基于PPAR-α/PGC-1α途徑探討低氧減重對(duì)肥胖大鼠能量代謝的影響

郜 琨， 楊歷新

(青海省人民醫(yī)院， 青海 西寧 810000)

由于現(xiàn)代人們高脂高糖的飲食習(xí)慣，肥胖已經(jīng)成為一種普遍高發(fā)的營(yíng)養(yǎng)代謝性疾病，給現(xiàn)代人們的健康帶來(lái)極大的隱患。有研究報(bào)道：居住于高海拔地區(qū)的人群體內(nèi)脂肪比例低于平原地區(qū)居住的人群，因此，低氧療法逐漸成為一種預(yù)防、治療肥胖疾病的方法。可通過抑制食欲，增加基礎(chǔ)代謝率和脂肪氧化，并盡量減少副作用[1]。運(yùn)動(dòng)可有效降低血脂、血糖，對(duì)于肥胖疾病作用極佳，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)低氧環(huán)境因素可有效增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)提高能量消耗的作用效果[2]。因此，低氧結(jié)合運(yùn)動(dòng)在減肥降脂方面效果顯著。骨骼肌是機(jī)體能量代謝的重要場(chǎng)所，也是主要的耗能組織之一。PGC-1α在骨骼肌分布廣泛，有研究顯示：活化的PGC-1α可增強(qiáng)線粒體活動(dòng)，促進(jìn)脂肪酸的氧化[3,4]。PPAR-α是一種脂質(zhì)調(diào)節(jié)因子，可以促進(jìn)脂肪細(xì)胞分解、參與脂質(zhì)能量代謝，對(duì)于肥胖、高血壓等疾病的發(fā)生具有重要作用[5]。在本研究中，通過高脂膳食建立肥胖大鼠模型，觀察低氧配合耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖大鼠能量代謝以及PPAR-α、PGC-1α蛋白表達(dá)的影響，探討低氧運(yùn)動(dòng)在肥胖大鼠能量代謝中的作用機(jī)制。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)動(dòng)物:SD大鼠80只，SPF級(jí)，雄性，體重220～250g，購(gòu)于湖南斯萊克動(dòng)物實(shí)驗(yàn)公司，生產(chǎn)許可證號(hào)：SCXK(湘)2019-0005，飼養(yǎng)環(huán)境：溫度22～24℃，濕度40%～55%，5只/籠，自由飲食。

1.2試劑及儀器:JM-A20001電子稱(北京金科利達(dá)電子科技有限公司)；低氧分壓系統(tǒng)(美國(guó)Hypoxico公司)，TSE動(dòng)物代謝測(cè)量分析系統(tǒng)(德國(guó)PROCESS CONTROL公司)，半自動(dòng)生化儀(南京建成科技有限公司)，PGC-1α 、PPAR-α、GAPDH抗體(英國(guó) Abcam 公司)。

1.3營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠模型復(fù)制:大鼠隨機(jī)分為普通膳食對(duì)照組(10只)、高脂膳食模型組(70只)，普通膳食為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動(dòng)物干燥飼料；高脂膳食：基礎(chǔ)飼料52.2%，豬油15%，蔗糖20%，酪蛋白10%，膽固醇1.2%，膽酸鈉0.2%，石粉0.4%，磷酸氫鈣0.6%，預(yù)混料0.4%，高脂膳食供能比：碳水化物45.5%，脂肪37%，蛋白質(zhì)17.5%。持續(xù)性喂養(yǎng)7周后，取對(duì)照組及模型組大鼠各10只，稱量體重，測(cè)定血糖、血脂，評(píng)價(jià)造模效果。根據(jù)肥胖易感模型篩選規(guī)律，高脂膳食組大鼠的體重超過普通膳食組大鼠體重的20%作為營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠[6,7]。

1.4動(dòng)物分組及低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù):隨機(jī)取建模成功的肥胖大鼠60只，分為常氧安靜組(A)、常氧運(yùn)動(dòng)組(AE)、16.3%低氧安靜組(B)、16.3%低氧運(yùn)動(dòng)組(BE)、13.3%低氧安靜組(C)、13.3%低氧運(yùn)動(dòng)組(CE)，每組10只；繼續(xù)進(jìn)行高脂膳食飼養(yǎng)，運(yùn)動(dòng)組適應(yīng)1周后，進(jìn)行跑臺(tái)耐力訓(xùn)練，20m/min、40min/d、5d/周、跑臺(tái)坡度為0；低氧組采用低氧分壓系統(tǒng)構(gòu)建人工常壓低氧環(huán)境，持續(xù)干預(yù)8周。

1.5稱量大鼠體重:在相同的時(shí)間點(diǎn)(每周3下午)稱量大鼠體重并記錄。

1.6采用大鼠代謝系統(tǒng)測(cè)大鼠運(yùn)動(dòng)后即刻狀態(tài)吸氧量和能量消耗:采用TSE動(dòng)物代謝測(cè)量分析系統(tǒng)測(cè)定大鼠干預(yù)后即刻吸氧量和能量消耗，實(shí)驗(yàn)前測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性，測(cè)試方法：每日大鼠運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，立即將其放回呼吸室內(nèi)，固定儀將大鼠固定后進(jìn)行測(cè)定，采集9、18、27、36、45、54min數(shù)據(jù)，選擇第2個(gè)9min為運(yùn)動(dòng)即刻吸氧量。儀器主要參數(shù)為：FlowSamp 0.72mL/L，Ref O2：20.92%～20.93%，Ref CO2：0.054%～0.055%。代謝實(shí)驗(yàn)室條件：溫度：20℃±2℃、濕度：50%～70%，保持安靜狀態(tài)。

1.7檢測(cè)血糖(BG)濃度和血脂(TC、LDL-C、TG):京都血糖儀測(cè)定血糖含量；半自動(dòng)生化儀測(cè)定血脂四項(xiàng)。

1.8Western blotting 法PPAR-α、PGC-1α的表達(dá):取腓腸肌100mg，加入適量RIPA裂解液，使用玻璃勻漿器充分研磨裂解；4℃，12000r/min離心10min，取上清液，BCA蛋白試劑盒測(cè)定蛋白質(zhì)濃度，取少量蛋白質(zhì)，配制成上樣緩沖液，電泳、轉(zhuǎn)膜、封閉、加入一抗PGC-1α(1∶1000)、PPAR-α(1∶1000)、GAPDH(1∶1000)；4℃孵育過夜，TBST洗滌，加入HRP標(biāo)記二抗(山羊抗兔IgG/HRP：1∶3000)，室溫孵育2h，TBST洗滌，用ECL化學(xué)發(fā)光試劑顯色后，化學(xué)發(fā)光儀成像。以相應(yīng)的GAPDH作為內(nèi)參，計(jì)算各目標(biāo)條帶的灰度值。

2 結(jié) 果

2.1高脂誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)性肥胖模型構(gòu)建成功:7周高脂膳食飼養(yǎng)后，模型組大鼠體重、體長(zhǎng)、Lee's指數(shù)均顯著增加(P<0.01，P<0.05)；BG、TG、TC、LDL-C含量均顯著增加(P<0.01)，差異具有顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明高脂膳食誘導(dǎo)的營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠模型建立成功。見表1、表2。

表1 兩組大鼠體重體長(zhǎng)Lee's指數(shù)比較

表2 兩組大鼠血脂及血糖比較(mmoL/L)

2.2低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠體重的影響:與A組比較，AE、BE、C、CE組大鼠的體重增長(zhǎng)明顯受到抑制，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)；與AE組比較，BE、CE組大鼠體重增長(zhǎng)明顯受到抑制，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,<0.01)。見表3、圖1。

圖1 低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖大鼠體重的影響

表3 低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖大鼠體重的影響

2.3低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗氧量的影響:與A組比較，AE、B、BE、C、CE組大鼠的運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗氧量均出現(xiàn)增加趨勢(shì)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)；與AE組比較，B、BE、C、CE組大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗氧量出現(xiàn)增加趨勢(shì)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)。在8周的干預(yù)過程中，每個(gè)組別肥胖大鼠伴隨周齡的增加，運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗氧量表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，但干預(yù)各組均能提高運(yùn)動(dòng)后即刻耗氧量水平從而抑制其降低。見表4、圖2。

表4 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗氧量的影響

圖2 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗氧量的影響

2.4低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)肌肉耗氧量的影響：與A組比較，AE、B、BE、C、CE組大鼠的運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)肌肉耗氧量均出現(xiàn)增加趨勢(shì)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)；與AE組比較，BE、C、CE組大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗氧量出現(xiàn)增加趨勢(shì)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)，在8周的干預(yù)過程中，每個(gè)組別的肥胖大鼠伴隨周齡的增加，運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)肌肉耗氧量表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，但干預(yù)各組均能提高運(yùn)動(dòng)后即刻耗氧量的水平從而抑制其降低。見表5、圖3。

圖3 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)肌肉耗氧量的影響

表5 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)肌肉耗氧量的影響

2.5低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗能的影響：與A組比較，AE、BE、C、CE組大鼠的運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗能出現(xiàn)增加趨勢(shì)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)；與AE組比較，CE組大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗能出現(xiàn)增加趨勢(shì)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)。在8周的干預(yù)過程中，每個(gè)組別的肥胖大鼠伴隨周齡的增加，運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗能表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，但干預(yù)各組均能提高運(yùn)動(dòng)后即刻耗能量的水平從而抑制其降低。見表6、圖4。

表6 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗能的影響

圖4 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗能的影響

2.6低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)肌肉耗能的影響：與A組比較，B、BE、C、CE組大鼠的運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)肌肉耗能出現(xiàn)增加趨勢(shì)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)；與AE組比較，CE組大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗能出現(xiàn)增加趨勢(shì)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)。B、BE、C組運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗能在6W、7W出現(xiàn)下降，1W、2W、3W、4W、5W、8W為增加趨勢(shì)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)；在8周的干預(yù)過程中，每個(gè)組別的肥胖大鼠伴隨周齡的增加，運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)總耗能表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，但干預(yù)各組均能提高運(yùn)動(dòng)后即刻耗能量的水平從而抑制其降低。見表7、圖5。

表7 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)肌肉耗能的影響

圖5 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠運(yùn)動(dòng)即刻狀態(tài)肌肉耗能的影響

2.7低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠血脂血糖的影響：與A組大鼠比較，AE、BE、C、CE組大鼠TC、TG、LDL-C、血糖明顯降低(P<0.05或P<0.01)，BE、CE組大鼠HDL-C明顯升高(P<0.01)；與AE組大鼠比較，BE、CE組大鼠TC、TG、LDL-C、血糖明顯降低(P<0.01)；BE、CE組大鼠HDL-C明顯升高(P<0.01)。見表8。

表8 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠血脂血糖的影響

2.8低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠對(duì)大鼠骨骼肌PPAR-α、PGC-1α蛋白表達(dá)的影響：與A組相比，BE組、C組和CE組大鼠PPAR-α、PGC-1α蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.05，P<0.01)；與AE組相比，BE組、C組、CE大鼠PPAR-α、PGC-1α蛋白表達(dá)明顯增加(P<0.05，P<0.01)。見表9、圖6。

圖6 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠對(duì)大鼠骨骼肌PPAR-α、PGC-1α蛋白表達(dá)的影響

表9 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖大鼠對(duì)大鼠骨骼肌PPAR-α PGC-1α蛋白表達(dá)的影響

3 討 論

氧是人體維持生命活動(dòng)必不可少的物質(zhì)，持續(xù)的低氧環(huán)境會(huì)讓機(jī)體產(chǎn)生不適反應(yīng)，但是適當(dāng)?shù)牡脱醮碳し炊艽龠M(jìn)機(jī)體的脂肪酸代謝。當(dāng)機(jī)體受到無(wú)氧刺激時(shí)，組織中的無(wú)氧代謝會(huì)加強(qiáng)，此時(shí)糖代謝無(wú)法滿足正常的能量代謝，脂肪便會(huì)分解供給能力，當(dāng)配合耐力運(yùn)動(dòng)時(shí)，則可以加快脂肪的分解代謝，從而有效控制體重，降低血脂[8]。此外，諸多研究表明低氧運(yùn)動(dòng)還可通過調(diào)控PGC-1α通路極其下游因子，增強(qiáng)脂肪酸氧化能力，加劇骨骼肌能量代謝等[9]。

能量代謝是一個(gè)復(fù)雜的過程，諸如運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、機(jī)體的生理狀態(tài)、精神狀態(tài)等都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。機(jī)體進(jìn)行生理活動(dòng)時(shí)需要持續(xù)地從外界獲取氧氣，排出CO2，因此，能量消耗、耗氧量等可以作為評(píng)價(jià)能量代謝的關(guān)鍵指標(biāo)[10]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)表明示：低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)8周后，肥胖大鼠血糖、血脂均明顯降低，與常氧安靜組相比，低氧安靜組大鼠能量代謝增加，與低氧安靜組比較，低氧運(yùn)動(dòng)組大鼠能量代謝明顯增加，且13.3%低氧運(yùn)動(dòng)組能量代謝較16.3%低氧運(yùn)動(dòng)組增加，說(shuō)明低氧結(jié)合運(yùn)動(dòng)可協(xié)同提高機(jī)體的能量代謝，且低氧濃度也是影響能量代謝的重要因素。骨骼肌是機(jī)體重要的氧耗器官，其形態(tài)結(jié)構(gòu)或是功能異常可影響機(jī)體能量代謝的平衡[11]。PGC-1α是人體能量代謝“分子開關(guān)”，骨骼肌作為機(jī)體能量代謝最活躍的組織之一，富含PGC-1，而PGC-1α在骨骼肌線粒體發(fā)生、糖代謝、脂肪酸氧化等能量代謝網(wǎng)絡(luò)中均具有重要調(diào)控作用。低氧狀態(tài)下，PGC-1α可通過低氧誘導(dǎo)因子1(HIF-1)調(diào)節(jié)機(jī)體骨骼肌線粒體生成和糖、脂代謝等[12]。Greene等研究報(bào)道：耐力運(yùn)動(dòng)可促進(jìn)骨骼肌中PGC-1α的表達(dá)，提高能量代謝水平[13]。PPARs屬于核受體超家族成員，在細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中具有重要作用，PPRAα是脂類供給的總感受器，能夠與飽和、不飽和脂肪酸結(jié)合，增加脂肪酸向肌肉的輸送，從而促進(jìn)脂類的氧化利用[14]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)表明示：低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)8周后，與常氧安靜組相比，13.3%低氧安靜組大鼠PGC-1α、PPAR-α蛋白表達(dá)增加，與低氧安靜組比較，低氧運(yùn)動(dòng)組大鼠PGC-1α、PPAR-α蛋白表達(dá)增加，其中13.3%低氧運(yùn)動(dòng)組大鼠PGC-1α、PPAR-α蛋白表達(dá)高于16.3%低氧運(yùn)動(dòng)組，說(shuō)明低氧結(jié)合運(yùn)動(dòng)干預(yù)可協(xié)同增強(qiáng)骨骼肌PGC-1α、PPAR-α蛋白的表達(dá)，且低氧濃度也可影響PGC-1α、PPAR-α蛋白表達(dá)。由此可見，運(yùn)動(dòng)過程中增加低氧干預(yù)手段可有效增強(qiáng)骨骼肌PGC-1α/PPAR-α蛋白的表達(dá)，進(jìn)而影響骨骼肌能量代謝穩(wěn)態(tài)。

綜上可知：長(zhǎng)期高脂膳食可誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)性肥胖的發(fā)生，導(dǎo)致機(jī)體代謝紊亂，低氧和運(yùn)動(dòng)客有效控制營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠的體重，其機(jī)制可能是低氧運(yùn)動(dòng)可增強(qiáng)骨骼肌PGC-1α、PPAR-α蛋白的表達(dá)，進(jìn)而改善肥胖大鼠能量代謝水平。