基于PPAR-α/PGC-1α途径探讨低氧减重对肥胖大鼠能量代谢的影响

郜 琨， 杨历新

(青海省人民医院， 青海 西宁 810000)

由于现代人们高脂高糖的饮食习惯，肥胖已经成为一种普遍高发的营养代谢性疾病，给现代人们的健康带来极大的隐患。有研究报道：居住于高海拔地区的人群体内脂肪比例低于平原地区居住的人群，因此，低氧疗法逐渐成为一种预防、治疗肥胖疾病的方法。可通过抑制食欲，增加基础代谢率和脂肪氧化，并尽量减少副作用[1]。运动可有效降低血脂、血糖，对于肥胖疾病作用极佳，有学者发现低氧环境因素可有效增强运动提高能量消耗的作用效果[2]。因此，低氧结合运动在减肥降脂方面效果显著。骨骼肌是机体能量代谢的重要场所，也是主要的耗能组织之一。PGC-1α在骨骼肌分布广泛，有研究显示：活化的PGC-1α可增强线粒体活动，促进脂肪酸的氧化[3,4]。PPAR-α是一种脂质调节因子，可以促进脂肪细胞分解、参与脂质能量代谢，对于肥胖、高血压等疾病的发生具有重要作用[5]。在本研究中，通过高脂膳食建立肥胖大鼠模型，观察低氧配合耐力运动对肥胖大鼠能量代谢以及PPAR-α、PGC-1α蛋白表达的影响，探讨低氧运动在肥胖大鼠能量代谢中的作用机制。

1 材料与方法

1.1试验动物:SD大鼠80只，SPF级，雄性，体重220～250g，购于湖南斯莱克动物实验公司，生产许可证号：SCXK(湘)2019-0005，饲养环境：温度22～24℃，湿度40%～55%，5只/笼，自由饮食。

1.2试剂及仪器:JM-A20001电子称(北京金科利达电子科技有限公司)；低氧分压系统(美国Hypoxico公司)，TSE动物代谢测量分析系统(德国PROCESS CONTROL公司)，半自动生化仪(南京建成科技有限公司)，PGC-1α 、PPAR-α、GAPDH抗体(英国 Abcam 公司)。

1.3营养性肥胖大鼠模型复制:大鼠随机分为普通膳食对照组(10只)、高脂膳食模型组(70只)，普通膳食为国家标准啮齿类动物干燥饲料；高脂膳食：基础饲料52.2%，猪油15%，蔗糖20%，酪蛋白10%，胆固醇1.2%，胆酸钠0.2%，石粉0.4%，磷酸氢钙0.6%，预混料0.4%，高脂膳食供能比：碳水化物45.5%，脂肪37%，蛋白质17.5%。持续性喂养7周后，取对照组及模型组大鼠各10只，称量体重，测定血糖、血脂，评价造模效果。根据肥胖易感模型筛选规律，高脂膳食组大鼠的体重超过普通膳食组大鼠体重的20%作为营养性肥胖大鼠[6,7]。

1.4动物分组及低氧运动干预:随机取建模成功的肥胖大鼠60只，分为常氧安静组(A)、常氧运动组(AE)、16.3%低氧安静组(B)、16.3%低氧运动组(BE)、13.3%低氧安静组(C)、13.3%低氧运动组(CE)，每组10只；继续进行高脂膳食饲养，运动组适应1周后，进行跑台耐力训练，20m/min、40min/d、5d/周、跑台坡度为0；低氧组采用低氧分压系统构建人工常压低氧环境，持续干预8周。

1.5称量大鼠体重:在相同的时间点(每周3下午)称量大鼠体重并记录。

1.6采用大鼠代谢系统测大鼠运动后即刻状态吸氧量和能量消耗:采用TSE动物代谢测量分析系统测定大鼠干预后即刻吸氧量和能量消耗，实验前测试系统稳定性，测试方法：每日大鼠运动结束后，立即将其放回呼吸室内，固定仪将大鼠固定后进行测定，采集9、18、27、36、45、54min数据，选择第2个9min为运动即刻吸氧量。仪器主要参数为：FlowSamp 0.72mL/L，Ref O2：20.92%～20.93%，Ref CO2：0.054%～0.055%。代谢实验室条件：温度：20℃±2℃、湿度：50%～70%，保持安静状态。

1.7检测血糖(BG)浓度和血脂(TC、LDL-C、TG):京都血糖仪测定血糖含量；半自动生化仪测定血脂四项。

1.8Western blotting 法PPAR-α、PGC-1α的表达:取腓肠肌100mg，加入适量RIPA裂解液，使用玻璃匀浆器充分研磨裂解；4℃，12000r/min离心10min，取上清液，BCA蛋白试剂盒测定蛋白质浓度，取少量蛋白质，配制成上样缓冲液，电泳、转膜、封闭、加入一抗PGC-1α(1∶1000)、PPAR-α(1∶1000)、GAPDH(1∶1000)；4℃孵育过夜，TBST洗涤，加入HRP标记二抗(山羊抗兔IgG/HRP：1∶3000)，室温孵育2h，TBST洗涤，用ECL化学发光试剂显色后，化学发光仪成像。以相应的GAPDH作为内参，计算各目标条带的灰度值。

2 结 果

2.1高脂诱导营养性肥胖模型构建成功:7周高脂膳食饲养后，模型组大鼠体重、体长、Lee's指数均显著增加(P<0.01，P<0.05)；BG、TG、TC、LDL-C含量均显著增加(P<0.01)，差异具有显著性统计学意义，说明高脂膳食诱导的营养性肥胖大鼠模型建立成功。见表1、表2。

表1 两组大鼠体重体长Lee's指数比较

表2 两组大鼠血脂及血糖比较(mmoL/L)

2.2低氧运动干预对肥胖大鼠体重的影响:与A组比较，AE、BE、C、CE组大鼠的体重增长明显受到抑制，差异具有统计学意义(P<0.05,P<0.01)；与AE组比较，BE、CE组大鼠体重增长明显受到抑制，差异具有统计学意义(P<0.05,<0.01)。见表3、图1。

图1 低氧运动对肥胖大鼠体重的影响

表3 低氧运动对肥胖大鼠体重的影响

2.3低氧运动干预对肥胖大鼠运动即刻状态总耗氧量的影响:与A组比较，AE、B、BE、C、CE组大鼠的运动即刻状态总耗氧量均出现增加趋势，差异具有统计学意义(P<0.05,P<0.01)；与AE组比较，B、BE、C、CE组大鼠运动即刻状态总耗氧量出现增加趋势，差异具有统计学意义(P<0.05,P<0.01)。在8周的干预过程中，每个组别肥胖大鼠伴随周龄的增加，运动即刻状态总耗氧量表现为下降趋势，但干预各组均能提高运动后即刻耗氧量水平从而抑制其降低。见表4、图2。

表4 低氧运动干预对肥胖大鼠运动即刻状态总耗氧量的影响

图2 低氧运动干预对肥胖大鼠运动即刻状态总耗氧量的影响

2.4低氧运动干预对肥胖大鼠运动即刻状态肌肉耗氧量的影响：与A组比较，AE、B、BE、C、CE组大鼠的运动即刻状态肌肉耗氧量均出现增加趋势，差异具有统计学意义(P<0.05,P<0.01)；与AE组比较，BE、C、CE组大鼠运动即刻状态总耗氧量出现增加趋势，差异具有统计学意义(P<0.05,P<0.01)，在8周的干预过程中，每个组别的肥胖大鼠伴随周龄的增加，运动即刻状态肌肉耗氧量表现为下降趋势，但干预各组均能提高运动后即刻耗氧量的水平从而抑制其降低。见表5、图3。

图3 低氧运动干预对肥胖大鼠运动即刻状态肌肉耗氧量的影响

表5 低氧运动干预对肥胖大鼠运动即刻状态肌肉耗氧量的影响

2.5低氧运动干预对肥胖大鼠运动即刻状态总耗能的影响：与A组比较，AE、BE、C、CE组大鼠的运动即刻状态总耗能出现增加趋势，差异具有统计学意义(P<0.05,P<0.01)；与AE组比较，CE组大鼠运动即刻状态总耗能出现增加趋势，差异具有统计学意义(P<0.05,P<0.01)。在8周的干预过程中，每个组别的肥胖大鼠伴随周龄的增加，运动即刻状态总耗能表现为下降趋势，但干预各组均能提高运动后即刻耗能量的水平从而抑制其降低。见表6、图4。

表6 低氧运动干预对肥胖大鼠运动即刻状态总耗能的影响

图4 低氧运动干预对肥胖大鼠运动即刻状态总耗能的影响

2.6低氧运动干预对肥胖大鼠运动即刻状态肌肉耗能的影响：与A组比较，B、BE、C、CE组大鼠的运动即刻状态肌肉耗能出现增加趋势，差异具有统计学意义(P<0.05,P<0.01)；与AE组比较，CE组大鼠运动即刻状态总耗能出现增加趋势，差异具有统计学意义(P<0.05,P<0.01)。B、BE、C组运动即刻状态总耗能在6W、7W出现下降，1W、2W、3W、4W、5W、8W为增加趋势，差异具有统计学意义(P<0.05,P<0.01)；在8周的干预过程中，每个组别的肥胖大鼠伴随周龄的增加，运动即刻状态总耗能表现为下降趋势，但干预各组均能提高运动后即刻耗能量的水平从而抑制其降低。见表7、图5。

表7 低氧运动干预对肥胖大鼠运动即刻状态肌肉耗能的影响

图5 低氧运动干预对肥胖大鼠运动即刻状态肌肉耗能的影响

2.7低氧运动干预对肥胖大鼠血脂血糖的影响：与A组大鼠比较，AE、BE、C、CE组大鼠TC、TG、LDL-C、血糖明显降低(P<0.05或P<0.01)，BE、CE组大鼠HDL-C明显升高(P<0.01)；与AE组大鼠比较，BE、CE组大鼠TC、TG、LDL-C、血糖明显降低(P<0.01)；BE、CE组大鼠HDL-C明显升高(P<0.01)。见表8。

表8 低氧运动干预对肥胖大鼠血脂血糖的影响

2.8低氧运动干预对肥胖大鼠对大鼠骨骼肌PPAR-α、PGC-1α蛋白表达的影响：与A组相比，BE组、C组和CE组大鼠PPAR-α、PGC-1α蛋白表达明显升高(P<0.05，P<0.01)；与AE组相比，BE组、C组、CE大鼠PPAR-α、PGC-1α蛋白表达明显增加(P<0.05，P<0.01)。见表9、图6。

图6 低氧运动干预对肥胖大鼠对大鼠骨骼肌PPAR-α、PGC-1α蛋白表达的影响

表9 低氧运动干预对肥胖大鼠对大鼠骨骼肌PPAR-α PGC-1α蛋白表达的影响

3 讨 论

氧是人体维持生命活动必不可少的物质，持续的低氧环境会让机体产生不适反应，但是适当的低氧刺激反而能促进机体的脂肪酸代谢。当机体受到无氧刺激时，组织中的无氧代谢会加强，此时糖代谢无法满足正常的能量代谢，脂肪便会分解供给能力，当配合耐力运动时，则可以加快脂肪的分解代谢，从而有效控制体重，降低血脂[8]。此外，诸多研究表明低氧运动还可通过调控PGC-1α通路极其下游因子，增强脂肪酸氧化能力，加剧骨骼肌能量代谢等[9]。

能量代谢是一个复杂的过程，诸如运动强度、机体的生理状态、精神状态等都会对其产生影响。机体进行生理活动时需要持续地从外界获取氧气，排出CO2，因此，能量消耗、耗氧量等可以作为评价能量代谢的关键指标[10]。本实验结表明示：低氧运动干预8周后，肥胖大鼠血糖、血脂均明显降低，与常氧安静组相比，低氧安静组大鼠能量代谢增加，与低氧安静组比较，低氧运动组大鼠能量代谢明显增加，且13.3%低氧运动组能量代谢较16.3%低氧运动组增加，说明低氧结合运动可协同提高机体的能量代谢，且低氧浓度也是影响能量代谢的重要因素。骨骼肌是机体重要的氧耗器官，其形态结构或是功能异常可影响机体能量代谢的平衡[11]。PGC-1α是人体能量代谢“分子开关”，骨骼肌作为机体能量代谢最活跃的组织之一，富含PGC-1，而PGC-1α在骨骼肌线粒体发生、糖代谢、脂肪酸氧化等能量代谢网络中均具有重要调控作用。低氧状态下，PGC-1α可通过低氧诱导因子1(HIF-1)调节机体骨骼肌线粒体生成和糖、脂代谢等[12]。Greene等研究报道：耐力运动可促进骨骼肌中PGC-1α的表达，提高能量代谢水平[13]。PPARs属于核受体超家族成员，在细胞的信号转导过程中具有重要作用，PPRAα是脂类供给的总感受器，能够与饱和、不饱和脂肪酸结合，增加脂肪酸向肌肉的输送，从而促进脂类的氧化利用[14]。本实验结表明示：低氧运动干预8周后，与常氧安静组相比，13.3%低氧安静组大鼠PGC-1α、PPAR-α蛋白表达增加，与低氧安静组比较，低氧运动组大鼠PGC-1α、PPAR-α蛋白表达增加，其中13.3%低氧运动组大鼠PGC-1α、PPAR-α蛋白表达高于16.3%低氧运动组，说明低氧结合运动干预可协同增强骨骼肌PGC-1α、PPAR-α蛋白的表达，且低氧浓度也可影响PGC-1α、PPAR-α蛋白表达。由此可见，运动过程中增加低氧干预手段可有效增强骨骼肌PGC-1α/PPAR-α蛋白的表达，进而影响骨骼肌能量代谢稳态。

综上可知：长期高脂膳食可诱导营养性肥胖的发生，导致机体代谢紊乱，低氧和运动客有效控制营养性肥胖大鼠的体重，其机制可能是低氧运动可增强骨骼肌PGC-1α、PPAR-α蛋白的表达，进而改善肥胖大鼠能量代谢水平。