有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)胰島素抵抗小鼠visfatin表達(dá)的影響

李晶 董榮娜 于德民

·論著·

有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)胰島素抵抗小鼠visfatin表達(dá)的影響

李晶 董榮娜 于德民

目的探討高脂飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗(IR)小鼠visfatin表達(dá)的改變及有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)visfatin表達(dá)及脂代謝的影響。方法雄性C57BL/6小鼠24只，按隨機(jī)數(shù)字表隨機(jī)分為普通飲食組(n=12)和高脂飲食組(n=12)，后者喂養(yǎng)8周高脂飼料建立IR模型，再各自分為普通飲食對(duì)照組(n=6)、普通飲食運(yùn)動(dòng)組(n=6)、高脂飲食對(duì)照組(n=6)、高脂飲食運(yùn)動(dòng)組(n=6)。兩個(gè)運(yùn)動(dòng)組進(jìn)行6周跑臺(tái)訓(xùn)練，各組飲食不變。14周后ELISA檢測(cè)小鼠血清visfatin，Western印跡檢測(cè)腓腸肌、肝臟及睪周脂肪visfatin表達(dá)。結(jié)果8周后，與普通飲食組相比，高脂飲食組空腹胰島素水平升高，血糖曲線(xiàn)下面積增加(t=6.32,17.44，P均<0.01)。14周后，高脂飲食運(yùn)動(dòng)組血清visfatin水平低于高脂飲食對(duì)照組，而普通飲食運(yùn)動(dòng)組血清visfatin水平高于普通飲食對(duì)照組(F=43.59,P<0.05)。高脂飲食運(yùn)動(dòng)組骨骼肌、肝臟、內(nèi)臟脂肪組織中visfatin 蛋白表達(dá)水平較高脂飲食對(duì)照組降低(F=29.33～85.17，P均<0.05)，普通飲食運(yùn)動(dòng)組骨骼肌visfatin表達(dá)較普通飲食對(duì)照組升高(F=52.79，P<0.05)，但肝臟、內(nèi)臟脂肪組織visfatin蛋白表達(dá)在普通飲食組間無(wú)明顯變化(P均>0.05)。結(jié)論高脂飲食可以增加IR模型動(dòng)物visfatin水平，有氧運(yùn)動(dòng)能有效下調(diào)visfatin的表達(dá)，改善脂代謝紊亂。

有氧運(yùn)動(dòng)；胰島素抵抗；內(nèi)脂素；脂代謝

胰島素抵抗(IR)是諸多代謝性疾病共同的病理生理基礎(chǔ)。改善不良的飲食習(xí)慣和進(jìn)行積極地有氧運(yùn)動(dòng)能夠有效的預(yù)防IR的發(fā)生[1]。Visfatin是一種脂肪細(xì)胞因子，有類(lèi)胰島素的作用，在機(jī)體內(nèi)的變化與IR相關(guān)[2]。有研究提示高脂飲食可以導(dǎo)致肥胖及IR的發(fā)生，同時(shí)visfatin水平有升高趨勢(shì)。而有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖及IR有一定的改善作用，但目前有關(guān)visfatin在IR狀態(tài)下的變化及有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)其影響的相互作用關(guān)系仍不完全清楚。本研究探討有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)高脂飲食誘導(dǎo)的C57BL/6 IR小鼠血清、骨骼肌、肝臟及內(nèi)臟組織中visfatin水平的影響。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物飼養(yǎng)與分組 選用24只6周齡雄性C57BL/6小鼠，體重(24.60±0.75)g[購(gòu)自軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，許可證號(hào)SCXK-(軍)2012-0004,批號(hào)0026037]，溫度22～25℃，濕度30%～40%，光照模擬晝夜交替養(yǎng)殖。1周適應(yīng)性喂養(yǎng)后，按動(dòng)物體重編號(hào)，應(yīng)用隨機(jī)數(shù)字表將動(dòng)物隨機(jī)分為高脂飲食組(n=12)和普通飲食組(n=12只)，分別給予高脂飼料和普通飼料喂養(yǎng)8周。8周后通過(guò)檢測(cè)空腹胰島素水平和口服葡萄糖耐量試驗(yàn)(OGTT)來(lái)評(píng)判IR成模情況，所有動(dòng)物模型均成功造模。隨后將兩組動(dòng)物再根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況分別分為兩個(gè)亞組：高脂飲食對(duì)照組(n=6)，繼續(xù)高脂飲食；高脂飲食運(yùn)動(dòng)組(n=6)，在高脂飲食喂養(yǎng)同時(shí)每天進(jìn)行60 min的跑臺(tái)訓(xùn)練；普通飲食對(duì)照組(n=6)，持續(xù)普通飲食喂養(yǎng)；普通飲食運(yùn)動(dòng)組(n=6)，每天進(jìn)行60 min的跑臺(tái)訓(xùn)練，再觀察6周。

1.2 飼料配方 普通飲食組小鼠喂以普通飼料(購(gòu)自天津?qū)嶒?yàn)動(dòng)物中心)；高脂飲食組喂以成分為蛋白質(zhì)20%、碳水化合物35%、脂肪45%配方的高脂飼料(購(gòu)于中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所)。

1.3 運(yùn)動(dòng)方案 適應(yīng)訓(xùn)練1周后，逐漸增加強(qiáng)度，使動(dòng)物適應(yīng)，直至達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度。為期6周，強(qiáng)度為75%VO2max，時(shí)間為60 min/次，頻次為5次/周。

1.4 標(biāo)本采集 在所有干預(yù)結(jié)束后，將小鼠禁食12 h，乙醚麻醉，內(nèi)眥靜脈取血留取血樣，分離血清，置于-20℃保存。隨后，斷頸處死動(dòng)物，分離腓腸肌、肝臟及睪周脂肪組織，置于液氮保存。

1.5 檢測(cè)指標(biāo)

1.5.1 OGTT及胰島素的測(cè)定 喂養(yǎng)8周后，將小鼠禁食14～16 h，尾靜脈取血。采用血糖儀(羅氏公司)測(cè)定小鼠空腹(0 min)血糖。然后給小鼠(10 μl/g)胃內(nèi)灌注20%葡萄糖溶液(Sigma公司)，分別在15，30，60，90，150，180 min進(jìn)行尾靜脈取血檢測(cè)血糖。采用ELISA法檢測(cè)胰島素水平(R&D公司)。

1.5.2 血甘油三酯、膽固醇及visfatin水平測(cè)定 在所有干預(yù)結(jié)束后將小鼠禁食14～16 h，鼠內(nèi)眥靜脈取血，離心后取血清應(yīng)用酶法測(cè)定血甘油三酯、低密度脂蛋白-膽固醇(LDL-C)、高密度脂蛋白-膽固醇(HDL-C)。采用ELISA法檢測(cè)visfatin水平(R&D公司)，將標(biāo)本和不同濃度標(biāo)準(zhǔn)品加入相應(yīng)孔中，37℃孵育90 min，洗板4次，加入抗體工作液，孵育60 min，洗板4次，加入酶結(jié)合物工作液，孵育30 min，洗板4次，加入顯色劑和終止液，混勻后即刻測(cè)量OD450值(5 min內(nèi))，生成標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)， 根據(jù)OD值由標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)換算visfatin含量。

1.5.3 Western 印跡檢測(cè)骨骼肌、肝臟、脂肪visfatin蛋白表達(dá) 提取腓腸肌、肝臟、睪周脂肪蛋白，經(jīng)分光光度儀定量后在垂直電泳儀(BIO-RAD)上用等量(30 μg)蛋白質(zhì)樣品經(jīng)7.5%SDS-PAGE分離后，轉(zhuǎn)移于PVDF膜(Millipore)上(110 V，1 h)。PVDF膜經(jīng)5%脫脂奶粉封閉1 h，再用5%牛血清白蛋白(BSA)按1∶1 000(Santa Cruz，Rabbit anti-visfatin)稀釋一抗，4℃孵育過(guò)夜，經(jīng)1×TBST充分洗滌，再用5%脫脂奶粉按照1∶5 000(Invitrogen，HRP 標(biāo)記羊抗兔多克隆IgG)稀釋二抗，室溫下將PVDF膜用二抗孵育1 h，1×TBST充分洗滌后，使用E-CL Plus試劑盒發(fā)光顯影，膠片曝光，掃描定量各信號(hào)條帶的相對(duì)灰度值。

2 結(jié)果

2.1 IR動(dòng)物模型的建立 通過(guò)8周的高脂飼料喂養(yǎng)，高脂飲食組空腹胰島素水平顯著高于普通飲食組(t=6.32，P<0.05)，見(jiàn)圖1；高脂飲食組OGTT后血糖曲線(xiàn)下面積較普通飲食組增加54.31%(t=17.44，P<0.05)，見(jiàn)圖2。提示8周的高脂飲食喂養(yǎng)已經(jīng)成功地建立了IR動(dòng)物模型。

注：FINS：空腹胰島素圖1 喂養(yǎng)8周后小鼠的FINS水平

注：OGTT：口服葡萄糖耐量試驗(yàn)圖2 喂養(yǎng)8周后小鼠的OGTT曲線(xiàn)圖

2.2 各組小鼠血脂水平比較 如表1所示，高脂飲食運(yùn)動(dòng)組甘油三酯和LDL-C水平均較高脂飲食對(duì)照組顯著降低(P均<0.01)，而HDL-C水平無(wú)明顯變化(P>0.05)；同時(shí)，普通飲食對(duì)照組及運(yùn)動(dòng)組甘油三酯和LDL-C水平均低于高脂飲食對(duì)照組(P均<0.05);普通飲食運(yùn)動(dòng)組甘油三酯水平較普通飲食對(duì)照組降低(P<0.01)。普通飲食運(yùn)動(dòng)組LDL-C水平較普通飲食對(duì)照組無(wú)明顯改變(P>0.05)，但HDL-C水平降低(P<0.05)。

2.3 各組小鼠血清visfatin含量變化 高脂飲食運(yùn)動(dòng)組visfatin水平[(400.34±15.83)μg/L]較高脂飲食對(duì)

照組[(450.11±16.09)μg/L]降低，而普通飲食運(yùn)動(dòng)組[(331.09±5.48)μg/L]較普通飲食對(duì)照組[(283.42±43.89) μg/L]升高(F=43.59,P=0.015)。

2.4 各組小鼠骨骼肌visfatin表達(dá)變化 由圖3可知， 高脂飲食運(yùn)動(dòng)組較高脂飲食對(duì)照組骨骼肌中visfatin的表達(dá)下降(F=52.79,P<0.05)；普通飲食運(yùn)動(dòng)組visfatin的表達(dá)比普通飲食對(duì)照組增加(F=52.79,P<0.05)。

注：HC組：高脂飲食對(duì)照組；HE組：高脂飲食運(yùn)動(dòng)組；NC組：普通飲食對(duì)照組；NE組：普通飲食運(yùn)動(dòng)組；與普通飲食對(duì)照組相比，aP<0.05；與高脂飲食對(duì)照組相比， bP<0.05圖3 各組小鼠骨骼肌visfatin表達(dá)的比較

2.5 各組小鼠肝臟visfatin表達(dá)變化 由圖4可知，高脂飲食運(yùn)動(dòng)組較高脂飲食對(duì)照組肝臟中visfatin的表達(dá)下降(F=29.33,P<0.05)；普通飲食運(yùn)動(dòng)組與普通飲食對(duì)照組之間visfatin表達(dá)差別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.6 各組小鼠內(nèi)臟脂肪visfatin表達(dá)變化 由圖5可知， 高脂飲食運(yùn)動(dòng)組較高脂飲食對(duì)照組內(nèi)臟脂肪中visfatin的表達(dá)下降(F=85.18,P<0.05)；其在普通飲食運(yùn)動(dòng)組中的表達(dá)與普通飲食對(duì)照組相比，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表1 各組小鼠血脂水平比較

注：TG：甘油三酯；LDL-C：低密度脂蛋白-膽固醇；HDL-C：高密度脂蛋白-膽固醇；與普通飲食對(duì)照組相比，aP<0.05；與高脂飲食對(duì)照組相比，bP<0.05

注：HC組：高脂飲食對(duì)照組；HE組：高脂飲食運(yùn)動(dòng)組；NC組：普通飲食對(duì)照組；NE組：普通飲食運(yùn)動(dòng)組；與高脂飲食對(duì)照組相比，aP<0.05圖4 各組小鼠肝臟visfatin表達(dá)的比較

注：HC組：高脂飲食對(duì)照組；HE組：高脂飲食運(yùn)動(dòng)組；NC組：普通飲食對(duì)照組；NE組：普通飲食運(yùn)動(dòng)組；與高脂飲食對(duì)照組相比，aP<0.05圖5 各組小鼠內(nèi)臟脂肪visfatin表達(dá)的比較

3 討論

本研究通過(guò)OGTT證實(shí)，C57BL/6小鼠經(jīng)過(guò)8周的高脂飲食喂養(yǎng)，反映糖代謝情況的空腹胰島素水平及血糖的曲線(xiàn)下面積，都可以說(shuō)明動(dòng)物模型出現(xiàn)了IR，提示8周的高脂飲食喂養(yǎng)是制備動(dòng)物模型的有效方法。

研究顯示，visfatin能促進(jìn)葡萄糖合成甘油三酯并誘導(dǎo)其在前脂肪細(xì)胞積聚，還能誘導(dǎo)多種脂肪標(biāo)志物的基因表達(dá)，促進(jìn)前脂肪細(xì)胞分化及脂質(zhì)儲(chǔ)存。另外，visfatin可以通過(guò)旁分泌途徑作用于內(nèi)臟脂肪組織，促進(jìn)脂肪組織的分解、合成與積聚。本研究中，小鼠經(jīng)過(guò)8周的高脂飲食喂養(yǎng)，血清LDL-C和甘油三酯水平顯著高于普通飲食組，提示此時(shí)機(jī)體已經(jīng)出現(xiàn)了脂代謝異常。在6周有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，血清LDL-C和甘油三酯水平也明顯降低，表明有氧運(yùn)動(dòng)可改善機(jī)體的脂代謝異常；但是HDL-C在運(yùn)動(dòng)干預(yù)前、后變化趨勢(shì)不明顯，提示在動(dòng)物體內(nèi)甘油三酯和LDL-C水平可能更容易受到運(yùn)動(dòng)干預(yù)的調(diào)節(jié)。另外，visfatin水平與HDL-C呈正相關(guān)，與LDL-C、甘油三酯呈負(fù)相關(guān)，且這種相關(guān)性獨(dú)立于肥胖和IR之外[3]。說(shuō)明visfatin可能在脂代謝中發(fā)揮重要作用。但本研究中沒(méi)有觀察到，visfatin的改變與血脂譜變化的相關(guān)性，對(duì)于本研究結(jié)果與既往研究存在差異的原因，此次研究還難以直接確定，但是前述研究是在新發(fā)2型糖尿病患者和糖耐量減低者中觀察到的特點(diǎn)，本研究的對(duì)象是動(dòng)物模型，可能是動(dòng)物與人體存在一定的差異導(dǎo)致了這樣的結(jié)果，也可能是干預(yù)周期相對(duì)較短，還不能完全模擬人體具體的變化特點(diǎn)。

本研究結(jié)果顯示，高脂飲食對(duì)照組血清visfatin水平顯著高于其他組，說(shuō)明通過(guò)8周的高脂飲食誘導(dǎo)小鼠IR模型建立的過(guò)程中，血清visfatin水平呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。

這可能是機(jī)體在IR發(fā)生后，由于代謝平衡的需要，通過(guò)升高血清visfatin來(lái)代償。有研究證實(shí)，visfatin不但可以促進(jìn)胰島素分泌、抑制胰島β細(xì)胞凋亡，也可以促進(jìn)胰島素受體的磷酸化，進(jìn)而改善糖代謝[4]。

Visfatin的主要功能是具有類(lèi)胰島素作用，是NAD+合成限速酶，參與炎性反應(yīng)和免疫過(guò)程的調(diào)節(jié)[5-7]。它在脂肪組織中高表達(dá)，因而可能是與肥胖、IR、糖尿病等代謝疾病相關(guān)的一個(gè)候選因子[8]。本研究中，隨著高脂飲食誘導(dǎo)的IR的形成，visfatin的水平也發(fā)生相應(yīng)改變，由此提示，visfatin可能與肥胖、IR及糖代謝相關(guān)。

有氧運(yùn)動(dòng)已被證實(shí)是預(yù)防肥胖、IR等行之有效的方法，能夠持續(xù)增加肥胖和IR者骨骼肌對(duì)胰島素的敏感性[9]。另外，有氧運(yùn)動(dòng)可以增加脂肪酸氧化及增強(qiáng)線(xiàn)粒體氧化酶活性，使骨骼肌對(duì)胰島素的敏感性增強(qiáng)，從而改善IR[10-11]。本研究發(fā)現(xiàn)，有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)可以降低高脂飲食誘導(dǎo)的IR動(dòng)物模型血清visfatin的水平，但卻可以升高普通飲食小鼠的血清visfatin水平。由于血清visfatin可來(lái)源于脂肪組織、肝臟、肌肉等，所以血清visfatin的變化來(lái)源還難以定位于某一特定組織。此外，經(jīng)過(guò)有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)，骨骼肌中visfatin的表達(dá)變化與血清中的變化趨勢(shì)一致，而對(duì)于高脂飲食組，有氧運(yùn)動(dòng)會(huì)下調(diào)肝臟與內(nèi)臟脂肪組織中visfatin的表達(dá)，但是對(duì)于普通飲食組，有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)小鼠肝臟、內(nèi)臟脂肪中visfatin的表達(dá)無(wú)明顯的調(diào)節(jié)變化，提示骨骼肌中visfatin表達(dá)的變化可能更容易受到有氧運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)，或者本研究有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)的強(qiáng)度和時(shí)間長(zhǎng)度可以影響骨骼肌visfatin的表達(dá)，但還不足以影響肝臟及內(nèi)臟脂肪組織visfatin的表達(dá)，還需進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步明確其中的原因。

綜上所述，高脂飲食可以誘導(dǎo)IR的形成，同時(shí)引起visfatin水平的升高。有氧運(yùn)動(dòng)能夠有效減輕IR，改善機(jī)體的脂代謝紊亂，但不是直接通過(guò)升高visfatin蛋白表達(dá)水平實(shí)現(xiàn)的。由此推測(cè)，有氧運(yùn)動(dòng)可能不是通過(guò)提高骨骼肌、肝臟和內(nèi)臟脂肪的visfatin表達(dá)水平，而是通過(guò)改善visfatin的作用效能來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；诂F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，visfatin水平的升高更像是機(jī)體應(yīng)對(duì)IR狀態(tài)的代償性改變，有氧運(yùn)動(dòng)在減輕實(shí)驗(yàn)動(dòng)物IR狀態(tài)的同時(shí)，導(dǎo)致了visfatin表達(dá)水平的下調(diào)，但visfatin在IR形成過(guò)程中具體扮演的角色，還需要進(jìn)一步研究。

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Effectsofaerobicexerciseontheexpressionofvisfatininmicewithinsulinresistance

LiJing,DongRongna，YuDemin.KeyLaboratoryofHormonesandDevelopment

(MinistryofHealth),TheMetabolicDiseaseHospital&TianjinInstituteofEndocrinology，TianjinMedicalUniversity，Tianjin300070，China

YuDemin,Email:yudemintij@126.com

ObjectiveTo explore the expression of visfatin in mice with insulin resistance (IR) induced by high-fat diet and the effects of aerobic exercise on the expression of visfatin and lipid metabolism.MethodsA total of 24 male C57BL/6 mice were randomly divided into normal diet group (n=12) and high-fat diet group (n=12) according to the table of random number. Mice in high-fat diet group were fed with high-fat diet for 8 weeks to induce IR. Both groups were divided into normal diet control group (n=6),normal diet exercise group(n=6)and high-fat diet control group (n=6),high-fat diet exercise group (n=6),respectively.Mice in both exercise groups underwent treadmill exercise for 6 weeks. All mice did not change diet. After 14 weeks, serum visfatin concentration was evaluated by ELISA. And Western blotting was applied to detect the expression of visfatin in gastrocnemius muscle, liver and epididymal tissue.ResultsEight weeks later, compared with normal diet group, fasting insulin of high-fat diet group was elevated, and blood glucose area under curve was increased (t=6.32,17.44,allP<0.01). Fourteen weeks later, the level of serum visfatin in high-fat diet exercise group was lower than that in high-fat diet control group, but the level of serum visfatin in normal diet exercise group was higher than that in normal diet control group(F=43.59,P<0.05). Compared with high-fat diet control group, the expression of visfatin in skeletal muscle, liver and adipose tissue were reduced in high-fat diet exercise group(F=29.33-85.17, allP<0.05). On the contrary，the expression of visfatin in skeletal muscle in normal diet exercise group was higher than that in normal diet control group(F=52.79,P<0.05), but there were no differences in the expression of visfatin in liver and adipose tissue between normal diet groups(allP>0.05).ConclusionHigh-fat diet increases the level of visfatin, whereas aerobic exercise reduces the expression of visfatin and improves lipid metabolism in IR models.

Aerobic exercise;Insulin resistance;Visfatin;Lipid metabolism

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2016.01.003

300070 天津醫(yī)科大學(xué)代謝病醫(yī)院內(nèi)分泌研究所,衛(wèi)生部激素與發(fā)育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

于德民，Email:yudemintij@126.com

2015-06-15)