不同強度有氧運動對糖尿病大鼠肝臟炎癥狀態的影響

林文弢，李品芳，翁錫全

（廣州體育學院，廣東 廣州 510500）

不同強度有氧運動對糖尿病大鼠肝臟炎癥狀態的影響

林文弢，李品芳，翁錫全29

（廣州體育學院，廣東 廣州 510500）

為探討不同強度有氧運動對糖尿病大鼠肝臟炎癥狀態的影響，為糖尿病的治療提供新思路。通過高脂飼料喂養并注射鏈脲佐菌素的方法，建立SPF級雄性SD大鼠糖尿病模型，將造模成功后的43只大鼠隨機分為：糖尿病安靜對照組(DMC)10只，糖尿病運動1組(DME1)、糖尿病運動2組(DME2)、糖尿病運動3組(DME3)各11只。運動組大鼠分別在跑臺上進行10、15和20 m/min的有氧運動，1 h/d，5 d/周，持續運動6周。實驗第6周末檢測糖代謝相關指標、血清與肝臟游離脂肪酸，以及反映炎癥狀態的腫瘤壞死因子(TNF-α)，并對各指標進行 Person相關性分析。結果發現：各運動組FBG均出現極顯著性下降(P<0.01)；DME1、DME2組GSP下降具有統計學意義(P<0.05、P<0.01)；DME3組FINS的上升具有顯著性意義(P<0.05)，且DME1、DME2與DME3組間差異也存在顯著性(P<0.05)；DME1、DME2組IRI出現顯著性下降(P<0.05)，而DME3組卻顯示上升(P>0.05)，并且顯著性或極顯著性高于 DME1、DME2組(P<0.05、P<0.01)；各運動組肝臟TNF-α均出現不同程度的下降，但只有DME2組具有統計學意義(P<0.01)。經Person相關性分析，肝臟TNF-α與FPG、IRI正相關。結果說明：6周的有氧運動能夠降低糖尿病大鼠肝臟TNF-α含量，改善肝臟炎癥狀態，同時改善糖尿病大鼠的糖代謝紊亂和胰島素抵抗，緩解糖尿病的發展。其中，中等強度有氧運動干預效果較好。

運動生物化學；糖尿病；肝臟炎癥狀態；腫瘤壞死因子-α；有氧運動；大鼠

近年研究表明，糖尿病患者機體存在低度慢性炎癥[1]，糖尿病慢性并發癥與炎癥因子增加密切相關[2]。大量的流行病學資料、臨床試驗、基礎研究均證實慢性炎癥參與了糖尿病發生、發展，并認為糖尿病不僅是一種高血糖疾病，也是一種炎癥性疾病。抗炎治療成為監測、預防和治療糖尿病及其并發癥的新策略。肝臟可產生多種炎癥因子，是系統炎癥介質的靶器官。糖尿病患者肝臟會出現以 TNF-α為代表的炎癥因子的增多，導致肝臟炎癥狀態的出現。目前，關于運動抗炎作用的研究逐漸成為研究的熱點，本研究通過不同強度有氧運動對糖尿病大鼠肝臟炎癥狀態的影響，探討運動的抗炎癥作用，為糖尿病的治療提供新思路。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本實驗選取SPF級雄性SD大鼠87只，8周齡，體質量(190±15) g，購于廣東省醫學實驗動物中心，許可證號SCXK(粵)2003-2002，粵監證字2007A003。實驗大鼠分籠飼養，每籠5只，室溫保持在(23±2)℃，空氣相對濕度40%～60%，自然晝夜節律變化，大鼠飼養室保持通風。高脂飼料由廣東省醫學動物實驗中心新鮮配制(質量分數)：基礎飼料64.55%、豬油10.00%、白糖 20.00%、蛋黃粉 5.00%、膽鹽 0.20%、維生素0.05%、礦物質0.20%。

1.2 實驗方法

實驗大鼠在實驗室適應環境1周后全部使用高脂飼料喂養，至第6周末，禁食12 h，稱空腹體質重，于左下腹一次性注射20 mg/mL鏈脲佐菌素-檸檬酸緩沖液(按30 mg/kg空腹體重的劑量，30 min內注射完畢)。糖尿病大鼠造模成功的判斷標準[3]：注射鏈脲佐菌素-檸檬酸緩沖液3 d后進行尿糖定性檢測，目測尿糖連續3 d +++～++++，且第7天測試大鼠尾靜脈全血血糖，血糖值大于16.7 mmol/L(300 mg/dL)。造模成功的大鼠隨機分為 4組：糖尿病安靜對照組(DMC)10只，糖尿病運動組1組(DME1)、糖尿病運動2組(DME2)、糖尿病運動3組(DME3)各11只。運動組大鼠在跑臺上進行有氧耐力運動，根據 Bedford等[4]研究：DME1進行 10 m/min(相當于 30%VO2max)的小強度有氧運動；DME2進行15 m/min(相當于50%VO2max)的中強度有氧運動；DME3進行20 m/min(相當于70%VO2max)的大強度有氧運動。每組每周運動5 d，每天運動1 h。由于高血糖、運動等原因，最終各組大鼠采樣數量為：DMC組10只、DME1組10只、DME2組9只、DME3組10只。實驗過程中對動物處置符合動物倫理學要求。

1.3 標本采集

實驗大鼠進行6周的不同強度有氧運動干預，采樣前大鼠禁食12 h，采樣時大鼠注射質量分數為10%水合氯醛300 mg/kg，麻醉大鼠，取腹主動脈血，血樣于室溫靜置60 min后以3 500 r/min離心10 min，分離血清，EP管分裝，置-70℃冰箱中保存，待測指標。取血后，剝離出大鼠完整肝臟組織，用預冷生理鹽水洗凈血液，濾紙吸干組織表面水分，再用無菌錫泊紙包裹后置于液氮中(一部分用 OCT包埋)，保存于-70℃冰箱中。

1.4 測試指標方法

采用 GT-1640超級血糖儀測定空腹血糖(FBG)，血糖試劑條由日本京都公司提供；采用S22PC分光光度計測定糖化血清蛋白(GSP)，試劑盒由美國 ADL公司提供；采用S22PC分光光度計測定血清游離脂肪酸(FFA)，試劑盒由南京建成生物工程研究所提供；采用RT-2100C型多功能酶標儀測定胰島素(FINS)，并計算胰島素抵抗指數(IRI)，試劑盒由美國ADL公司提供。使用切割式勻漿器對肝組織進行勻漿，制成10%肝組織勻漿液；通過RT-2100C型多功能酶標儀測定肝臟TNF-α含量，試劑盒由美國 ADL公司提供；采用S22PC分光光度計測定肝臟游離脂肪酸(FFA)含量，試劑盒由南京建成生物工程研究所提供。

1.5 統計學分析

所有數據均用SPSS 15.0進行統計，計算均值±標準差，采用單因素方差分析和兩樣本均數的t檢驗進行統計處理，P<0.05為顯著性水平，P<0.01為非常顯著性水平。

2 結果及分析

2.1 運動干預6周后各組大鼠血糖、胰島素及相關指標變化

由表1可見，經過6周的運動干預，各運動組FBG均出現極顯著性下降(P<0.01)，同時 GSP也出現不同程度下降，但只有 DME1、DME2組具有統計學意義(P<0.05、P<0.01)；各運動組FINS皆有上升，但只有DME3組的上升具有顯著性意義(P<0.05)，且與DME1、DME2組間差異也存在顯著性(P<0.05)；DME1、DME2組IRI出現顯著性下降(P<0.05)，而DME3組卻顯示上升(P>0.05)，并且顯著性或極顯著性高于DME1、DME2組(P<0.05、P<0.01)。說明3種不同強度的有氧運動均能不同程度地改善DM大鼠高血糖、IR癥狀，其中中、小強度有氧運動效果較好。

表1 運動干預6周后各組大鼠血糖、胰島素及相關指標變化(±s)

表1 運動干預6周后各組大鼠血糖、胰島素及相關指標變化(±s)

與DMC組相比，1)P<0.05，2)P<0.01；與DME3組相比，3)P<0.05，4)P<0.01

組別 n/只 c(FBG)/(mmol·L-1) c(GSP)/(mmol·L-1) ρ(FINS)/(ng·mL-1) IRI DMC 10 16.66±4.76 3.62±0.49 3.42±0.54 2.48±0.60 DME1 10 10.17±5.712) 2.99±1.021) 3.94±0.353) 1.77±0.991)4) DME2 9 10.78±0.822) 2.90±0.452) 3.73±0.823) 1.79±0.421)3) DME3 10 12.03±4.432) 3.21±0.42 4.58±1.301) 2.51±1.17

2.2 運動干預6周后各組大鼠血清和肝臟FFA變化

運動干預6周后，與DMC組比較，DME1、DME2組血清FFA出現顯著性下降(P<0.05)，DME3組則出現極顯著下降(P<0.01)，DME1、DME2、DME3組肝臟FFA均有下降趨勢，但無統計學意義(P>0.05)，說明在運動干預下，FFA均有下降趨勢，肝臟FFA變化沒有血清中FFA變化明顯(見表2)。

2.3 運動干預6周后各組大鼠肝臟TNF-α變化

實驗結果顯示，運動干預 6周后各運動組肝臟TNF-α均出現不同程度的下降，但只有DME2組的下降具有統計學意義(P<0.01)。

2.4 相關性分析

表3 大鼠肝臟TNF-α、NF-κB與其他指標相關性分析

經Person相關性分析，肝臟TNF-α與FPG、GSP、IRI、血清FFA正相關關系(見表3)。

表2 運動干預6周后各組大鼠血清和肝臟FFA變化(±s) mmol/L

表2 運動干預6周后各組大鼠血清和肝臟FFA變化(±s) mmol/L

與DMC組相比，1) P<0.05，2) P<0.01

組別 n/只 血清FFA 肝臟FFA DMC 10 838.11±157.48 191.90±56.48 DME1 10 607.42±132.791) 191.81±40.04 DME2 9 617.82±174.721) 186.50±84.86 DME3 10 557.93±200.552) 176.76±44.97

3 討論

糖尿病的病因與發病機制尚未完全闡明。糖尿病的“并發癥”可遍及全身多個器官，不同患者可能出現各種不同的組合，形成了一個非常龐大且機理復雜的疾病構成[5]。肝臟是糖、脂代謝的重要器官，同時肝臟可產生多種炎癥因子，是系統炎癥介質的靶器官。大量研究發現，糖尿病患者肝臟會出現以 TNF-α為代表的炎癥因子的增多，導致肝臟炎癥狀態的出現。

TNF-α在許多炎癥反應中都有他們的活化和表達，是機體炎癥和免疫損傷的重要炎癥因子。TNF-α與IR和β細胞損傷關系密切，參與了糖尿病的發生和發展。許多研究發現糖尿病患者或糖尿病動物模型TNF-α水平出現異常變化，并認為TNF-α可能在糖尿病發病和IR過程中起著重要的作用[6]。TNF-α通過多種途徑導致糖尿病的發生[7]：(1)直接作用于胰島β細胞，生成環磷酸鳥苷，損傷細胞DNA；(2)與其他細胞因子協同作用，誘導NO的形成，并抑制葡萄糖誘導的胰島素分泌；(3)抑制胰島素受體和胰島素受體底物 1(IRS-1)的酪氨酸殘基磷酸化，影響胰島素信號傳導；(4)抑制葡萄糖轉運因子4(GLUT4)基因轉錄，并使GLUT4 mRNA降解加速；(5)激活IKK，進而促進TNF-α轉錄，形成低度炎癥的正反饋環，加重IR；(6)TNF-α降低PPARγ的mRNA的表達，減少PPARγ的產生；(6)抑制其他脂肪細胞因子如脂聯素的合成及增加FFA的釋放等。

本研究也顯示，6周的不同強度有氧運動后糖尿病大鼠“三多一少”癥狀均有所減輕，糖、脂代謝紊亂現象有所改善。關于運動與 TNF-α的關系，前人已有大量的研究。盡管一直認為 TNF-α是急性期反應的主要誘發因子，但目前大量的實驗結果表明運動后即刻 TNF-α外周循環濃度無變化或變化很小，反而出現延遲性增加。一些研究在運動后檢測不到TNF-α，另外一些報道運動后 TNF-α濃度升高[8-9]。采用RT-PCR法測定7名男性受試者進行最大跑臺運動應激實驗后外周末梢血中直系 TNF-α的基因表達水平顯著下降[10]，這與以前在血清水平或離體實驗中觀察到的結果相反。8周步行鍛煉使口服普伐他汀藥物期的血脂異?；颊哌\動后血清TNF-α水平顯著降低[11]。目前有關運動對TNF-α的影響的研究結果尚不一致，存在較大的爭議，這可能與各研究所選用的實驗對象、運動強度、持續時間和運動形式不同有關。

根據“炎癥學說”理論，“抗炎治療”已經成為防治糖尿病及其并發癥的新思路[7]。目前，在國外，學者們已開始認可運動的抗炎癥作用。然而，在國內文獻中，還極少看到運動具有抗炎癥反應的提法和文獻研究[12]。在探討運動的抗炎癥反應作用時，TNF-α被認為是和抗炎反應密切相關的細胞因子，運動很有可能是通過抑制 TNF-α產生而發揮抗炎癥作用的[12]。本研究的實驗對象為高脂合并 STZ誘導產生的糖尿病大鼠，通過6周的有氧運動鍛煉后，運動組大鼠肝臟TNF-α濃度均出現了不同程度的下降，肝臟的炎癥狀態有所改善。從抗炎癥的效果來看，只有糖尿病運動2組TNF-α的下降具有統計學意義(P<0.01)，說明中等強度的有氧運動改善DM大鼠肝臟炎癥狀態的效果較好。

目前，關于運動抗炎機制，研究最多的就是TNF-α和IL-6[12]。但是在炎癥反應過程中，介導炎癥的細胞因子有很多種，如IL-6、IL-1、TNF-α、CRP、纖維蛋白原、PAI-1、細胞間黏附因子等。不同細胞因子對運動的反應結果不一致，說明運動抗炎癥作用的機制目前還不清楚，有待于進一步的研究。

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Effect of different intensity exercise to liver inflammatory state of rats with diabetic mellitus

LIN Wen-tao，LI Pin-fang，WENG Xi-quan
（Guangzhou Sport University，Guangzhou 510500，China）

This study is to discuss the anti-inflammatory effect of different intensity exercise, providing new ideas for the treatment of diabetes. Rat model of diabetes were established by high-fat diet with low-dose streptozotocin intraperitoneally injected, and randomly divided into diabetes control group (DMC), and 3 exercising groups (DME1, DME2, DME3). After adapting to treadmill exercise, exercise groups underwent treadmill training at the speed of 10 m/min (DME1)、15 m/min(DME2）and 25 m/min(DME3), 1 h/d, 5 d/week, continuous training for 6 weeks. After 6 weeks, the histopathologic changes of livers were evaluated.the serum ALT, AST, the liver NF-κB content were tested. Results: The exercise group FBG were significant decrease (P<0.01); DME1, DME2group of GSP decreased significantly (P<0.05, P<0.01); FINS was increase significantly in DME3Group (P<0.05), and DME1, DME2and DME3group there was significant difference (P<0.05); DME1, DME2group IRI were decreased (P<0.05), while the DME3groups was increased significantly (P>0.05), and significantly than DME1, DME2group (P<0.05, P<0.01); the exercise group suffered from hepatic TNF-α decreased to different extent, but only DME2group was decrease significantly (P<0.01). The Person correlation analysis, liver TNF-α and FPG, IRI is related.Conclusion: Medium-intensity exercise may be better to control blood glucose levels of diabetes and decrease the levels of TNF-α in the liver, thereby improving the status of inflammation in the liver of diabetes, and it is better to prevent and treat diabetic osteoporosis, but its mechanism remains to be further studied.

exercise biochemistry；diabetes mellitus；liver inflammatory state；TNF-α；treadmill exercise；rats

G804.7

A

1006-7116(2011)03-0136-04

2010-12-09

廣東省自然科學基金項目(9151008901000079)。

林文弢（1957 -），男，教授，碩士研究生導師，研究方向：運動生物化學。