耐力訓(xùn)練對大鼠FTO基因表達影響及與攝食量關(guān)系研究The Relationship between FTO Gene Expression and Food Intake by Endurance Training in Rats

馬國棟，鐵 鈺，劉艷環(huán)，王秋靈，趙 寧

MA Guo-dong1，TIE Yu2，LIU Yan-huan1，WANG Qiu-ling1，ZHAO Ning1

耐力訓(xùn)練對大鼠FTO基因表達影響及與攝食量關(guān)系研究
The Relationship between FTO Gene Expression and Food Intake by Endurance Training in Rats

馬國棟1，鐵 鈺2，劉艷環(huán)1，王秋靈1，趙 寧1

MA Guo-dong1，TIE Yu2，LIU Yan-huan1，WANG Qiu-ling1，ZHAO Ning1

目的：研究耐力訓(xùn)練對大鼠FTO基因表達的影響以及與攝食量的關(guān)系。方法：以SD大鼠為研究對象，將大鼠分為對照組（C組）和運動訓(xùn)練組（E組），以12周無負重游泳為運動手段，測定肝臟、骨骼肌、脂肪組織和下丘腦組織中FTO基因mRNA表達、大鼠體重、腎周與附睪周圍脂肪重量及脂肪重量與體重百分比、大鼠每天攝食量。結(jié)果：FTO基因mRAN在骨骼肌、脂肪組織和下丘腦中表達均顯著高于肝臟組織，下丘腦顯著高于骨骼肌和脂肪組織，脂肪組織與骨骼肌未見顯著性差異，耐力訓(xùn)練對肝臟、骨骼肌和脂肪組織中FTO基因mRNA表達未見顯著性影響，而腦組織表達顯著升高；大鼠體重在不同的對應(yīng)時間點，運動訓(xùn)練組與對照組未見顯著性差異；大鼠攝食量在不同對應(yīng)時間點，運動訓(xùn)練組顯著高于對照組；腎周及附睪周圍脂肪組織重量及脂肪重與體重百分比運動訓(xùn)練組顯著低于對照組。結(jié)論：耐力訓(xùn)練可以提高下丘腦中FTO基因表達，從而刺激大鼠提高攝食量，而運動能量的消耗抵消了因攝食增加引起的體重增加。

耐力訓(xùn)練；脂肪質(zhì)量與肥胖相關(guān)基因；大鼠；攝食量

隨著人們生活水平的提高和生活習(xí)慣的改變，肥胖的發(fā)病率顯著升高，肥胖已經(jīng)成為世界性的公共衛(wèi)生問題。據(jù)估計，到2030年，大約有58%的成年人出現(xiàn)超重或肥胖［1］。肥胖不僅是引起許多疾病如心臟病、糖尿病、癌癥等等的重要因素，而且還會引起一系列的社會問題，因此，研究肥胖的發(fā)生機制不僅是一個科學(xué)問題而且是一個很重要的社會問題和經(jīng)濟問題。肥胖不僅與環(huán)境、飲食習(xí)慣、生活習(xí)慣有關(guān)，而且與遺傳關(guān)系密切。最近研究發(fā)現(xiàn)，脂肪質(zhì)量與肥胖相關(guān)基因（fat mass and obesity-associated protein（FTO））與肥胖關(guān)系密切［2］。FTO基因是非－血紅素加雙氧酶超家族的成員［3］。小鼠缺少FTO基因會增加出生后的致死率，生長延遲，脂肪組織質(zhì)量和體積減小，能量消耗增加，阻止高脂飲食引起的肥胖［4］，這說明，F(xiàn)TO基因表達減少或功能喪失會抑制肥胖。FTO在體內(nèi)廣泛表達，包括大腦、肌肉、肝臟、脂肪組織等，其中，大腦的下丘腦表達最高［5］，但FTO基因在不同組織中表達意義尚不完全清楚，一些研究認為，F(xiàn)TO基因在下丘腦、肝臟和骨骼肌中表達與攝食量、食欲和能量消耗有關(guān)［6，7］，在脂肪組織中表達則與脂肪形成有關(guān)［4］。另有研究表明，F(xiàn)TO敲除鼠出現(xiàn)明顯的、快速的生長抑制，說明FTO基因還與生長發(fā)育有一定的關(guān)系［8］。目前，關(guān)于FTO與肥胖的關(guān)系方面的研究主要集中在FTO基因變異與肥胖的關(guān)系。也有一些研究運動對不同F(xiàn)TO基因型體重的影響，但結(jié)果并不一致。Kilpelainen T O等人［9］通過meta綜合分析發(fā)現(xiàn)，運動可以降低因FTO變異引起肥胖風(fēng)險，從而說明運動對FTO基因產(chǎn)生積極的影響。但目前關(guān)于運動對不同組織中FTO基因表達及與攝食量關(guān)系如何，尚鮮有報道。本研究擬選擇FTO基因表達意義較為清楚的骨骼肌、下丘腦、肝臟和脂肪組織作為研究材料在這一方面進行探討。

1 材料與方法

1.1 實驗設(shè)計

雄性6周齡SD大鼠24只，購自北京大學(xué)醫(yī)科部實驗動物中心。每天光照均為12h，自由飲水。實驗動物隨機分為2組：1）對照組（C，n＝12，體重184±4.22g）；2）12周游泳運動組（E，n＝12，體重186±4.37g）。飼喂普通正常大鼠飼料。每一組在實驗結(jié)束，禁食12h麻醉處死，取肝臟、肌肉、下丘腦和腎周及附睪周圍脂肪組織，立即放于液氮中，然后在－20℃冰箱保存，以備測定FTO基因mRNA表達。

1.2 耐力訓(xùn)練模型

游泳運動方案：采用無負重游泳訓(xùn)練，水溫（29℃±2℃），以直徑50cm，水深65cm大塑料桶為游泳場所，每次放入4只大鼠，為保證訓(xùn)練質(zhì)量，避免大鼠偷懶行為，在訓(xùn)練的過程中，對偷懶大鼠用毛刷進行刺激，保證訓(xùn)練的強度和運動量。第1周每天運動0.5h，第2周增至1h，從第3周開始增至1.5h，每周5次，共訓(xùn)練12周。

1.3 大鼠攝食量及體重的測量

每周在周1、周3和周5測量一天的進食量，取3天的平均值，作為1周每天的攝食量；每周在周日測量大鼠體重1次。

1.4 大鼠脂肪量的測定

麻醉處死大鼠后，取大鼠腎周及附睪周的脂肪墊，用電子秤秤量脂肪的重量。

1.5 肝臟、下丘腦、骨骼肌和脂肪組織mRNA表達測定

以上述的肝臟、下丘腦、骨骼肌和脂肪組織，用Trizol Reagent試劑盒（Mrcgene產(chǎn)品）與逆轉(zhuǎn)錄試劑盒（Ferment產(chǎn)品）參照說明書進行逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，以備用于FTO基因mRNA的擴增。采用PE-9600（PE-Cetus Co，USA）PCR擴增儀擴增mRNA表達，自行設(shè)計引物：

FTO：上游：5’-CACTTGGCTTCCTTACCTGACCCCC-3’

下游：5’-GGTATGCTGCCGGCCTCTCGG-3’

β-actin：上游5’-TGGTGGGTATGGGTCAGAAGGAC-TC-3’

下游5’-CATGGCTGGGGTGTTGAAGGTCTCA-3’

反應(yīng)參數(shù)：96℃預(yù)變性5min，然后進行如下5個循環(huán)，95℃30s，45℃45s72℃45s，然后進行25個循環(huán)，變性溫度與延伸溫度不變，終末延伸72℃7min。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

利用SPSS統(tǒng)計軟件（SPSS11.5for Windows）處理，計算均值和標(biāo)準(zhǔn)差±SD）。兩組中，基因表達及脂肪含量采用獨立樣本t檢驗，不同時間體重和食物攝入量采用單因素方差分析，顯著性定為P＜0.05。

2 結(jié)果

2.1 大鼠體重變化

訓(xùn)練與未訓(xùn)練大鼠體重各對應(yīng)時間點間進行比較未見顯著性改變（圖1）。

2.2 大鼠攝食量的變化

運動訓(xùn)練組與未訓(xùn)練組組內(nèi)比較：隨年齡的延長大鼠攝食量逐漸增加，并且增加量明顯；運動訓(xùn)練組與未訓(xùn)練組大鼠組間比較：在每一個對應(yīng)時間點，運動訓(xùn)練組大鼠攝食量顯著高于未訓(xùn)練組大鼠（圖2）。

2.3 大鼠脂肪量的變化

運動組大鼠腎周及附睪周脂肪含量與脂肪占體重的百分比均顯著低于對照組（表1）。

2.4 大鼠肝臟、肌肉、脂肪和下丘腦FTOmRNA表達變化

不同組織間比較：無論是對照組還是運動組，大鼠骨骼肌、脂肪組織和下丘腦FTO基因mRNA表達顯著高于肝臟組織，下丘腦顯著高于骨骼肌和脂肪組織，骨骼肌與脂肪組織間未見顯著性差異；運動組與對照組比較：下丘腦FTO基因mRNA表達運動組顯著高于對照組，而其他組織未見顯著性改變（圖3）。

圖2 對照組與訓(xùn)練組大鼠每天平均攝食量變化示意圖Figure 2. The Change of Average Food Intake per Day in Control and Trained Group Rats±SD）

表1 對照組與訓(xùn)練組大鼠脂肪重量變化一覽表Table 1 The Change of Fat Weight in Control and Trained Group Rats（X±SD）

圖3 對照組和訓(xùn)練組大鼠FTO基因在不同組織中的表達示意圖Figure 3. The FTO Gene Expression in Different Tissues in Control and Trained Group Rats

3 討論

從能量平衡的角度，體重的增加與能量攝入增加有關(guān)，如果能量攝入大于能量的消耗則體重增加，相反則體重降低，因此，是否體重增加其關(guān)鍵在于能量攝入平衡的改變。本研究發(fā)現(xiàn)，大鼠經(jīng)過12周后，運動組與對照組大鼠在相同對應(yīng)時間點上體重并沒有顯著性差異，說明這兩種方式的能量攝入與消耗平衡是一致的。這似乎與常識相矛盾，一般認為，長時間運動會降低體重，但這需要有一個前提條件，即保證能量攝入小于運動消耗。本研究發(fā)現(xiàn)，運動組大鼠的攝食量顯著高于對照組，盡管運動消耗了更多的能量，但由于攝食量的增加，抵消了運動消耗的能量，其結(jié)果是體重未出現(xiàn)顯著性差異。這一結(jié)果也提示我們，在運動減肥或控制體重的過程中，一定要堅持運動與控制飲食相結(jié)合的原則，否則難以達到理想的效果。有趣的是，本研究盡管發(fā)現(xiàn)大鼠體重在兩組中無顯著性差異，但其腎周及附睪周脂肪重量及與體重比值運動組顯著低于對照組，這說明運動盡管未改變體重的變化，但改變了身體的成分，使運動組的去脂體重增加。

適量運動增加攝食量已經(jīng)成為不爭的事實，但其機理尚不完全清楚。FTO基因的發(fā)現(xiàn)可能為此提供了新的理論根據(jù)。FTO基因是2007年發(fā)現(xiàn)的一個與肥胖關(guān)系密切的基因。FTO基因位于16號染色體上，在人體內(nèi)存在不同的等位基因。FTO基因的變異與肥胖關(guān)系密切，其中，rs 9939609位點上的等位基因SNP變異與肥胖更為密切，攜帶肥胖風(fēng)險變異的AA純合子個體患肥胖的風(fēng)險會顯著增加，而即使是雜合子即AT，其肥胖的風(fēng)險也相對較高。許多研究均證實［10］，rs9939609位點等位基因的改變與BMI、體重及皮下脂肪等密切相關(guān)，在不同的種族中，包括歐洲人、亞洲人等均存在這一關(guān)系。FTO在體內(nèi)廣泛表達，包括大腦、骨骼肌、肝臟、脂肪、心肌、肺、腎臟、脾臟等器官與組織，其中，下丘腦表達最高［5］。本研究也在不同組織中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO基因表達的組織差異性，肝臟最低，骨骼肌和脂肪組織次之，下丘腦表達最高，而下丘腦是調(diào)節(jié)能量代謝平衡的主要神經(jīng)中樞，控制著食欲與攝食量，說明FTO基因在下丘腦中表達與能量代謝及攝食量等關(guān)系更為密切。許多研究主要集中在FTO基因rs9939609位點SNP基因變異與BMI、體重、攝食量、能量代謝關(guān)系等方面［11－13］，而直接研究FTO基因表達與肥胖的關(guān)系的報道較少。Fischer等［14］2009年首次在Nature上證實FTO基因表達與能量平衡與肥胖的關(guān)系，筆者分析了對照組與FTO基因敲除組小鼠的身體成分，F(xiàn)TO基因敲除鼠脂肪質(zhì)量在雄性和雌性中分別降低了60%和23%。盡管去脂體重也受到了影響，但其影響程度比脂肪要低，去脂體重在雄性和雌性小鼠中分別降低26%和19%。在15個月齡小鼠性腺周圍的白色脂肪組織幾乎完全消失（此處的白色脂肪組織隨年齡增加而增加）。在FTO基因敲除鼠中，脂肪細胞體積明顯減小。當(dāng)飼喂高脂膳食時，F(xiàn)TO基因敲除鼠體重增長顯著低于對照組，表明FTO基因表達降低能夠抵御肥胖的形成。Fischer等［14］的研究結(jié)果表明，F(xiàn)TO基因敲除能夠阻止肥胖形成，這預(yù)示著FTO基因的變異可能調(diào)控其基因的表達，從而使某些等位基因類型的人更易肥胖，而另一些人不容易肥胖。Gerken等［5］研究發(fā)現(xiàn)，下丘腦中FTO減少60%的小鼠明顯具有拒絕進食的特點，說明FTO對食欲的控制具有十分重要的作用。通過轉(zhuǎn)染或siRNA技術(shù)影響FTO基因在下丘腦表達會影響到食物的攝入量，降低FTO表達會增加食物攝入，反之，則減少食物攝入［17］。Church等［6］從FTO基因過表達的角度，進一步證實FTO基因表達與肥胖的關(guān)系：FTO基因在下丘腦、骨骼肌、脂肪組織、肝臟等組織過量表達能夠增加體重和脂肪重量，而且這種增加與FTO表達存在著量效關(guān)系，表達越高，體重及脂肪重量增加越明顯。在雌性大鼠中不管飼喂高脂飼料還是正常飼料，體重均隨FTO基因表達而增加，大鼠體重與脂肪重量的增加與能量攝入增加有關(guān)。另外，Caruso，V等［18］研究證實，雌性SD大鼠在交配前5周和懷孕期以及哺乳期飼喂高脂膳食，使大鼠肥胖，此大鼠所生幼仔在出生20天后斷奶，在斷奶時肥胖大鼠所生幼仔下丘腦和肝臟FTO基因mRNA表達顯著高于對照組，并且其表達量與內(nèi)臟和外周脂肪質(zhì)量呈顯著正相關(guān)。不僅在嚙齒類動物中FTO基因表達與肥胖有關(guān)，而且在人類中，F(xiàn)TO基因在肥胖者的脂肪組織中其表達水平也顯著高于體重正常個體［19］。正如Tews等［20］認為的那樣，盡管FTO基因作用還存在著許多爭論，但通過目前許多的研究結(jié)論可以看出，F(xiàn)TO控制體重的主要作用在于控制食物攝入和調(diào)控食欲。

FTO基因控制肥胖的調(diào)控機理尚不清楚。一些研究表明，F(xiàn)TO基因可以通過脂解作用調(diào)節(jié)身體脂肪質(zhì)量［21］，體外研究表明，F(xiàn)TO的去甲基化酶功能影響DNA/RNA，進而影響脂肪水解，這可能是FTO調(diào)節(jié)身體脂肪質(zhì)量的潛在機制［5，22，23］。最近的研究進一步證實了這一點，F(xiàn)TO作為共轉(zhuǎn)錄激活因子增強了增強子上的CCAAT序列與結(jié)合蛋白的結(jié)合，而這一結(jié)合蛋白主要調(diào)節(jié)脂肪生成［24］。

FTO基因與肥胖及運動的關(guān)系密切，一些研究表明，長時間的運動可以降低攜帶FTO易肥胖的等位基因人類群體的BMI指數(shù)［25］，而另外的一些研究得出與此不同的結(jié)果［26，27］。Kilpelainen T O等通過meta綜合分析了45項成年人（n＝218 166）的研究和9項兒童和青少年（n＝19 268）的研究，所有的研究均涉及rs9939609基因位點變異，參加人群中有25%成年人和13%兒童和青少年未參與運動。在成年人中，rs9939609等為基因中含有A等位基因的人群其肥胖的趨勢增加了1.23倍，而運動顯著降低這種趨勢，而且在含有A等位基因的運動人群比不運動人群更不容易肥胖［28］。這些研究僅僅從運動對FTO基因不同等位基因影響肥胖及攝食量的關(guān)系方面進行了探討，均未涉及FTO基因表達與體重及攝食量的關(guān)系。運動對不同組織中FTO基因表達如何以及與體重與攝食關(guān)系如何尚未見報道。本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過12周的游泳訓(xùn)練后，大鼠肝臟、骨骼肌和脂肪組織中FTO基因表達未見顯著性差異，而下丘腦FTO基因mRNA表達運動組顯著高于對照組。下丘腦是調(diào)控能量攝入與平衡的神經(jīng)中樞，本研究也證明了這一點。運動組大鼠攝食量顯著升高，并且，這種升高與下丘腦FTO基因表達存在著明顯的一致性，說明運動導(dǎo)致大鼠攝食量增加與下丘腦中FTO基因表達增加有關(guān)，這也從另一個角度解釋了運動增加食欲的原因。運動作為一種對機體影響廣泛的干預(yù)方式，其作用應(yīng)該也是廣泛的，但本研究中發(fā)現(xiàn)，耐力訓(xùn)練并未改變骨骼肌、肝臟和脂肪組織FTO基因的表達，而僅僅影響下丘腦的表達，說明其表達調(diào)控具有組織特異性特點。遺憾的是，目前關(guān)于運動調(diào)控FTO表達的機制尚未見報道，推測可能與IGF-1有關(guān)，因為FTO基因敲除鼠血液中IGF-1水平顯著低于對照鼠［8］，其確切機理尚需進一步研究（我們在這方面的工作也已經(jīng)開始）。

4 結(jié)論

耐力訓(xùn)練可以提高大腦中FTO基因表達，從而刺激大鼠提高攝食量，運動能量的消耗抵消了因攝食增加引起的體重增加。

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Objective：To investigate the relationship between FTO gene expression and intake food by endurance training in rats.Methods：The rats were randomly divided into control and endurance trained group.This paper analyzed the mRNA expression of FTO in liver and skeletal muscle，adipose tissue and hypothalamus，body weight，adipose tissue weight around kidney and epididymis，average food intake per day in rats after 12week unload swimming training.Results：The FTO gene mRNA expressions in skeletal muscle，adipose tissue and hypothalamus were higher than in liver，its expression in hypothalamus was higher than in skeletal muscle and adipose tissue，but its expression in skeletal muscle and adipose tissue was no significant different.Endurance training up-regulated FTO gene expression in hypothalamus，however，there was no change in skeletal muscle，liver and adipose tissue.The rat weight was no significant different in parallel time point，but food intake significantly increased in trained rats.Adipose tissue weight around kidney and epididymis decreased significantly in trained rats.Conclusion：Endurance training increased the FTO gene expression in hypothalamus which stimulated more food intake.However，the rat weight was no change for exercise expending more energy.

endurance training；fat mass and obesity-associated protein gene；rats；food intake

book=185,ebook=2

G804.7

A

2012-03-26；

2012-05-18

山東理工大學(xué)青年教師發(fā)展支持計劃（110026）。

馬國棟（1974-），男，山東臨沂人，副教授，博士，主要研究方向為運動健康與促進，Tel（0533）2786023，E-mail：mgdtj＠sina.com；鐵鈺（1978-），男，蒙古族，遼寧沈陽人，講師，博士，主要研究方向為體育教育訓(xùn)練學(xué)，E-mail：xyhwty＠163.com；劉艷環(huán)（1971-），女，吉林白城人，講師，碩士，主要研究方向為運動與健康促進，Tel（0533）2786023，E-mail：mgdtj＠126.com。

1.山東理工大學(xué)體育學(xué)院，山東淄博255049；2.遼寧

師范大學(xué)體育學(xué)院，遼寧大連116029

1.Shandong University of Technology，Zibo 255049，China；2.Liaoning Normal University，Dalian 116029，China.