太极拳锻炼对中老年2 型糖尿病患者血清中NLRP3炎症小体及相关因子的影响

2022-12-14胡淑娟龙佩林李培雄彭春兰

广州体育学院学报 2022年5期

胡淑娟，龙佩林，陈平，李培雄，彭春兰，蔡莉

（1.长江大学教育与体育学院，湖北荆州 423034；2.吉首大学体育科学学院，湖南吉首 416000；3.广州体育学院，广东广州 510500）

据2019 年国际糖尿病联合会发布的《糖尿病地图》显示：目前全球将近5 亿糖尿病患者，预计2045年将有6.29 亿糖尿病患者［1］，其中90%以上是2 型糖尿病（Type 2 Diabetes Mellitus， T2DM）。因此，对T2DM 患者采取有效的干预措施，对预防及改善糖尿病有着重要意义。然而糖尿病发病机理复杂，代谢性炎症是糖尿病发病的重要原因之一。近年来，炎症小体及相关炎症因子在糖尿病及胰岛素抵抗中的作用备受关注，已成为防治代谢性疾病的新靶点［2］。

核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（NODlike receptor protein 3， NLRP3）炎症小体是迄今为止结构和功能最为明确，机制最清楚的炎症小体，是由NLRs（NOD-like Receptor， NLR）家族成员核心蛋白（NLRP3）、凋亡相关斑点样蛋白（ASC）和半胱天冬氨酸酶（Caspase-1）组成的多蛋白复合体［3］。研究表明，核因子κB（NF-κB）和活性氧（ROS）等可激活NLRP3 炎症小体［4］。NLRP3 炎症小体活化后激活 Caspase-1，将白介素-1β 前体（Pro-IL-1β）及IL-18 前体（Pro-IL-18）切割，形成成熟的IL-1β 和IL-18 分泌到胞外，从而诱发机体本身的炎症反应［5］。研究发现，NLRP3 炎症小体、Caspase-1、IL-1β 等多种炎性细胞因子水平在糖尿病中较高［6］。此外，NLRP3 炎症小体、Caspase-1 和IL-1β 的表达及活性均与糖尿病的发生发展及严重程度相关［6］。可见，NLRP3 炎症小体及相关因子介导的慢性炎症反应在糖尿病进展中扮演着重要角色。

研究表明，有氧运动对糖尿病的改善效应明显，已成为临床预防与改善糖尿病的重要手段。如Colberg等［7］发现有氧运动可以改善T2DM 患者的血糖，降低糖化血红蛋白水平，预防或延缓T2DM 的发展。此外也有研究发现有氧运动—走路可显著降低血清中NLRP3、 IL-1β 和IL-18 的表达水平，抑制 ASC 和Caspase-1 的激活，减少糖尿病诱导的炎症，降低胰岛素抵抗，并参与葡萄糖稳态调节［8］，提示有氧运动可能通过抑制NLRP3 炎症小体的过度激活来改善胰岛素敏感性，从而缓解胰岛素抵抗。太极拳作为历史悠久的养生运动，在T2DM 临床防治工作中已被广泛应用，因运动强度适中，备受中老年人青睐。此外，我们的前期研究也发现太极拳干预可降低糖尿病前期人群的血糖、血脂及胰岛素抵抗水平［9］。然而太极拳运动对T2DM 患者NLPR3 炎症小体及相关因子的影响，以及太极拳运动是否通过NLRP3 炎症小体改善T2DM 及其可能机制均不清楚，且相关研究较少。基于此，本研究以中老年T2DM 患者为研究对象，探索12 周太极拳锻炼对中老年T2DM 患者血糖、血脂水平以及血清中NLRP3 炎症小体及相关因子的影响，探析NLRP3 炎症小体及相关因子与胰岛素抵抗的关系及可能机制，为糖尿病的运动防治提供更多的科学理论依据。

1 对象和方法

1.1 对象以广告和走访形式在吉首大学及周边社区招募。

选取招募的75 例受试者作为研究对象，其中5 名患者中途由于身体、工作等各种原因退出。受试者包括60 例T2DM 患者，采用随机数字表法，分成T2DM对照组（T2DM-DC，N=30），其中男13 人，女17 人，平均年龄为（59.55±6.19）岁，病程为（7.36±3.07）年；T2DM 太极拳组（T2DM-TJ，N=30），其中男14人，女16 人，平均年龄为（61.45±4.97）岁，病程为（7.09±2.98）年。另取10 名健康人群作为健康对照组（健康-DC 组），其中男4 人，女6 人，平均年龄为（55.20±7.45）岁。各组间年龄、身高和体质量差异无显著性意义（P＞0.05）。

纳入标准：2 型糖尿病：1）入选患者年龄50～70 岁。2）糖尿病参照1999 年WHO 制定的糖尿病诊断标准，即糖尿病的典型症状加下列任何一条即可诊断，①任意时间血糖值 ≥11.1 mmol/L；②空腹血糖（fasting blood glucose， FBG）≥7.0 mmoI/L；③75 g 口服葡萄糖耐量试验（OGTT）2 h 血糖≥11.1mmol/L。3）半年内维持其原有治疗方案及生活方式不变。排除1 型糖尿病、其他特殊类型糖尿病及肝肾功能异常者，排除肿瘤病史和其他各种严重疾病患者。所有受试者自愿参加此次研究，并签署知情同意书，此次研究经吉首大学伦理委员会审批通过（批准号：JSDX-2021-0055）。将符合条件的T2DM 受试者随机分配到T2DMTJ 和T2DM-DC 组；除了太极拳训练之外，所有被招募的参与者都被要求继续他们的日常生活，不改变他们的日常体力活动、日常用药情况（不改变原有用药剂量）和饮食习惯。每个月进行一份有效问卷的一对一访谈，包括营养摄入和体育活动，以评估他们的依从性。太极拳运动干预前后采集禁食血浆样本。

1.2 干预方式

T2DM-TJ 组：在专业的太极拳教练指导下（群体传授），进行为期12 周的24 式简化太极拳干预。练习地点：吉首大学新校区运动场；练习时间跨度：2021 年4 月至7 月；练习频率：4 次/周；练习时间：80 min/次；练习强度：热身运动20min+太极拳50 min（其中成套动作练习3～4 遍，其余时间单个动作练习及纠正动作）+放松运动10 min 的模式。入组前研究人员对T2DMTJ 组受试者进行相关培训宣教，并告知运动方案的具体细节和注意事项，每次运动前均测量受试者血压、心率，运动强度维持使心率在最大心率的50%～60%范围内（男性最大心率=220－年龄，女性最大心率=210－年龄），并随机佩戴Polar 表实时监控。研究人员指导患者的整个运动过程，如患者身体出现任何不适应即刻终止运动。前1～3 周为太极拳动作学习期，4～12 周为太极拳练习的巩固强化期。

T2DM-DC 和健康-DC 组：除保持既往生活习惯外不再进行其他方式且有规律的锻炼。每隔1 周有实验人员对实验组和对照组进行回访，了解她们的生活状态，确保不再进行其他形式有规律的运动，并不改变以往的饮食方式及用药情况。

1.3 研究方法

研究人员在太极拳锻炼之前、12 周锻炼结束时分别收集受试者的一般资料，包括年龄、性别、身高、体重（Wt）、腰臀比（WHR）、收缩压（SBP）、舒张压（DBP）等。所有受试者太极拳干预前后采集血液样本，要求禁食 8 h 以上，于次日晨空腹抽取静脉血5 ml，采用日立7600 型全自动生化分析仪检测空腹胰岛素（FINS）、总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度胆固醇（LDL-C）、高密度胆固醇（HDL-C）等生化指标；采用罗氏血糖仪检测受试者的空腹血糖（FBG）和餐后2 h 血糖（2 hPG，从吃第一口饭开始计时，2 h 后准时检测的血糖值）。另采用日立7170A全自动糖基化血红蛋白分析仪测定糖化血红蛋白（HbAlC）。酶联免疫吸附（ELISA）检测两组患者血清中NLRP3 炎症小体及相关因子的浓度，试剂盒购自中国鑫泉科技（Sin-troch）公司，货号分别为ROS（XQ-EN10725）、NF-κB（XQ-EN15430）、NLRP3（XQ-EN19719）、ASC（XQ-EN15791）、Caspase-1（XQ-EN10385）、GSDMD（XQ-EN12812）、IL-1β（XQ-EN10351）及IL-18（XQ-EN10349），仪器为Rayto，RT-6100 酶标仪，操作均按试剂盒说明书完成。此外，体重指数（BMI），BMI=体重（kg）/身高（m）2。血压是在安静状态下，连续测量3 次不同时间的血压，取其平均值。胰岛素抵抗指数简称为HOMAIR，HOMA-IR=（FBG×FINS）/22.5。

1.4 统计学处理

采用 SPSS23.0 统计软件对所测数据进行统计学处理，实验数据以平均数 ± 标准差（±s）表示。干预前后两组内比较用配对t 检验，T2DM-TJ 组与T2DM-DC 组比较用独立样本T 检验，相关性分析用Pearson 法，主要对受试者干预前后的变化值（干预后—干预前）进行相关分析。以 P＜0.05 或P＜0.01 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 受试者数量分析

共计纳入 75 例受试者，其中5 人中途退出（脱落率为7.6%），最后纳入结果的T2DM 组60 例（T2DM-TJ 组30 例，T2DM-DC 组30 例），以及健康组10 例，全部完成试验，测试过程中均未发生运动损伤。

2.2 受试者太极拳干预前后一般资料及生化指标比较

如表1 所示，干预前，T2DM-TJ 组、T2DMDC 组的Wt、BMI、SBP、DBP、FBG、2hPG、CRP、HbA1C、FINS、HOMA-IR、TC、TG、HDL-C 等比较，经独立样本T 检验，差异不明显（P＞0.05）；而在WHR、HbA1、LDL-C 等指标差异有统计学意义（P＜0.05）。12 周太极拳干预后，组内对比结果显示，T2DM-TJ 组患者的Wt、BMI、SBP、DBP、FBG、2hPG、CRP、HbA1C、HbA1、TC、LDL-C 均降低（P＜0.05）。尤其是SBP、DBP、HbA1、LDL-C 等指标显著降低（P＜0.01），提示太极拳锻炼对中老年T2DM患者的血压、血糖血脂相关指标有一定作用。组间对比结果显示，与T2DM-DC 组相比，T2DM-TJ 组显著减低WHR、HbA1C、HbA1、TG、LDL-C 及HOMAIR 等指标（P＜0.05 或P＜0.01）（见表1），说明12 周太极拳锻炼对降低T2DM 患者血糖血脂、胰岛素抵抗相关指标有一定的影响。

2.3 太极拳干预前后T2DM 患者血清NLRP3 炎症小体及相关因子的变化

表2 显示了12 周太极拳干预前后T2DM 患者血清炎症指标的变化。从表2中可以看出，太极拳干预前，T2DM 组所有炎症指标均高于健康-DC 组，并具有统计学意义（P＜0.01），提示T2DM 患者体内处于慢性炎症状态。干预后，T2DM-DC 和T2DM-TJ 组血清中NLRP3 炎症小体及相关因子都有所下降，但T2DMDC 组差异不具有统计学意义。组内对比结果显示，T2DM-TJ 组太极拳干预后NF-κB、ROS、NLRP3、ASC、Caspase-1、GSDMD、IL-1β 及IL-18 的水平较干预前下降明显（P＜0.05），尤其是ROS、NLRP3、Caspase-1、IL-1β 及IL-18 水平较干预前降低非常显著（P＜0.01），提示太极拳锻炼对降低中老年T2DM患者血清中炎症因子的表达有一定效果。另外，组间对比结果显示，12 周太极拳干预后，与T2DM-DC 组相比，T2DM-TJ 组的ROS、NF-κB、NLRP3、ASC、Caspase-1、GSDMD、IL-1β 及IL-18 等表达水平明显降低（P＜0.05 或P＜0.01），提示12 周太极拳训练可显著降低T2DM 患者血清NLRP3 炎症小体及相关因子的表达。

2.4 受试者血清NLRP3 炎症小体及相关因子之间，以及与胰岛素抵抗的相关性

采用Pearson 相关分析对受试者12 周太极拳干预前后的变化值（干预后—干预前）进行分析，其中相关系数小于0.4 为低度相关，0.4～0.7 为中度相关，大于0.7 为高度相关。结果显示，HOMA-IR 与ROS、NLRP3、ASC、Caspase-1、IL-1β、IL-18 表现为正相关（P＜0.05 或P＜0.01）。血清中NLRP3 炎症小体的表达水平与HOMA-IR、ROS、NF-κB、ASC、Caspase-1、GSDMD、IL-1β、IL-18 相关（P＜0.05 或P＜0.01），从相关系数可知，NLRP3 炎症小体与ROS、NF-κB、ASC、Caspase-1、IL-1β 呈高度正相关（r＞0.7）。ASC 的表达水平与ROS、NF-κB、NLRP3、Caspase-1、GSDMD、IL-1β、IL-18 及HOMA-IR 关系密切，尤其与ROS、NF-κB、NLRP3、Caspase-1 GSDMD、IL-1β、IL-18 较为相关。Caspase-1 的表达水平与HOMA-IR、ROS、NF-κB、NLRP3、ASC、GSDMD、IL-1β 及IL-18 相关，从相关系数可知，Caspase-1 与ROS、NLRP3、ASC、IL-1β 及IL-18相关度较高（r＞0.7）（如表3 所示），提示炎症因子之间的关系较密切，相关程度较高，相互影响。此外，NLRP3 炎症小体及相关因子与胰岛素抵抗呈正相关，说明NLRP3 炎症小体的活化可增强胰岛素抵抗。

表3 血清NLRP3 炎症小体及相关因子与胰岛素抵抗的相关性

3 讨论

3.1 太极拳锻炼对中老年T2DM 患者身体指标及糖脂代谢的影响

研究显示，T2DM 组的FBG、2hPG、HbA1C、HbA1等血糖指标显著高于健康组，而其他指标的差异不显著，这可能与实验对象的划分标准有关。太极拳作为中国独特的传统运动之一，是身体活动和呼吸的结合，结合肢体运动和心灵，让人们在运动的同时享受身心愉悦的一项运动。它融合了中华传统文化中易学的阴阳五行学说，结合中医经络学，引入了古代的导引术和吐纳术，形成了一种内外兼修、协调身心灵平衡的身心锻炼方法。《中国2 型糖尿病防治指南（2020 年版）》建议糖尿病病人应保证每周至少4～5 次的运动量，每天运动时间30～120 min/，每次至少达到有效强度30 min/［10］。本研究采用的4 次/周，80 min/次，共12 周的太极拳干预后，T2DM-TJ 组在Wt、BMI、SBP、DBP、FBG、2hPG、CRP、HbA1C、HbA1、TC、LDL-C 等指标降低明显，说明太极拳对T2DM 患者的体重、血压、血糖血脂等指标有一定作用。相关研究也证实，太极拳锻炼对糖尿病患者的TC、FBG 和HbA1C 有显著的降低作用［11］，其中，TC及LDL-C 都是糖尿病心血管并发症重要预测指标［12］；FBG 和HbA1C 是糖尿病患者诊断、治疗、观察病情及预测并发症发生的关键。因此，T2DM 患者进行太极拳锻炼有助于降低体重及血压，调节其血糖及血脂水平，改善胰岛素抵抗。

3.2 太极拳锻炼对中老年T2DM 患者血清中NLRP3炎症小体及相关因子的影响

糖尿病是以高血糖为主的代谢性疾病，呈“慢性低度炎症状态”［13］。慢性炎症也被认为是糖尿病发展过程中的关键诱导剂，贯穿于糖尿病的全过程。本研究同样证实，T2DM 组所有炎症指标均高于健康-DC组，说明T2DM 患者体内存在一定的慢性炎症状态。研究表明，当 ROS 的产生超过机体抗氧化防御能力时将引起机体氧化应激［14］，由 ROS 增多引起的氧化应激在T2DM 的发生中起重要作用。NF-κB 是一种重要的促炎转录因子，可触发细胞内信号转导的激活，活化NLRP3 炎症小体［15］。我们的研究发现，相对于健康人群，T2DM 患者血清中的ROS 及NF-κB表达水平较高。相关研究显示，高血糖可刺激血管内皮细胞产生过多的ROS［16］，激活NF-κB［17］及炎症相关信号通路。因此，ROS 的过量产生及NF-κB都可以激活NLRP3 炎症小体。我们推测，长期高血糖可能促进了糖尿病患者血液中氧化应激反应，活化NF-κB 及NLRP3 炎症小体，导致胰岛素信号通路受损。本研究证实，与健康人群相比，T2DM 患者中ROS、NF-κB 及NLRP3 等的表达水平较高，说明T2DM 患者血液中氧化应激水平较高。

前期研究证实，NLRP3 炎症小体、IL-1β 及IL-18 等均能影响血糖水平及胰岛素抵抗，与糖尿病的发病机制有关［18，19］，在糖尿病诱导的全身慢性炎症和胰岛素信号传导中起重要作用［20-21］。糖尿病是第一个被证明与NLRP3 炎症小体有关的代谢疾病［19］，NLRP3 炎症小体活化后导致代谢炎症和胰岛素抵抗［22］。IL-1β 是糖尿病的关键炎症介质，抑制IL-1β 可以有效控制血糖和改善β 细胞质量［23］。IL-18 也称为干扰素-γ 诱导因子，起着重要的促炎作用，参与代谢稳态及炎症［19］，与胰岛素抵抗呈正相关［21］。大量研究发现，NLRP3 炎症小体相关蛋白表达，Caspase-1 活性、IL-1β 及IL-18 等相关蛋白的水平在糖尿病患者多个组织中均显著升高［24-25］，这与我们的研究结果较为一致，我们发现相对于健康人群，T2DM 患者血清中NLRP3、Caspase-1、IL-1β及IL-18 等炎症因子水平较高。相关分析也表明，NLRP3 炎症小体与ROS、NF-κB、ASC、Caspase-1、IL-1β 相关；ASC 的表达水平与NLRP3、Caspase-1、IL-1β 相关；Caspase-1 的表达水平与ROS、NLRP3、ASC、IL-1β 及IL-18 关系密切，提示血清中炎症因子之间高度相关。由于NLRP3 炎症小体是多蛋白复合体，由NLRP3、ASC、Caspase-1 组成，ROS、NF-κB 是NLRP3 炎症小体的上游通路，而IL-1β及IL-18 是NLRP3 炎症小体的下游信号。大量研究表明，NLRP3 炎症小体在炎症、胰岛素抵抗和T2DM 中起着核心作用［18］。我们的研究也发现，NLRP3 炎症小体及相关因子与胰岛素抵抗呈正相关，提示NLRP3炎症小体的活化可增强胰岛素抵抗。因此，NLRP3 炎症小体及相关因子在全身慢性炎症和胰岛素信号传导中起重要作用。

研究显示，干预后T2DM-DC 组血清中NLRP3 炎症小体及相关因子有所下降，这可能与天气变化和受试者的饮食有关，Chen 等［26］研究发现蔬菜、水果、茶等摄入增加，不仅有着较强的抗氧化能力，而且还可以调节炎症介质。此外，合理的运动对炎症因子也有改善作用。如Kaufmann 等［27］发现12 周中度慢性有氧运动后，外周血单核细胞中NLRP3 的表达和血浆IL-1β 和IL-18 水平显著降低。Kar 等［28］发现20 周中等强度跑步运动可抑制高脂小鼠NLRP3炎症小体、ASC、Caspase-1 和IL-1β 的激活，改善糖尿病诱导的炎症，降低胰岛素抵抗。Zaidi［21］等发现T2DM 患者通过一年的运动训练后可明显降低IL-18 的水平。本研究数据显示，12 周太极拳锻炼后，T2DM-TJ 组在ROS、NLRP3、Caspase-1、IL-1β 及IL-18 的表达水平较干预前显著降低，说明太极拳锻炼可使T2DM 患者血清中ROS、NF-κB 的表达以及NLRP3 炎症小体通路相关因子的水平明显降低，提示太极拳锻炼具有缓解血管及全身炎症的作用。

本研究进一步证实，12 周太极拳锻炼显著改善了T2DM 患者的血糖指标及胰岛素抵抗，是否与NLRP3炎症小体及相关因子密切相关，那么其作用具体机制如何？相关分析发现，NLRP3 炎症小体与胰岛素抵抗呈正相关，提示降低NLRP3 炎症小体可减轻胰岛素抵抗。由于太极拳可降低NLRP3 炎症小体及相关因子的表达水平，我们推测，太极拳可通过降低NLRP3 炎症小体及相关因子的表达，改善T2DM 患者的胰岛素抵抗及血糖水平。前期研究发现，有氧运动可降低炎症水平改善胰岛素抵抗。如Yu 等［29］研究发现4 周有氧运动通过降低炎症水平和增加抗氧化反应，减轻胰岛素抵抗，改善大鼠骨骼肌非酒精性脂肪性肝炎。Wang 等［30］研究表明有氧运动可以通过抑制NLRP3 炎症小体相关炎症信号通路和改善胰岛素信号通路，改善糖尿病大鼠突触可塑性相关蛋白的表达，减少Tau 的磷酸化。以上研究表明，在不同组织中，有氧运动都能够抑制NLRP3 炎症小体激活，改善胰岛素抵抗。本研究发现，12 周太极拳锻炼降低T2DM患者血清ROS、NF-κB、NLRP3、Caspase-1 及IL-1β 等的表达水平，抑制 ROS、NF-κB、NLRP3、Caspase-1 及IL-1β 等信号，提示太极拳锻炼改善血糖水平及胰岛素抵抗也可能与抑制NLRP3 相关信号通路有关。相关研究证实，ROS、NF-κB 作为活化NLRP3 炎症小体的经典上游信号，NLRP3 相关信号通路在炎症反应中发挥关键作用，而运动能够抑制NLRP3 相关信号通路［31］，改善不同疾病的炎症状态。如Li 等［32］发现跑步运动可降低中风后抑郁症小鼠海马中的TLR4/NF-κB/NLRP3 的表达。Wang 等［30］研究表明有氧运动可通过抑制糖尿病大鼠NLRP3 相关炎症信号通路，激活PI3K/Akt 胰岛素信号通路，降低炎症。Li 等［33］发现中等强度的运动通过下调ROS/NLRP3 炎症信号通路，对心脏具有保护效果。由此可见，12 周太极拳锻炼可能直接或间接降低NLRP3 炎症小体的表达，减少炎症因子释放，进而改善T2DM患者的血糖指标及胰岛素抵抗，对维持血糖稳态发挥重要作用。但如需进一步确定NLRP3 相关信号通路在运动降低糖尿病患者炎症中的作用，则仍需通过更多的相关动物实验进行论证。