中等強度運動對2型糖尿病小鼠血糖及部分免疫指標的影響

高瀾 李心璇 范欣雨

作者單位：310058 浙江大學醫學院公共衛生系

當前糖尿病在全球范圍內已成為人類健康首要威脅之一。截至2021 年，全球大約有5.37 億20～79 歲成年人患有糖尿病，我國糖尿病患者已達1.409 億，居世界首位［1］。2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）是以β 細胞功能障礙、胰島素抵抗為特征的代謝性疾?。?］，慢性炎癥在驅動胰島素抵抗和2 型糖尿病發病中起關鍵作用［3］。近年來研究發現Th17 細胞、Treg 細胞及相關細胞因子與T2DM 發病有關［4］。Th17 細胞和Treg細胞是CD4+T 細胞亞群，在獲得性免疫中起重要作用。Th17 細胞促進炎癥發展［5］，而Treg 細胞可抑制過強的免疫反應［6］。研究表明，合適強度的運動有利于改善Treg/Th17 比例失衡［7］。考慮到高強度運動對免疫功能可能的抑制作用，本研究選取中等強度運動作為干預方式。目前運動對糖尿病Treg、Th17 細胞失衡的影響尚未見報道。本研究擬通過檢測中等強度運動對糖尿病小鼠血糖、體重、胸腺系數、脾系數、Treg/Th17 細胞比值的影響，探討運動對糖尿病血糖的影響及可能機制。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 db/db 小鼠是Leptin 受體點突變小鼠，出生后6 周出現明顯肥胖和高血糖癥狀，常用作2 型糖尿病研究模型［8］。野生型小鼠20 只［7 周齡，雄性，體重（21.63±2.72）g，血糖（8.34±1.71）mmol/L）］、db/db 小鼠16 只［7 周齡，雄性，體重（43.60±4.54）g，血糖（27.97±5.72）mmol/L）］，購自江蘇集萃藥康生物科技股份有限公司。

1.2 實驗器材及試劑 GA-3 型血糖儀及試紙，購自三諾生物傳感股份有限公司；cytoFLEX LX 流式細胞儀，購自Beckman Coulter 國際貿易（上海）有限公司、；ZH-PT 型動物實驗跑臺；小鼠Th17 染色試劑盒、Treg細胞染色試劑盒，購自杭州聯科生物技術股份有限公司；4%甲醛固定液、1%戊巴比妥鈉麻醉藥、PBS 灌流液。

1.3 實驗方法 （1）動物分組：野生型小鼠與db/db 小鼠隨機分為四組，分別為野生型小鼠非運動（WT）組10 只和野生型小鼠運動（WTE）組10 只、db/db 小鼠非運動（DM）組8 只、db/db 小鼠運動（DME）組8 只。運動干預期間，野生型小鼠運動組、db/db 小鼠非運動組、db/db 小鼠運動組分別死亡2 只、3 只、1 只。（2）中等運動強度的確定及運動干預：以5 m/min 為初始跑步速度，每3 min 增加1 m/min。各組小鼠以相同速度奔跑至少10 min 且無法以更高速度奔跑，視作達到最大運動速度。取最大運動速度測量值60%，結合文獻及小鼠運動實際情況，確定中等運動強度為12 m/min，坡度0°，每次共運動45 min（期間休息三次，每次5 min）。小鼠適應跑臺一周后，進行為期5 周，每周5次的正式運動干預。（3）小鼠體重及餐后血糖測定：每周進行一次小鼠體重及餐后血糖測定。按摩小鼠尾靜脈，75%乙醇消毒，待干后剪尾尖采血1 滴于血糖試紙上。使用GA-2 型快速血糖儀檢測末梢靜脈全血中葡萄糖濃度。（4）胸腺指數與脾系數測定：實驗結束后，稱取四組小鼠體重，皮下1%戊巴比妥麻醉后手術。打開胸腔，心尖插入導管針頭進行灌流。取出并稱量胸腺及脾臟重量，計算胸腺系數及脾系數。

（5）脾組織單細胞懸液制備3 mL DMEM 培養基中加入3 mg 木瓜蛋白酶、3 mg 膠原酶、10U DNA 水解酶。脾組織剪碎后置于37℃恒溫消化15 min，吹打細胞使充分混合。重復上述步驟3 次，至無肉眼可見的組織塊。通過200 目尼龍網過濾后置于離心管中，2,000 rpm 離心5 min，棄上清液。加入含10%胎牛血清PBS 2 mL，2,000 rpm 離心5 min，棄上清液；加入1 mL PBS 培養液，吹打細胞至單細胞懸液。（6）Treg 細胞染色及百分比檢測：流式管中加入1～10×106脾細胞、5μL Anti-Mouse CD4，FITC 和5μL Anti-Mouse CD25，APC。渦旋震蕩混勻，室溫避光孵育15 min。每管加入2 mL 1×FCM Lysing Solution 工作液，渦旋震蕩混勻，室溫避光孵育15 min。室溫300～400×g 離心5 min 棄上清。每管加入2 mL 1×Flow Cytometry Staining Buffer，渦旋震蕩混勻。室溫300～400×g 離心5 min，棄上清。每管加入1 mL Fixation/Permeabilization 工作液，渦旋震蕩混勻。室溫避光孵育30～60 min。每管加入2 mL 1×Permeabilization Buffer。室溫300～400×g 離心5 min，棄上清。100μL 1×Permeabilization Buffer 重懸沉淀。加入5μL Anti-Mouse Foxp3，震蕩混勻，室溫避光孵育至少30 min。每管加入2 mL 1×Permeabilization Buffer，室溫300～400×g離心5 min，棄上清。每管加入500 μL 1×Flow Cytometry Staining Buffer 重懸，使用流式細胞儀檢測Treg 細胞比例。（7）Th17 細胞染色及百分比檢測：流式管中加入100μL 細胞懸液，加入5μL Anti-Mouse CD3ε，FITC和5μL Anti-Mouse CD4，PerCP-Cy5.5。震蕩混勻，室溫避光孵育15 min。每管加入100μL FIX ＆ PERM Medium A，震蕩混勻，室溫避光孵育15 min。每管加入2 mL預冷1× Flow Cytometry Staining Buffer，300×g 離心5 min，棄上清。每管加入100μL FIX ＆ PERM Medium B 和5 μlAnti-Mouse IL-17A，PE。震蕩混勻，室溫避光孵15 min。每管加入2 mL 1×Flow Cytometry Staining Buffer，300×g 離心5 min，棄上清。每管加入500μL 1×Flow Cytometry Staining Buffer 重懸，使用流式細胞儀檢測Th17 細胞。

1.4 統計學方法 采用IBM SPSS 26.0 統計軟件。計量資料符合正態分布以（±s）表示，不符合正態分布以［M（P25，P75）］表示，多組數據比較采用單因素方差分析，涉及兩個因素采用雙因素方差分析。以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 中等強度運動對db/db 小鼠體重與血糖的影響 db/db 小鼠各時間點餐后血糖均顯著高于野生型小鼠。與運動干預前相比，運動后野生型小鼠血糖（6.92±1.29 mmol/LVS. 7.25±0.77 mmol/L，P＞0.05）和體重（24.59±2.19 gVS. 22.51±2.48 g，P＞0.05）均無顯著變化，而db/db 小鼠血糖（17.37±3.50 mmol/LVS.28.71±3.69 mmol/L，P＜0.01）和體重（38.26±6.33 gVS.46.31±3.90 g，P＜0.01）均顯著下降。

2.2 中等強度運動對胸腺系數的影響 db/db 小鼠非運動組胸腺系數顯著小于野生型小鼠非運動組（1.40±0.32VS. 1.92±0.30，P＜0.01）。與運動干預前相比，運動后野生型小鼠（1.93±0.40VS. 1.92±0.30，P＞0.05）、db/db 小鼠（1.55±0.45VS. 1.40±0.32，P＞0.05）胸腺系數均增高，但無統計學差異，見圖1。

圖1 胸腺系數

2.3 中等強度運動對脾系數的影響 db/db 小鼠非運動組脾系數顯著小于野生型小鼠非運動組（1.89±0.41VS. 4.15±0.39，P＜0.01）。與運動干預前相比，運動后野生型小鼠（3.55±0.42VS. 4.15±0.39，P＞0.05）、db/db 小鼠（1.81±0.33VS. 1.89±0.41，P＞0.05）脾系數差異無統計學意義，見圖2。

圖2 脾系數

2.4 中等強度運動對db/db 小鼠Treg/Th17 細胞比值的影響 與野生型小鼠非運動組相比，db/db 小鼠非運動組Treg 細胞（7.27%±1.59%VS. 8.44%±2.64%，P＞0.05）、Th17 細胞（2.19%±1.59%VS. 2.40%±1.50%，P＞0.05） 百 分 比、Treg/Th17 細 胞 比 值（2.99±1.34VS. 4.13±2.73，P＞0.05） 差異無統計學意義。運動干預后，db/db 小鼠Th17 細胞百分比（1.48%±0.76%VS. 2.19%±1.59%，P＞0.05），Treg 細胞百分比（7.91%±0.76%VS.7.27%±1.59%，P＞0.05），db/db小鼠運動組Treg/Th17 細胞比值與非運動組小鼠比（4.79±2.29VS. 2.99±1.34，P＞0.05），差異無統計學意義。見圖3。

圖3 Treg/Th17細胞比值

3 討論

2 型糖尿病是一種代謝性疾病，其病理機制包括胰島β 細胞功能障礙和胰島素抵抗［2］。慢性炎癥在驅動胰島素抵抗（insulin resistance，IR）和導致2 型糖尿病中起關鍵作用［3］。T 細胞調控在IR 的發病機制及其相關疾病之間存在聯系。Th17 和Treg 是CD4+T 細胞的亞群，負責獲得性免疫［9］，IL-6 通過與TGF-β 的協同誘導Th17 細胞分化［10］，Th17 細胞通過分泌IL-17A/F、IL-22、IL-21、TNF-α 和其他炎癥相關細胞因子而導致炎癥和許多自身免疫性疾病包括T2DM 的發生［11］；而Treg 細胞具有免疫負性調節功能，在維持免疫穩態和耐受中發揮關鍵作用［12］。T2DM 患者的Th17 細胞百分比、IL-17 水平顯著升高，Treg 細胞百分比、Treg/Th17 比值顯著下降［13］，IL-17 降低糖耐量和胰島素敏感度［14］。Th17 細胞、Treg 細胞失衡及其對胰島β 細胞和相關組織的炎癥作用促使T2DM 的發生發展［15］。

合適強度的運動有利于改善Treg/Th17 比例失衡，研究發現高強度游泳6 周后自身免疫性腦脊髓炎小鼠模型（EAE）中樞神經系統Th1 和Th17 細胞減少，IFN-γ 和IL-17 降低，Treg 細胞增加，IL-10 和TGF-β升高。

本研究觀察了中等強度運動對db/db 小鼠血糖、體重及免疫系統的影響，發現中等強度運動可顯著降低db/db 小鼠餐后血糖；運動后db/db 小鼠體重亦有顯著下降。本研究顯示，運動干預前db/db 小鼠胸腺系數、脾指數均小于正常小鼠，與正常小鼠相比，db/db 小鼠Treg 細胞、Th17 細胞百分比降低，Treg/Th17 比值降低，出現Treg 與Th17 比例失調，提示T2DM 小鼠免疫系統異常。雖然沒有統計學意義，但運動干預后db/db 小鼠胸腺系數有上升趨勢；運動干預后db/db 小鼠Treg/Th17比值有明顯增高、接近正常小鼠趨勢，而正常小鼠運動干預前后Treg/Th17 比值無明顯變化研究結果提示中等強度運動調節糖尿病小鼠Treg/Th17 比值失衡、抑制炎癥反應可能是其預防、治療糖尿病的機理之一。