運動結合低氧對胰島素抵抗大鼠血清TNF-α和脂聯素的影響

范錦勤 翁錫全 林文弢

(1韶關學院體育學院，廣東 韶關 512005；2廣州體育學院)

慢性非傳染性疾病(CNCDs)已經成為我國居民死亡的頭號殺手，社會老齡化、城鎮化加劇、飲食習慣不當、不良的生活方式及運動減少等多方面因素綜合起來造成了慢性病致死呈現井噴狀態〔1,2〕。身體活動不足和高鹽、高脂等不健康飲食是我國居民慢性病發生、發展的主要行為危險因素〔3〕。胰島素抵抗是眾多CNCDs滋生的“共同土壤”，而隨著肥胖因素在致CNCDs的重要作用被逐漸深入認識，脂肪組織的內分泌功能紊亂在胰島素抵抗中所起的作用也受到了關注。脂肪組織可分泌多種脂肪因子，包括白細胞介素-6、腫瘤壞死因子(TNF)-α、脂聯素、瘦素及抵抗素等，它們在調節機體胰島素敏感性和能量代謝方面發揮重要作用。有研究表明低氧刺激可促進機體脂肪分解，調節脂代謝〔4,5〕，而規律的有氧運動可改善脂代謝和提高組織對胰島素的敏感性已得到肯定，但低氧暴露結合運動刺激對胰島素抵抗機體的脂肪因子影響的報道還較為鮮見。現擬用高脂膳食誘導建立胰島素抵抗大鼠模型，隨后采用有氧運動結合間歇低氧暴露的干預措施，觀察、分析大鼠體成分、血清 TNF-α和脂聯素的變化，為胰島素抵抗的預防、改善和治療提供數據參考。

1 材料與方法

1.1實驗對象與干預方案

1.1.1胰島素抵抗大鼠模型建立 6周齡健康SD雄性大鼠92只(購自南方醫科大學動物中心，粵監證字：2006A064)，體重為(170.80±7.18)g，分籠飼養，保持室溫約25℃，相對濕度約55%，自然晝夜節律光照，更換墊料2～3次/w，適應環境1 w后開始大鼠建模。

參考潘哲浩等〔6〕的動物造模方法和判定標準，將大鼠分為對照組(28只，噬齒類動物標準飼料喂養)和建模組(64只，高脂飼料喂養，高脂飼料成分為：基礎飼料59.4%、糖20%、豬油15%、蛋黃粉5%、礦物質0.25%、膽鹽0.2%、氯化膽堿0.15%)，均自由攝食飲水，記錄每日每籠攝食量和每周日稱大鼠體重。第6周末，各從兩組中隨機抽取8只大鼠，禁食12 h后，測量大鼠空腹血糖和空腹胰島素，隨后以2 g/(kg體重)的劑量標準進行糖耐量試驗，并按照相關公式來計算胰島素敏感指數和胰島素抵抗指數〔7〕。發現第6周時，模型組大鼠的各項指標與對照組相比，均有顯著性差異(P<0.05)，提示胰島素抵抗大鼠造模成功。

1.1.2動物分組和干預方案 隨機選取造模成功的大鼠48只，并隨機分組進行為期4 w的運動和(或)間歇低氧干預。高脂膳食常氧安靜組(HNC組)12只，采用高脂膳食，常氧飼養，不進行運動和低氧干預；高脂膳食低氧安靜組(HHC組)12只，采用高脂膳食，每天4 h低氧刺激(O2濃度為14.5%)，其余時間常氧下飼養；高脂膳食常氧運動組(HNE組)12只，采用高脂膳食，每天跑臺運動1 h(速度為25 m/min，5 d/w)，常氧條件下飼養和運動；高脂膳食間歇低氧運動組(HHE組)12只，采用高脂膳食，每天4 h低氧刺激(O2濃度為14.5%)，且常氧下跑臺運動1 h(速度為25 m/min，5 d/w)。

1.2樣品采集 在末次運動干預后24 h取材，期間所有大鼠經12 h禁食，用10%水合氯醛按300 mg/(kg體重)劑量行腹腔注射麻醉，腹主動脈采血，室溫靜置60 min后以3 500 r/min離心15 min，分離血清后將其移至-70℃冰箱中保存待測。取血后，剝離出完整附睪脂肪墊、腎周脂肪墊、股四頭肌、腓腸肌，用預冷生理鹽水洗凈血液，濾紙吸干組織表面水分后稱重。

1.3指標測試 用電子天平分別稱量大鼠的體重、腎周脂肪、附睪脂肪、股四頭肌和腓腸肌質量(精確至0.1 g)，并計算脂肪總質量與肌肉總質量比值。TNF-α和脂聯素的酶聯免疫吸附試驗(ELISA)試劑盒購自美國ADL公司，測試儀器為RT-2100C型多功能酶標儀。指標均由實驗室專業技術人員檢測，操作步驟嚴格依據試劑盒說明書進行。

1.4數據分析 采用 SPSS17.0軟件進行單因素方差分析檢驗。

2 結 果

干預4 w后，各組大鼠的體重均有增加，與HNC組比較，其余3組體重增長較少(P<0.05或P<0.01)，且表現為HHE組

表1 各組干預后體重增長、脂肪/肌肉比值及血清TNF-α、脂聯素比較

3 討 論

有研究證實〔9,10〕，低氧刺激可改善大鼠的胰島素敏感性，提高其血清和骨骼肌的抗氧化能力。Yin等〔5〕的研究表明，低氧暴露可抑制脂肪組織中的胰島素信號途徑，使葡萄糖的攝取和利用減少，調節體脂。李旭武等〔8〕采用每天4 h的14.5%O2暴露結合每天1 h的25 m/min 的跑臺運動干預，發現4 w干預可使胰島素抵抗大鼠的體重、腎周脂肪重量、附睪脂肪重量及血清的脂代謝指標下降(P均<0.05)。

本研究結果提示，單純的低氧暴露或有氧運動刺激，即可改變胰島素抵抗大鼠在高脂飲食下的體重增長速度，改變機體脂肪與肌肉的比例，而單一的有氧運動刺激較單純的低氧暴露刺激在降低體重增長和改善脂肪/肌肉比值方面更具效果。如將這兩種手段結合，則起到了效果疊加的作用，這與相關研究成果一致〔5,8,10〕，可能是與有氧運動更多地動用了脂肪分解供能，而低氧暴露又可促進脂肪分解，兩者共同減少了胰島素抵抗大鼠的體脂有關。

有研究〔11〕發現，TNF-α和脂聯素均可由脂肪細胞分泌，且化學結構相似，共用一個信號通道，均參與了機體胰島素抵抗的發生發展過程，但發揮的生物學作用卻截然相反。蔡文博等〔12〕認為，胎盤中的TNF-α高表達和脂聯素低表達參與了妊娠期糖尿病的發生、發展過程。兩者在胰島素抵抗過程中的相互作用是當今研究的熱點。

TNF-α是肥胖相關2型糖尿病中胰島素抵抗發生的中心環節。 Stanley等〔13〕的研究發現，給予TNF-α 拮抗劑依那西普后，肥胖的2 型糖尿病患者出現了血糖下降、脂聯素水平升高的現象。Kern等〔14〕的研究證實了胰島素敏感指數與TNF-α濃度呈負相關。研究表明〔15〕，運動訓練通過降低體脂來減少TNF-α含量，增強外周組織的胰島素敏感性。本研究中血清TNF-α含量的變化趨勢與胰島素抵抗大鼠的體重及脂肪/肌肉比值的變化趨勢是一致的，提示著4 w低氧暴露或4 w有氧運動干預均降低了胰島素抵抗大鼠血清TNF-α含量，估計這與兩種干預手段均可增強胰島素抵抗大鼠的脂肪代謝，降低了大鼠的體脂有關。

脂聯素是一種由脂肪組織產生的特異性激素〔16〕，Mangge等〔17〕報道，內臟脂肪的堆積可產生抑制脂聯素生成的因子，導致胰島素敏感性下降、血壓升高和動脈粥樣硬化等。有研究〔18〕提出，脂聯素通過活化單磷酸腺苷(AMP)蛋白激酶，進而刺激葡萄糖利用和脂肪酸氧化，降低三酰甘油(TG)濃度，從而增強胰島素敏感性。底愛芳〔19〕采用負重游泳的干預手段，發現10 w中等強度的游泳運動可顯著提高高脂飲食大鼠脂肪組織脂聯素的表達水平，降低了高脂飲食對大鼠機體的傷害。這與長期的運動鍛煉可提高脂聯素受體的基因表達有一定關系〔20〕。本研究結果說明4 w的有氧運動或低氧暴露都能升高血清脂聯素，改善機體的胰島素抵抗狀況，且兩種干預手段對脂聯素的影響不存在差異。

有研究〔21〕指出胰島素信號轉導的調節與TNF-α密切相關，其本質是和脂質代謝及脂肪生成相關。這是因為TNF-α可通過刺激脂聯素轉錄的抑制因子胰島素樣生長因子結合蛋白3的表達間接而抑制了脂聯素的表達〔22〕；其還可通過蛋白激酶C信號途徑抑制脂聯素基因的表達〔23〕。夏書宇〔24〕的研究提示跑臺運動可能通過氧化酶體增殖物激活受體(PPAR)γ/脂聯素/TNF-α發揮了防治高脂飲食大鼠脂肪積累的作用。本實驗中，胰島素抵抗大鼠血清TNF-α和脂聯素的變化趨勢與之前的研究〔22〕相一致，且與大鼠在4 w干預中的體重增長和脂肪/肌肉比值的變化具有同步性，估計這與低氧暴露和有氧運動均降低了胰島素抵抗大鼠的體脂比例有關〔8〕。