有氧运动联合二甲双胍改善2型糖尿病大鼠胰岛素抵抗及其对血清内脂素的影响

孙 焱，李立强，刘 勇，徐 倩，任仕广，付 丽，段利涛，白 真

有氧运动联合二甲双胍改善2型糖尿病大鼠胰岛素抵抗及其对血清内脂素的影响

孙 焱1，李立强1，刘 勇1，徐 倩1，任仕广1，付 丽1，段利涛1，白 真2

（1.华东交通大学体育与健康学院江西省体质健康与运动干预重点实验室，江西 南昌，330013；2.宁波大学体育学院，浙江 宁波，315211。）

目的：本研究旨在通过观察6周有氧运动、二甲双胍及其两者联合干预，对2型糖尿病（T2DM）大鼠胰岛素抵抗的改善作用，及对血清内脂素（Visfatin）的影响，为有氧运动联合二甲双胍方案在2型糖尿病的治疗中的效果，提供试验依据。方法：选用8周龄SD雄性健康大鼠共计50只，随机挑选10只大鼠为正常对照组（C组），用标准普通饲料进行喂养。剩余的40只大鼠进行T2DM动物模型塑造。造模成功后的大鼠随机分为：糖尿病对照组（DM）、糖尿病运动组（DME）、糖尿病药物组（DMM）、糖尿病药物+运动组（DMME），进行6周的干预。6周后，检测各组大鼠 TG、TC、FBG、FINS 和 Visfatin 的含量。结果：（1）与C组相比，DM组TC和TG水平均表现出极显著升高（P＜0.01）；与DM组相比，DME组、DMM组、DMME组TC水平均显著性降低（P＜0.05）；与DM组相比，DME组、DMM组、DMME组TG含量均呈下降趋势，其中DMM组具有极显著性差异（P＜0.01）。（2）与C组相比，DM组胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）显著升高（P＜0.05）；与DM组相比，DME组、DMM组、DMME组胰岛素抵抗指数均呈下降趋势，其中以DME组、DMME组下降显著（P＜0.05）。（3）与C组相比，DM组Visfatin水平极显著升高（P＜0.01）；与DM组相比，DME组、DMM组、DMME组Visfatin水平均呈下降趋势，其中以DMME组下降趋势最为明显，但无显著性差异（P＞0.05）。结论：（1）有氧运动、二甲双胍及二者联合均能在一定程度上纠正T2DM大鼠糖脂代谢的紊乱，改善T2DM大鼠胰岛素抵抗。（2）有氧运动、二甲双胍二者联合干预的效果有优于单一干预的趋势。

2型糖尿病；内脂素；有氧运动；二甲双胍；胰岛素抵抗

随着人民生活水平的不断提高，经济高速发展，物资极度丰富，极大的增强了人民群众的幸福感和获得感，但随之而来的人们生活习惯和饮食结构的巨大变化却也给国人带来了新的健康问题。慢性代谢性疾病的发病率逐年上升，尤其是糖尿病。据最新流行病学调查数据显示，中国大陆糖尿病患者总人数估计为1.298亿，有大概50%的成年人血糖指数异常，而且糖尿病发病年龄有越来越年轻的趋势[1]。糖尿病的高发现状，给中国的公共卫生带来了极大的负担，成为了一个十分严重的公共卫生问题。

二甲双胍作为一个经典的降糖药，应用于临床已有60余年历史，是目前全球应用最广泛的口服降糖药之一，为全球防控糖尿病的核心药物。二甲双胍以其降糖效果好，副作用小，且价格便宜而成为2型糖尿病（T2DM）患者的首选降糖药[2]。而运动作为目前提倡的控制血糖的“五驾马车”之一，一直在防治T2DM中发挥着重要的作用。

本研究分别观察二甲双胍、有氧运动及二者联合干预对T2DM大鼠模型的糖脂代谢和胰岛素抵抗的改善，以及对血清内脂素（Visfatin）的影响，从而为有氧运动联合二甲双胍对T2DM的干预效果提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物与饲养

8周龄Sprague-Dawley（SD）大鼠，雄性，50只，体重（200±20）g。购置于南昌大学医学院动物研究中心。大鼠分笼饲养，每笼5只，自由饮食。室温：25±5℃，湿度：50-60%。自然光照。适应性喂养1周。每天更换垫料、清洗笼具、饮水瓶，确保笼内干燥清洁。所用垫料为高压灭菌，动物房内定期用紫外线灯照射消毒。

1.2 动物分组及T2DM造模

50 只SD大鼠随机分为为正常对照组（N=10，C 组）、T2DM造模组（N=40，G组）。实验进行之前称体重、进行剪尾部采血测血糖。C组喂以普通啮齿类动物普通饲料。G组喂以高糖高脂饲料（56.5%常规饲料、10%猪油、8%蛋黄粉、25%蔗糖、0.5%胆酸钠加工制成）。

G 组大鼠高糖高脂持续喂养4周后，禁食12h，链脲佐菌素（STZ）（使用前将STZ粉末溶解在PH=4的0.1mmol/L 的柠檬酸钠缓冲液内，30mg/kg，1次/天，每两天一次，持续2次）注射于大鼠的左下腹腔内，一星期后测其血糖值，空腹血糖值≥16.7mmol/L则认定为T2DM大鼠，对照组注射同剂量的柠檬酸缓冲液。最终确定造模成功大鼠数量为37只。

造模成功的大鼠随机分为4组：糖尿病对照组（DM组）；糖尿病运动组（DME组），进行有氧运动干预；糖尿病药物组（DMM组），每天给与二甲双胍；糖尿病药物+运动组（DMME组），同时给予二甲双胍和有氧运动干预。干预时间为6周。

1.3 运动方案

DME和DMME组大鼠采用跑台作为运动方式。具体方案为：每天进行30min的跑台运动，速度20m/min，6次/W，持续6周。

1.4 给药方案

DMM和DMME组大鼠灌胃给予药物二甲双胍，200 mg/kg.d，早晚各一次、给药6周。每日监控大鼠饮水量和进食量，每周根据大鼠体重变化调整一次药物剂量。

1.5 取材方法

各组大鼠取材前禁食过夜，24h后取材。麻醉前，取尾静脉血，测血糖值。大鼠腹腔注射20%乌拉坦进行麻醉（1mg/kg体重）。腹主动脉取血，离心（4℃，3000r/min，10min），吸取上清液，-40℃冰箱保存，待测各项指标。

1.6 指标测试

1.6.1 大鼠体重 高度精密电子天平（准确度为0.01g）测定。

1.6.2 血糖（FBG）罗氏活力型血糖仪测试。

1.6.3 胰岛素（FINS）放射免疫分析法。（试剂盒购于南京森贝伽生物公司）

1.6.4 甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）全自动生化分析仪（Roche Modular DPP公司）

1.6.5 胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）HOMA-IR＝（空腹血糖×空腹胰岛素）／22.5

1.6.6 内脂素（Visfatin）采取ELISA方法测定（试剂盒购于江苏建成生物工程研究所）。

1.7 数据处理

2 结 果

2.1 试验干预前、后各组大鼠TC、TG含量的变化情况

由表1可以看出，试验干预前，与C组相比，其余各组实验大鼠TC、TG的水平均极显著高于C组（P＜0.01）。试验干预后，与DM组相比，DME组、DMM组、DMEM组TC水平均呈显著性降低（P＜0.05），TG水平只有DMM组极显著下降（P＜0.01），其余各组TG水平都有下降趋势，但未见显著性差异。

表1 运试验干预前、后各组大鼠TC、TG含量的变化情况（±s mmol / L）

*P＜0.05，**P＜0.01C group；#P＜0.05，##P＜0.01DM group

BI: Before Intervention, AI:After Intervention

2.2 试验干预前、后各组大鼠空腹血糖值（FBG）、胰岛素值（FINS）和胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）的变化情况

由表2可以看出，试验干预前，与C组相比，其余各组的FBG和FINS值都极显著升高（P＜0.01），HOMA-IR显著升高（P＜0.05），且各组组间无差异。

干预后，与DM组相比，DME组、DMM组、DMME组的FBG均出现显著下降（P＜0.05），其中DMME组较DME组、DMM组下降趋势更明显。但无显著性差异（P＞0.05）。与DM组相比，DME组、DMM组及DMME组FINS水平均呈升高趋势，其中DMM组、DMEM组具有显著性差异（P＜0.05），DME组虽有升高趋势但无显著性差异（P＞0.05）。与DM组相比，DME组、DMM组、DMME组HOMA-IR均呈下降趋势；其中以DME组、DMME组下降较显著（P＜0.05），DMM组虽有下降趋势但无显著性差异（P＞0.05）。

表2 实验干预前、后各组大鼠空腹血糖水平（FBG）、胰岛素水平（FINS）和胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）的变化情况（±s）

*P＜0.05，**P＜0.01C group；#P＜0.05，##P＜0.01DM group

BI:Before Intervention, AI:After Intervention

2.3 各组大鼠试验干预后血清内脂素（Visfatin）水平变化

由表3可知，试验干预后与C组相比，DM组Visfatin水平极显著升高（P＜0.01）；与DM组相比，DME组、DMM组、DMME组Visfatin水平均较DM组呈下降趋势。但无显著性差异（P＞0.05），其中以DMME组下降趋势最明显。

表3 各组大鼠试验干预后血清内脂素（Visfatin）水平变化（±s）

*P＜0.05，**P＜0.01C group

3 讨 论

3.1 有氧运动联合二甲双胍对2型糖尿病糖脂代谢及胰岛素抵抗的改善作用

胰岛素抵抗是2型糖尿病的主要病理机制。二甲双胍可通过提高肌肉、脂肪组织对胰岛素的敏感度，减轻胰岛素抵抗，同时抑制肝葡萄糖的释放，抑制肝脏糖异生及糖原分解，抑制肠道对葡萄糖的吸收来发挥降糖作用的[3]。因为二甲双胍不需要最终通过胰岛素来发挥作用，所以二甲双胍单独应用不会发生严重低血糖。

运动通过诱导糖脂代谢变化来改善T2DM的糖脂代谢紊乱。通过运动，骨骼肌增强对葡萄糖和脂肪酸的摄取和氧化，从而降低血脂和血糖水平[4-8]。研究表明，运动导致的骨骼肌脂肪酸和葡萄糖的摄取主要是通过骨骼肌细胞上跨膜蛋白FAT/CD36和GLUT4的易位增加来实现的[7]，这个过程是不须通过胰岛素介导的。

本研究结果显示，单独口服二甲双胍或有氧运动就能显著改善2型糖尿病大鼠的糖脂代谢，降低血脂和血糖水平，降低胰岛素抵抗指数。二者联合，对血糖、血脂和胰岛素抵抗指数有更好的改善趋势，但这种趋势并没有统计学意义，这可能是因为干预周期相对较短，而运动对血糖、血脂的控制效果相对滞后，药物和运动两者的协同作用还未完全显现的原因。延长干预周期，药物+运动的效果可能会更加显著。这种联合干预显示更好效果的趋势也与前人的研究结果相一致[9,10]。这也提示，有氧运动和二甲双胍在改善2型糖尿病大鼠的胰岛素抵抗上可能存在协同效应，而且运动对胰岛素抵抗改善效应可能需要长期的坚持。

有意思的是，最新研究发现，二甲双胍可通过激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK），来改善肌肉、脂肪、肝脏的能量代谢[11-13]，而AMPK也是运动发挥代谢调节效应及适应的关键信号分子[14]。提示运动和二甲双胍可能有着共同的信号转导途径，而AMPK作为运动和二甲双胍共同的信号分子，由其介导的信号转导通路可能是今后研究的热点。

3.2 有氧运动联合二甲双胍对2型糖尿病血清内脂素（Visfatin）的影响

内脂素（Visfatin）是 Fukuhara 等于 2005 年利用PCR技术从人体内脏脂肪组织中分离出来的一种新的脂肪因子，它能与胰岛素受体结合，起到类胰岛素的作用，具有降血糖和降血脂的功能[15]。国内外大量研究表明；肥胖及2型糖尿病患者血清Visfatin水平高于健康人群[16]。目前大多数的观点认为：肥胖和糖尿病人群血清Visfatin的升高是人体对持续高血糖状态的一种代偿机制。在胰岛素敏感性下降，出现胰岛素抵抗时，Visfatin以一种非胰岛素依赖的机制，直接激活胰岛素受体，启动下游的信号转导通路，发挥类胰岛素的作用，代偿性的起到降低血糖、血脂的作用，改善糖脂代谢。这种升高的Visfatin可以被看作是机体对胰岛素功能缺陷的代偿。

对于运动对Visfatin的影响，大部分的研究结果都支持有氧运动能显著降低肥胖和糖尿病人群的Visfatin水平。Dong-il Seo等的研究显示，12周的有氧运动+抗阻练习在显著改善肥胖中年女性的糖脂代谢的同时，可显著降低其血清Visfatin水平，他们认为，这种Visfatin水平的下降是由于运动导致的内脏脂肪含量下降引起的[17]。Alireza Moravveji等将36名BMI 大于 25 的健康久坐超重女大学生随机分为运动组和对照组，运动组进行8周的有氧运动，发现与对照组相比运动组的血清Visfatin水平显著下降[18]。

本研究结果显示，2型糖尿病组大鼠（DM组）与健康对照组（D组）相比，血清内脂素水平极显著增高（37.78±1.01ng/ml vs 21.10±0.57ng/ml），这与国内外大部分的研究结果相一致。而经过6周的干预，与糖尿病对照组（DM组）相比，无论是药物干预组（DMM组）、运动干预组（DME组）还是运动联合药物干预组（DMME组），血清内脂素水平都有下降趋势，且以DMME组下降趋势最明显。提示有氧运动、二甲双胍或是二者联合都可以降低内脂素的水平，但二者联合干预的效果最佳。

4 小 结

有氧运动、二甲双胍及二者联合均能在不同程度上改善T2DM大鼠的糖脂代谢，提高胰岛素敏感性，减轻胰岛素抵抗，降低血清内脂素水平，二者联合干预有效果更好的趋势。然而这种联合干预效果背后的机制仍不太清楚，有待进一步的研究。

[1] Li Y, Teng D, Shi X, et al .Prevalence of diabetes recorded in mainland China using 2018 diagnostic criteria from the American Diabetes Association: national cross sectional study[J]. BMJ. 2020, 369: m997.

[2] 中华医学会糖尿病学分会. 中国2型糖尿病防治指南（2013年版）[J].中华内分泌代谢杂志，2014，30（10）：447～498.

[3] 王 慧，皇甫建，肖 瑞. 二甲双胍降糖作用及降糖外作用的研究进展[J]. 医学研究杂志，2018，47（04）：179～182.

[4] Mougios V. Exercise Biochemistry. Champaign, IL: Human Kinetics; 2020.

[5] Hayashi T, Wojtaszewski JF, Goodyear LJ. Exercise regulation of glucose transport in skeletal muscle[J]. Am J Physiol. 199, 273(06): E1039～E1051.

[6] Lundsgaard AM, Fritzen AM, Kiens B. Molecular regulation of fatty acid oxidation in skeletal muscle during aerobic exercise[J]. Trends Endocrinol Metab. 2018, 29(01): 18～30.

[7] Krook A, Björnholm M, Galuska D, et al. Characterization of signal transduction and glucose transport in skeletal muscle from type 2 diabetic patients[J]. Diabetes. 2000, 49(02): 284～292.

[8] Kennedy JW, Hirshman MF, Gervino EV, et al. Acute exercise induces GLUT4 translocation in skeletal muscle of normal human subjects and subjects with type 2 diabetes[J]. Diabetes. 1999, 48(05): 1192～1197.

[9] Linden MA, Fletcher JA, Morris EM, et al. Combining metformin and aerobic exercise training in the treatment of type 2 diabetes and NAFLD in OLETF rats[J]. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2013, 306(03): 300～310.

[10] Smith AC, Mullen KL, Junkin KA, et al. Metformin and exercise reduce muscle FAT /CD36 and lipid accumulation and blunt the progression of high-fat-diet- induced hyperglycemia[J]. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2007, 293(01): 172～181.

[11] Viollet B, Guigas B, Sanz Garcia N, et al. Cellular and molecular mechanisms of metformin: an overview[J]. Clinical science. 2012, 6: 253～70.

[12] Foretz M, Guigas B, Bertrand L, et al. Metformin: from mechanisms of action to therapies[J]. Cell metabolism. 2014, 6: 953～66.

[13] Coughlan KA, Valentine RJ, Ruderman NB, et al. AMPK activation: a therapeutic target for type 2 diabetes?[M]. Diabetes, metabolic syndrome and obesity : targets and therapy. 2014: 241～53.

[14] 张 洁，傅 力. AMPK在机体骨骼肌运动代谢适应方面的研究进展[J].生理科学进展. 2016，47（05）：391～394.

[15] Fukuhara A, Matsuda M, Nishizam M, et al. Visfatin: a protein secreted by visceral fat that mimics the effects of insulin[J]. Science. 2005, 307(5708): 426～430.

[16] 詹晓梅，邱珍艳，陈文鹤. 肥胖与2型糖尿病患者内脂素水平及运动干预效果评价[J].中国运动医学杂志. 2012，31（07）：628～635+627.

[17] Dong-il Seo , Wi-Young So, Sung Ha, et al. Effects of 12 weeks of combined exercise training on visfatin and metabolic syndrome factors in obese middle-aged women[J]. J Sports Sci Med. 2011, 10(01): 222～226.

[18] Alireza Moravveji, Mansour Sayyah, Elham Shamsnia, et al. Comparing the prolonged effect of interval versus continuous aerobic exercise on blood inflammatory marker of Visfatin level and body mass index of sedentary overweigh/fat female college students[J]. AIMS Public Health. 2019, 6(04): 568～576.

Effects of Aerobic Exercise Combined with Metformin on Insulin Resistance in Type 2 Diabetic Rats and Its Effect on Serum Visfatin

SUN Yan1, LI Liqiang1, LIU Yong1, et al

(1.School of P.E and Health, East China Jiaotong University, Physical Health and Exercise Intervention Key Lab, Nanchang Jiangxi, 330013, China; 2.School of P.E, Ningbo University, Ningbo Zhejiang, 315211, China.)

Objective：The aim of this study was to observe the effects of 6 weeks aerobic exercise, metformin and their combined intervention on insulin resistance in type 2 diabetes mellitus (T2DM) rats and the effect of serum Visfatin, so as to provide experimental evidence for the effect of aerobic exercise combined with metformin in the treatment of type 2 diabetes. Methods: A total of 50 8-week-old SD male healthy rats were selected, and 10 rats were randomly selected as the normal control group (Group C). The remaining 40 rats were modeled as T2DM animal model.Rats after successful modeling were randomly divided into diabetic control group (DM), diabetic exercise group (DME), diabetic drug group (DMM), diabetic drug +exercise group (DMME) for 6 weeks' intervention.After 6 weeks, the contents of TG, TC, FBG, FINS and Visfatin were measured. Results: (1) Compared with group C, the levels of TC and TG in DM group increased significantly (P < 0.01); Compared with DM group, TC levels in DME group, DMM group and DMME group decreased significantly (P < 0.05); Compared with DM group, TG content in DME group, DMM group and DMME group decreased, and there was a very significant difference in DMM group (P < 0.01). (2) Compared with group C, HOMA-IR in DM group was significantly higher (P < 0.05); Compared with DM group, the HOMA-IR indexes of DME group, DMM group and DMEM group showed a downward trend.Among them, DME group and DMEM group decreased significantly (P < 0.05). (3) Compared with group C, the expression of Visfatin in DM group was significantly higher (P < 0.01); Compared with DM group, the Visfatin levels in DME group, DMM group and DMEM group showed a downward trend, especially in DMEM group, but there was no significant difference (P>0.05). Conclusions: (1) Aerobic exercise, metformin and their combination can correct the disorder of glucose and lipid metabolism and improve insulin resistance in T2DM rats to a certain extent. (2) The effect of combined intervention of aerobic exercise and metformin is better than that of single intervention.

Type 2 diabetes; Visfatin; Aerobic exercise; Metformin; Insulin resistance

G804.22

A

1007―6891（2024）01―0026―04

10.13932/j.cnki.sctykx.2024.01.06

2021-03-24

2022-04-27

国家社科基金资助项目（15BTY035）；江西省社科基金资助项目（19TY06）。

孙炎（1974-），男，博士，副教授，研究方向：体质健康，慢病的运动干预。