10周有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)2型糖尿病患者DNA氧化損傷的影響及機(jī)制分析

郭艷利，薄 海，彭 朋

(1.洛陽(yáng)師范學(xué)院體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng)471022;2.中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)后勤學(xué)院，天津300309)

2型糖尿病(T2DM)是由于胰島素抵抗引起的以慢性血糖升高為特征的代謝性疾病。本病患者生活質(zhì)量降低，壽命縮短，病死率高，積極防治尤為重要。高血糖可造成多系統(tǒng)損害，特別是心血管系統(tǒng)的慢性進(jìn)行性病變［1］。氧自由基(ROS)和抗氧化防御系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡破壞引發(fā)的氧化應(yīng)激參與了上述過(guò)程［2］。運(yùn)動(dòng)是防治T2DM的有效手段，可增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力，改善胰島素抵抗并促進(jìn)葡萄糖攝取，因此，美國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)將規(guī)律的有氧運(yùn)動(dòng)作為T(mén)2DM患者康復(fù)療法的首選方案［3］。DNA易被ROS攻擊而發(fā)生氧化損傷，DNA氧化損傷的產(chǎn)物是一種修飾化的堿基——8－羥基脫氧鳥(niǎo)苷(8－OHdG)，后者入血后經(jīng)尿液排出，因此8－OHdG是DNA氧化損傷最重要的標(biāo)志物［4］。雖然機(jī)體同時(shí)存在清除ROS的抗氧化系統(tǒng)，但抗氧化激活的代償能力是有限的，最終導(dǎo)致組織損傷。規(guī)律運(yùn)動(dòng)可提高抗氧化能力并降低組織的氧化損傷。有關(guān)運(yùn)動(dòng)與T2DM患者抗氧化的研究較多，但結(jié)論并不一致，而針對(duì)DNA損傷的影響鮮有報(bào)道。本研究以T2DM患者為受試對(duì)象，觀察10周中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)DNA損傷的影響并探討其可能機(jī)制。

1 研究資料

1.1 一般資料 以電話、E－mail等方式招募洛陽(yáng)市某社區(qū)成年健康受試者20名與T2DM患者40例，年齡45～60歲。T2DM的診斷標(biāo)準(zhǔn)為:空腹血糖(FBG)≥7.0 mmol/L和/或餐后2 h血糖(2 hPG)≥11.1 mmol/L，并排除1型糖尿病患者、嚴(yán)重T2DM并發(fā)癥者以及嚴(yán)重心血管疾病患者。健康受試者作為對(duì)照組(C組，n=20)，將40例 T2DM患者隨機(jī)分為T(mén)2DM運(yùn)動(dòng)組(TE組，n=20)和T2DM安靜組(TR組，n=20)。TE組進(jìn)行10周有氧運(yùn)動(dòng)，TR組和C組保持日常生活習(xí)慣。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，TE組和TR組常規(guī)服用降糖藥物，不得隨意更換藥物種類(lèi)與劑量。3組一般資料比較無(wú)顯著性差異(P均＞0.05)，見(jiàn)表1。

表1 受試者的基線特征

1.2 安靜心率和血壓測(cè)定 受試者安靜坐位休息10 min后，計(jì)數(shù)3次脈搏取平均值作為安靜心率。血壓采用臺(tái)式水銀柱血壓計(jì)進(jìn)行測(cè)試，連續(xù)測(cè)量3次，每次間隔5 min，取均值，獲得收縮壓(SBP)和舒張壓(DBP)。

1.3 血液生化指標(biāo)測(cè)定 受試者分別于實(shí)驗(yàn)前1 d以及末次實(shí)驗(yàn)后1 d清晨(7:00—9:00)空腹?fàn)顟B(tài)下肘正中靜脈取血5 mL，肝素抗凝，4℃ 3 000 r/min離心取血漿。血糖指標(biāo)采用日本日立7060型全自動(dòng)生化分析儀測(cè)定:FBG用葡萄糖氧化法測(cè)定，糖化血紅蛋白(HbA1c)用免疫抑制比濁法測(cè)定。血脂指標(biāo)測(cè)定:總膽固醇(TC)、三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL－C)和高密度脂蛋白膽固醇(HDL－C)均采用常規(guī)生化方法測(cè)定，儀器同上。氧化應(yīng)激指標(biāo)測(cè)定:氧化低密度脂蛋白(ox－LDL)采用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)測(cè)定，儀器:美國(guó)BIO－RAD 680型酶標(biāo)儀;丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸法測(cè)定，儀器同血糖測(cè)定。抗氧化酶活性測(cè)定:超氧化物歧化酶(SOD)采用黃嘌呤氧化酶法，谷胱甘肽過(guò)氧化酶(GSH－Px)采用谷胱甘肽還原酶法測(cè)定，儀器同血糖測(cè)定。DNA損傷測(cè)定:8－OHdG采用ELISA法測(cè)定，儀器同ox－LDL。試劑盒均購(gòu)自南京建成生物工程研究所。

1.4 運(yùn)動(dòng)處方 TE組進(jìn)行為期10周的有氧運(yùn)動(dòng)處方干預(yù)，運(yùn)動(dòng)方式為有氧健身跑。其中前4周運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為最大預(yù)測(cè)心率的50%～60%(最大預(yù)測(cè)心率(HRmax)計(jì)算公式為:HRmax=208－0.7 ×年齡［5］)，每周3 次，每次30 min;后6 周運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為60%～70%HRmax，每周5次，每次45 min。運(yùn)動(dòng)前后進(jìn)行5～10 min熱身和整理活動(dòng)以避免運(yùn)動(dòng)損傷。整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受試者佩戴遙測(cè)心率表(Polar FT4，芬蘭)對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度實(shí)時(shí)監(jiān)控，以控制在靶心率范圍內(nèi)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。連續(xù)性變量使用參數(shù)檢驗(yàn):組間比較使用單因素方差分析，組內(nèi)實(shí)驗(yàn)前后比較使用配對(duì)t檢驗(yàn);非連續(xù)性變量(百分構(gòu)成比)使用卡方檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

實(shí)驗(yàn)后，TE 組體質(zhì)量、BMI、HbA1c、ox－LDL、MDA 和8－OHdG均降低(P均＜0.05)，而SOD和GSH－Px均升高(P均＜0.05)。TR組和 C組各指標(biāo)均無(wú)顯著性變化(P＞0.05)。見(jiàn)表2。

3 討 論

T2DM是心血管疾病的重要危險(xiǎn)因素，不良心血管事件則是T2DM患者病死率居高不下的主要原因。在本研究中，實(shí)驗(yàn)前安靜狀態(tài)下，TE組和TR組SBP與C組比較無(wú)顯著性差異，但DBP高于C組。研究證實(shí)，除血糖外，血壓特別是DBP升高是T2DM患者心血管并發(fā)癥的獨(dú)立危險(xiǎn)因素［6］。T2DM患者持續(xù)高血糖可造成機(jī)體ROS增多，本研究TE組和TR組ox－LDL、MDA和8－OHdG均高于C組，說(shuō)明T2DM患者存在氧化應(yīng)激狀態(tài)并造成DNA氧化損傷。ROS增多可引起脂質(zhì)過(guò)氧化，同時(shí)引發(fā)胞漿鈣超載并降低一氧化氮的利用率，進(jìn)而造成內(nèi)皮功能紊亂、血管順應(yīng)性下降以及動(dòng)脈硬化斑塊形成［7］;ROS的另一作用是攻擊DNA雙鏈造成其氧化損傷［4］，ROS攻擊DNA脫氧鳥(niǎo)苷C8位形成特異性的堿基修飾產(chǎn)物——8－OHdG，后者可引起DNA復(fù)制過(guò)程中堿基錯(cuò)配，從而導(dǎo)致G:C→T:A的顛換突變，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡與功能紊亂，是造成T2DM患者胰島素抵抗以及心血管疾病的重要病理生理機(jī)制［8］。機(jī)體除了氧化系統(tǒng)，還存在抗氧化防御系統(tǒng)，其中SOD和GSH－Px是最重要的抗氧化酶，以阻止ROS的過(guò)度產(chǎn)生并抑制其對(duì)細(xì)胞的損傷性攻擊［9］。本研究中TE組和TR組SOD和GSH－Px均低于C組，提示氧化與抗氧化失衡是引發(fā)氧化應(yīng)激和DNA損傷的根本原因。

表2 實(shí)驗(yàn)前后身體形態(tài)與功能指標(biāo)比較(±s)

表2 實(shí)驗(yàn)前后身體形態(tài)與功能指標(biāo)比較(±s)

注:①與 C組比較，P＜0.05;②與實(shí)驗(yàn)前比較，P＜0.05。1 mmHg=0.133 kPa。

指標(biāo) 時(shí)間 TE組(n=20) TR組(n=20) C組(n=20)體質(zhì)量/kg 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后79.6±4.9①75.6±4.8②77.9±7.9①76.5±5.6 67.7±8.9 68.9±8.0 BMI/(kg/m2)實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后29.8±3.1①28.3±3.0②28.5±2.8①28.1±2.6 25.6±3.4 26.1±3.1 HR/(次/min) 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后74±7 72±8 76±8 77±9 73±8 75±10 SBP/mmHg 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后134±15 132±16 130±16 128±14 128±15 130±15 DBP/mmHg 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后86±8①85±9 88±5①86±10 81±6 84±9 FBG/(mmol/L) 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后8.0±1.4①7.8±1.8②7.7±1.2①7.6±1.1 5.2±0.7 5.4±0.9 HbA1c/% 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后8.1±1.0①7.4±0.7②8.3±1.7①8.5±1.1 5.7±0.6 5.5±0.9 TC/(mmol/L) 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后4.7±0.5 4.5±0.6 4.2±0.7 4.3±0.8 4.3±0.6 4.5±0.7 TG/(mmol/L) 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后1.3±0.2 1.4±0.3 1.5±0.4 1.5±0.5 1.2±0.4 1.4±0.4 LDL－C/(mmol/L) 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后2.7±0.3 2.8±0.4 2.5±0.6 2.6±0.7 2.3±0.5 2.5±0.6 HDL－C/(mmol/L) 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后1.3±0.2 1.3±0.3 1.2±0.2 1.3±0.4 1.3±0.3 1.2±0.4 ox－LDL/(μg/L) 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后48.8±6.7①42.6±4.6②50.2±6.5①47.9±7.2 36.8±5.4 38.4±6.6 MDA/(μmol/L) 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后3.6±0.3①3.1±0.3②3.4±0.3①3.5±0.4 2.8±0.2 3.0±0.5 SOD/(IU/mL) 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后3.5±0.3①4.0±0.4②3.4±0.4①3.5±0.6 4.1±0.2 3.9±0.6 GSH－Px/(IU/L) 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后225.5±42.6①278.4±45.5②207.0±39.8①187.3±50.2 286.4±46.8 266.0±49.2 8－OHdG/(μg/L) 實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后4.5±0.5①4.1±0.4②4.9±0.6①5.0±0.7 3.1±0.8 3.3±0.9

規(guī)律運(yùn)動(dòng)是T2DM的重要康復(fù)手段，其中有氧運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)便易行、效果持久且不良反應(yīng)少，可顯著降低血糖并改善胰島素抵抗，是 T2DM患者的首選方式［3］。有氧運(yùn)動(dòng)能夠降低T2DM患者心血管疾病的發(fā)生率，提高其生活質(zhì)量［10］，其機(jī)制除了與血糖穩(wěn)定控制外，還可能與氧化應(yīng)激與DNA損傷改善有關(guān)。在本研究中，實(shí)驗(yàn)后TE組SOD和GSH－Px升高，ox－LDL、MDA和8－OHdG降低，說(shuō)明10周規(guī)律有氧運(yùn)動(dòng)提高了抗氧化酶活性，降低了氧化應(yīng)激和DNA氧化損傷。DNA氧化損傷主要通過(guò)機(jī)體最重要的一種DNA修復(fù)酶——8－羥鳥(niǎo)嘌呤 DNA 糖基化酶(OGG1)進(jìn)行切除修復(fù)［11］，陳磊［12］研究顯示，運(yùn)動(dòng)可上調(diào)OGG1表達(dá)量和/或活性，誘導(dǎo)OGG1對(duì)8－OHdG的修復(fù)，以保證DNA序列的“高保真”，從而抑制細(xì)胞凋亡與損傷。因此推測(cè)實(shí)驗(yàn)后TE組8－OHdG的下降是抗氧化酶活性升高介導(dǎo)的氧化應(yīng)激下降以及OGG1表達(dá)上調(diào)誘導(dǎo)對(duì)DNA損傷修復(fù)等多個(gè)“事件”綜合作用的結(jié)果。長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)可降低T2DM患者DNA氧化損傷，其機(jī)制可能與抗氧化酶表達(dá)上調(diào)以及氧化應(yīng)激水平下降有關(guān)。

此外，本研究中T2DM受試者(TE組和TR組)病程較短(＜3 a)，ox－LDL、MDA和8－OHdG顯著升高，說(shuō)明脂質(zhì)過(guò)氧化和DNA損傷發(fā)生在T2DM早期，與文獻(xiàn)［13］報(bào)道一致;而實(shí)驗(yàn)后TE組上述指標(biāo)均顯著下降，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的抗氧化與抗DNA損傷效應(yīng)對(duì)T2DM及其并發(fā)癥起到了逆轉(zhuǎn)作用。本研究的結(jié)果進(jìn)一步提示，積極改善生活方式如長(zhǎng)期堅(jiān)持規(guī)律有氧運(yùn)動(dòng)是T2DM患者非藥物治療的重要手段，同時(shí)也是臨床治療的有益補(bǔ)充。

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