大鼠空腹12 h，眼眶后静脉丛取血，以罗氏血糖仪和试纸测定即时空腹血糖，同时留取空腹血液0.5 ml。用50%的葡萄糖（2 g／kg体重）灌胃，于糖负荷后 15、30、90、120 min测定血糖值，并保存每一时间点的血液0.5 ml。将留取的血液室温静置10～20 min，3 000 r／min离心 5 min，分离血清，-20℃保存。绘制葡萄糖曲线，各点的血糖值与时间的乘积为葡萄糖曲线下面积（area under the curve of glucose，AUCg）。以武汉华美CUSABIO公司提供的大鼠胰岛素（Ins）ELISA试剂盒，测定各时间点的血清胰岛素值并绘制胰岛素曲线，各点的胰岛素值与时间的乘积为胰岛素曲线下面积（area under the curve of insulin，AUCi）。计算葡萄糖-胰岛素指数（glucose-insulin index）：AUCg×AUCi。

1.5 血样采集

在急性运动结束16 h（含空腹12 h）以及慢性运动结束48 h（含空腹 12 h）后，以 10%水合氯醛（400mg／kg体重）麻醉大鼠，腹腔静脉取血，用于测定Gal-3含量。

1.6 Gal-3的测定

采用 Sigma公司提供的大鼠 Gal-3 ELISA（enzyme-linked immunosorbent assay）试剂盒，测定大鼠血液中Gal-3含量。

1.7 统计方法

所有结果均以均数±标准差（）表示。采用 SPSS 13.0统计软件进行数据处理、统计分析，多组间差异比较采用单因素方差分析（one-way ANOVA）中的LSD进行检验。

2 结果

2.1 运动干预后各组大鼠体重和葡萄糖-胰岛素指数的变化

如表2所示：HFD-SED组大鼠体重大于CON组，差异显著（P＜0.01）；HFD-CE组明显小于 HFD-SED组（P＜0.01），与对照组无明显差异；HFD-AE组大于CON组，差异显著（P＜0.01），而与HFD-SED组无统计学差异。HFD-SED组大鼠葡萄糖-胰岛素指数大于CON组，差异显著（P＜0.01），HFDCE组明显小于HFD-SED组（P＜0.01），与 CON组无明显差异；HFD-AE组小于 HFD-SED组，差异显著（P＜0.01），但仍明显大于 CON组（P＜0.05）。

Tab.2 Effects of chronic and acute exercise on body weight and glucose-insulin index of rats

2.2 运动干预对Gal-3含量的影响

如图1所示：HFD-SED组大鼠血清Gal-3含量为（2.74±0.52）ng／ml，明显高于 CON组（1.10±0.18）ng／ml（P＜0.01），HFD-CE组和HFD-AE组大鼠血清Gal-3含量分别为（1.42±0.73）ng／ml和（1.12±0.29）ng／ml，明显低于 HFD-SED组（P＜0.01），与 CON组无明显统计学差异。

Fig.1 Effectsof chronic and acute exercise on expression ofGal-3（，n＝10）

3 讨论

高脂膳食饲养可建立肥胖诱导的胰岛素抵抗动物模型。在胰岛素抵抗动物模型中，血清总胆固醇（total cholesterol，TC）、甘油三酯（triglyceride，TG）、游离脂肪酸（free fatty acid，FFA）、低密度脂蛋白胆固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）等显著升高［2］。通常大鼠在高脂膳食饲养2～3周后，其肌肉组织就会产生胰岛素抵抗［3］。本研究参照Lauterio等［4］的方法，以高脂饲料喂养大鼠8周，选取体重上游1／3的大鼠作为肥胖大鼠，其体重显著大于CON组，说明建立了肥胖模型。葡萄糖-胰岛素指数为葡萄糖曲线下面积和胰岛素曲线下面积的乘积，数值越大表明胰岛素抵抗程度越强。实验结果表明，HFD组大鼠的葡萄糖-胰岛素指数显著大于CON组，表明成功建立了肥胖诱导的胰岛素抵抗模型。

运动能够提高机体的糖、脂代谢水平，提高机体的胰岛素敏感性，预防胰岛素抵抗的发生［5］。慢性运动和急性运动对胰岛素抵抗都有干预效应。研究表明，慢性和急性运动均能作用于胰岛素的信号通路，降低胰岛素受体底物1（insulin receptor substrate 1，IRS-1）、c-Jun氨基末端激酶 （c-Jun NH2-terminal kinase，JNK）的磷酸化表达，降低大鼠血液中肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）含量［6，7］。本实验中，8周的慢性游泳运动干预显著降低胰岛素抵抗大鼠的体重和葡萄糖-胰岛素指数；6 h的急性运动虽然对大鼠体重无明显影响，但显著降低葡萄糖-胰岛素指数。

半乳凝素-3又称为巨噬细胞表面抗原-2（macrophage sur-face antigen-2，mac-2），是一种由巨噬细胞分泌的分子量约为30 kD的凝集素，其家族共有14种成员，主要参与细胞的生长、分化、粘附、炎症、免疫应答、凋亡、心血管疾病形成等过程，以及调节免疫T细胞功能。在胰岛素抵抗状态下，机体血液中Gal-3含量显著上升。Yilmaz等［8］研究了前糖尿病患者、糖尿病病人和正常个体血液中的Gal-3含量，发现糖尿病患者组中Gal-3含量最高，其次是前糖尿病组，而正常组最少。肥胖和胰岛素抵抗是多囊性卵巢综合征（PCOS）的主要形成原因，患PCOS女性血液中Gal-3含量显著高于正常组，且Gal-3含量与胰岛素抵抗指数呈正相关［9］。给小鼠注射氯膦酸盐（可特异性抑制巨噬细胞分泌Gal-3），发现其可抑制Gal-3的表达，可以显著改善肥胖小鼠的胰岛素敏感性［10］。

Gal-3是连接炎症和糖尿病等疾病的一个关键性蛋白。在肥胖状态下，机体炎性因子TNF-α增多会导致巨噬细胞分泌Gal-3。一方面，Gal-3通过正反馈调节使巨噬细胞继续分泌Gal-3；另一方面，Gal-3直接与胰岛素受体结合，抑制胰岛素受体活性，从而抑制胰岛素信号通路下游的糖原合成酶激酶 3（glycogen synthase kinase-3，GSK-3）和葡萄糖转运体 4（glucose transporter 4，Glut-4）的表达［11］。运动可能对机体 Gal-3含量有干预效应。Fernandes-silva等提出，运动能够显著增加心力衰竭患者的最大摄氧量（VO2max），同时Gal-3含量会降至平均值以下［12］。目前尚未见到在胰岛素抵抗状态下，运动对Gal-3的干预效应研究。本研究中，两种运动结束后的取材时间不同，避免了运动后的急性效应，结果慢性和急性运动组大鼠血液中Gal-3含量与CON组差异不显著，且其Gal-3含量明显低于HFD-SED组，说明急性和慢性游泳运动对胰岛素抵抗大鼠的Gal-3含量均有干预作用。现有研究表明，急性运动的干预作用维持时间较短，一般少于24 h，而慢性运动的干预作用时间可延长到72～120 h［13］，且急性运动对胰岛素抵抗大鼠的体重无明显减低作用。

综合比较急、慢性运动的干预作用，慢性运动对肥胖诱导的胰岛素抵抗作用干预效果更好。所以建议临床上采用长期的、规律的慢性有氧运动，对肥胖、胰岛素抵抗等代谢疾病进行干预。

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