有氧運(yùn)動(dòng)聯(lián)合Ala-Gln對(duì)2型糖尿病的干預(yù)作用及其機(jī)制

盛卓嫻金其貫 劉霞 武倩倩，3

1揚(yáng)州大學(xué)體育學(xué)院（揚(yáng)州 225127）2湖南師范大學(xué)體育學(xué)院（長(zhǎng)沙 410012）3蘇州絲綢中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校（蘇州 215228）

糖尿?。―iabetes Mellitus）是一種慢性代謝性疾病，以血液中谷氨酰胺（glutamine，Gln）含量的減少為特征[1]。在我國(guó)，糖尿病人群以2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）為主，高熱量飲食和低運(yùn)動(dòng)的生活方式是造成T2DM患病率增加的最主要因素。有研究發(fā)現(xiàn)，在新疆地區(qū)，以高脂肪、高蛋白、低碳水化合物飲食為主的哈薩克族牧民T2DM患病率較低，而維吾爾族卻是T2DM的高發(fā)民族[2-4]。其可能原因，在哈薩克族人群中，無(wú)論正常人還是糖尿病患者血漿中Gln含量均高于維吾爾族人[4]。

Gln是體液中最豐富的氨基酸之一，它不僅是小腸粘膜細(xì)胞和免疫系統(tǒng)代謝的主要能源，也是肝臟、腎臟糖異生的重要底物[5-6]。在T2DM患者中Gln向葡萄糖的轉(zhuǎn)換增加，同時(shí)具有刺激肌肉糖原儲(chǔ)存的功能[7]。用高脂膳食喂養(yǎng)可使C57BL/6J小鼠超重并發(fā)展為高血糖癥，而高脂肪膳食中補(bǔ)充Gln可使小鼠體重下降，緩解高脂膳食誘導(dǎo)的高血糖癥和高胰島素血癥[8]。葛學(xué)美[9-10]等進(jìn)一步研究補(bǔ)充Gln對(duì)高脂飲食誘導(dǎo) C57BL/6J小鼠形成T2DM的干預(yù)作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期的高脂飲食能使小鼠產(chǎn)生高血糖及高胰島素血癥，骨骼肌中胰島素受體（InsR）、胰島素受體底物-1（IRS-1）和胰島素受體底物-2（IRS-2）以及PI3K mRNA水平顯著降低，而補(bǔ)充Gln能顯著升高骨骼肌InsR、IRS-1、IRS-2和PI3K mRNA水平，明顯降低高脂飲食所致的高血糖及高胰島素血癥，改善高脂膳食小鼠的胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)，對(duì)高脂膳食誘導(dǎo)的T2DM的形成具有顯著的預(yù)防作用。Mauras[11]等研究發(fā)現(xiàn)，1型糖尿病的青少年患者口服谷氨酰胺后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)鍛煉能顯著降低血糖水平，且運(yùn)動(dòng)后夜間睡眠時(shí)的低血糖癥累積發(fā)病率顯著增加[10]。

但是，Gln水溶性差，其水溶液在長(zhǎng)期儲(chǔ)存時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性不足，特別在加熱滅菌時(shí)可生成有毒的焦谷氨酸和氨，而丙氨酸-谷氨酰胺（alanyl glutamine，Ala-Gln）作為Gln供體，其穩(wěn)定性和溶解性均有所增加，并且在胃腸道中不受抗?fàn)I養(yǎng)因子的干擾，比游離氨基酸更易、更快地被機(jī)體吸收利用。Ala-Gln可以被體內(nèi)的二肽酶水解成游離Ala和Gln，供組織蛋白質(zhì)的合成，也可直接被肝臟、腎臟等組織器官利用，對(duì)維持血漿和細(xì)胞內(nèi)Gln濃度，改善氮平衡，維持腸道功能，提高免疫功能具有非常重要的作用[12-13]。但是Ala-Gln對(duì)T2DM的干預(yù)作用目前研究較少，特別是Ala-Gln和有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)T2DM的交互作用目前尚未見(jiàn)到研究報(bào)道。本研究通過(guò)對(duì)SD大鼠在高脂膳食飼養(yǎng)的基礎(chǔ)上腹腔注射小劑量的STZ復(fù)制T2DM大鼠模型，采用交互設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)T2DM大鼠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和/或補(bǔ)充Ala-Gln，通過(guò)檢測(cè)各組大鼠血清中空腹血糖（fasting glucose，F(xiàn)BG）、胰島素（insulin，INS）、C肽、胰高糖素樣肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）含量，探討運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和Ala-Gln的補(bǔ)充對(duì)T2DM的干預(yù)作用和交互作用及其機(jī)制，為T(mén)2DM的運(yùn)動(dòng)和營(yíng)養(yǎng)干預(yù)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象與飼養(yǎng)

清潔級(jí)雄性SD大鼠60只，4周齡，體重100～120 g，購(gòu)自江蘇大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，SCXK（蘇）2013-0011。分籠飼養(yǎng)，每籠4～5只，環(huán)境溫度23±2℃，自然光照，自由飲食，每天定時(shí)更換墊料。

1.2 實(shí)驗(yàn)分組與干預(yù)方案

適應(yīng)3天后，隨機(jī)抽取10只大鼠作為正常對(duì)照組（NC，n=10），其余大鼠喂飼高脂膳食（配方：基礎(chǔ)飼料73.5%、豬油13%、膽固醇1%、膽鹽0.5%、蔗糖8%、大豆粉4%），6周后，空腹注射小劑量的STZ（40 mg/kg體重），7天后測(cè)試FBG，當(dāng)FBG≥11.1 mmol/L為建模成功。取40只建模成功的T2DM大鼠，隨機(jī)分為糖尿病對(duì)照組（DMC，n=10）、糖尿病運(yùn)動(dòng)組（DME，n=10）、糖尿病+Ala-Gln干預(yù)組（DMAG，n=10）和糖尿病+Ala-Gln+運(yùn)動(dòng)組（DMEAG，n=10）4組。

NC和DMC組平時(shí)不進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練；DME組進(jìn)行無(wú)負(fù)重的游泳運(yùn)動(dòng)60 min，每周運(yùn)動(dòng)6天；DMAG組不進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，按照1.5 g/kg體重的劑量在固定時(shí)間灌服Ala-Gln，每周6次；DMEAG組每天進(jìn)行無(wú)負(fù)重的游泳運(yùn)動(dòng)60 min，在每次訓(xùn)練結(jié)束30 min后按照1.5 g/kg體重的劑量灌服Ala-Gln，每周6次，共8周。

游泳訓(xùn)練在晚上7點(diǎn)進(jìn)行，前1周進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練，游泳時(shí)間從15 min開(kāi)始在1周之內(nèi)過(guò)渡到60 min。游泳池為120 cm×80 cm×70 cm長(zhǎng)方體塑料游泳水桶，水深50 cm、水溫31±2℃。在訓(xùn)練過(guò)程中時(shí)刻觀(guān)察大鼠狀態(tài)，防止溺水死亡，并及時(shí)撈出大鼠糞便，保持水清潔衛(wèi)生。

1.3 實(shí)驗(yàn)取材及樣本處理

取材在末次運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后12 h進(jìn)行，取材前禁水、禁食8 h。第二天早晨按照0.5 ml/kg劑量腹腔注射20%的烏拉坦麻醉，下腔靜脈取血，血液4℃靜置30 min后，4000 r/min，4℃離心10 min，吸取血清保存于-20℃冰箱。

FBG采用葡萄糖氧化酶法測(cè)定，測(cè)定儀器為日立全自動(dòng)生化分析儀，在揚(yáng)州市疾控中心測(cè)量。血清INS、C肽、GLP-1含量采用ELISΑ測(cè)定。并按照公式“空腹胰島素（INS）×空腹血糖（FBG）/22.5”計(jì)算胰島素抵抗指數(shù)（homeostasis model assessment of insulin resistance,HOMA-IR）[14]。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件處理數(shù)據(jù)，結(jié)果用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示，DMC、DME、DMAG和DMEAG 4組進(jìn)行雙因素方差分析，DMC和NC組進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05為顯著性差異，P＜0.01為極顯著性差異。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 各組大鼠血清FBG、INS含量和HOMA-IRMA-IR變化

由表1和表2可知，T2DM大鼠建模成功8周后，與NC組相比，DMC組FBG含量顯著升高（P＜0.05），血清INS含量有所升高，但無(wú)顯著性差異（P＞0.05），HOMAIR顯著升高（P＜0.05）；雙因素方差分析結(jié)果顯示，有氧運(yùn)動(dòng)使T2DM大鼠FBG含量和HOMA-IR極顯著降低（P＜0.01），血清INS含量有所升高，但無(wú)顯著性差異（P＞0.05）；補(bǔ)充 Ala-Gln使 FBG 含量顯著降低（P＜0.05），血清INS含量顯著升高（P＜0.05），HOMA-IR有所降低，但無(wú)顯著性差異（P＞0.05）；有氧運(yùn)動(dòng)聯(lián)合Ala-Gln對(duì)降低FBG含量和HOMA-IR均無(wú)顯著性的交互作用（P＞0.05），但對(duì)升高血清INS含量具有顯著性的交互作用（P＜0.05）。

表1 各組大鼠FBG、血清INS含量及其HOMA-IR的變化

表2 FBG、INS和HOMA-IR雙因素方差分析表

2.2 各組大鼠血清C肽、GLP-1含量變化

由表3和表4可知，T2DM大鼠建模成功8周后，與NC組相比，DMC組血清C肽和GLP-1含量顯著降低（P＜0.05，P＜0.01）；雙因素方差分析結(jié)果顯示，有氧運(yùn)動(dòng)使T2DM血清C肽含量極顯著升高（P＜0.01），血清GLP-1含量有所升高，但無(wú)顯著性差異（P＞0.05）；補(bǔ)充Ala-Gln使血清C肽和GLP-1含量顯著升高（P＜0.01，P＜0.05）；有氧運(yùn)動(dòng)聯(lián)合Ala-Gln對(duì)升高血清C肽和GLP-1含量均無(wú)顯著性的交互作用（P＞0.05）。

表3 各組大鼠血清C肽、GLP-1含量的變化

表4 血清C肽、GLP-1含量的雙因素方差分析表

3 分析與討論

T2DM是一種復(fù)雜的糖代謝疾病，在早期出現(xiàn)胰島素抵抗（insulin resistance，IR）和高血糖反應(yīng)，后期出現(xiàn)胰島素的分泌障礙[15]。由于T2DM患者體內(nèi)胰島素的分泌能力并非完全喪失，但作用效果較差，使患者體內(nèi)INS水平處于相對(duì)缺乏的狀態(tài)，使骨骼肌和脂肪等組織吸收和利用糖的能力降低，導(dǎo)致高血糖的發(fā)生。本研究通過(guò)對(duì)SD大鼠喂養(yǎng)高脂膳食的基礎(chǔ)上腹腔注射小劑量的STZ建立2型糖尿病大鼠模型6周后，與對(duì)照組相比，DMC組大鼠FPG顯著升高，血清INS含量雖然無(wú)顯著性升高，但是HOMA-IR顯著性升高。因此，DMC大鼠在FPG顯著升高的基礎(chǔ)上，伴隨胰島素抵抗，符合2型糖尿病的特征，從而說(shuō)明本研究所復(fù)制的2型糖尿病模型是成功的。

有氧運(yùn)動(dòng)是治療T2DM的重要手段，長(zhǎng)期的有氧運(yùn)動(dòng)可增加INS和胰島素受體的親和力，提高INS的敏感性，使骨骼肌對(duì)糖的攝取和利用明顯增加，從而顯著降低糖尿病患者空腹血糖和糖化血紅蛋白的水平[16-17]。雖然有不少研究證實(shí)補(bǔ)充Gln可以有效地控制糖尿病，但是目前有關(guān)補(bǔ)充Ala-Gln對(duì)糖尿病的干預(yù)作用的研究很少。有研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充Ala-Gln能顯著減輕重癥多發(fā)性損傷患者的IR程度，維持血糖的穩(wěn)態(tài)，顯著降低高血糖癥的發(fā)生率，從而降低胰島素的平均日劑量[18]。1型糖尿病患者在靜脈滴注20 g的Ala-Gln后2小時(shí)進(jìn)行150 min的高胰島素低血糖鉗夾實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ala-Gln雙肽能在胰島素引起低血糖反應(yīng)時(shí)激活胰高血糖素的分泌，減輕低血糖的癥狀[19]。這說(shuō)明補(bǔ)充Ala-Gln對(duì)維持血糖的穩(wěn)態(tài)具有一定的作用。補(bǔ)充LGln和Ala-Gln可以改善1型糖尿病大鼠血漿果糖胺的水平，但不能顯著降低FBG水平[20]。

為了進(jìn)一步探討有氧運(yùn)動(dòng)和Ala-Gln對(duì)T2DM的干預(yù)作用及其交互作用，本研究對(duì)T2DM大鼠進(jìn)行8周60 min無(wú)負(fù)重游泳運(yùn)動(dòng)或/和補(bǔ)充Ala-Gln進(jìn)行干預(yù)。雙因素方差分析結(jié)果顯示，有氧運(yùn)動(dòng)可使FBG含量和HOMA-IR極顯著降低（P＜0.01），INS含量有所增加，但無(wú)顯著性差異（P＞0.05）；補(bǔ)充Ala-Gln使FBG含量顯著降低（P＜0.05）；INS含量顯著增加（P＜0.05）；HOMA-IR有所降低，但無(wú)顯著性差異（P＞0.05）；有氧運(yùn)動(dòng)聯(lián)合Ala-Gln可使FBG含量和HOMA-IR進(jìn)一步降低，但無(wú)顯著性的交互作用（P＞0.05），對(duì)升高INS含量有顯著交互作用（P＜0.05）。這說(shuō)明長(zhǎng)期的有氧運(yùn)動(dòng)或補(bǔ)充Ala-Gln對(duì)降低T2DM大鼠的血糖具有顯著的效果，且有氧運(yùn)動(dòng)聯(lián)合補(bǔ)充Ala-Gln在一定程度上對(duì)T2DM的干預(yù)效果好于單純有氧運(yùn)動(dòng)或補(bǔ)充Ala-Gln。

GLP-1是由空腸末端及回、結(jié)腸的Langerhans細(xì)胞分泌的一種多肽類(lèi)激素，可促進(jìn)胰島β細(xì)胞的增殖，通過(guò)糖依賴(lài)的方式促進(jìn)胰島素的合成和分泌，抑制胰高血糖素及胃腸道蠕動(dòng)和胃液分泌，并可抑制食欲和延遲胃排空，從而降低血糖水平[21]。因此，GLP-1對(duì)于維持體內(nèi)葡萄糖的動(dòng)態(tài)平衡具有重要的調(diào)節(jié)作用。C肽是由胰島β細(xì)胞分泌，它雖然沒(méi)有INS降血糖的功能，但由胰島β細(xì)胞分泌的C肽和INS呈等分子關(guān)系，半衰期長(zhǎng)，且不被肝臟酶滅活，經(jīng)過(guò)腎臟從尿中直接排出體外。所以，血中C肽含量可更好地反映胰島β細(xì)胞分泌INS的功能[22]。有研究顯示，GLP-1和C肽呈正相關(guān)，空腹和餐后DM患者GLP-1的分泌顯著降低，說(shuō)明T2DM患者體內(nèi)內(nèi)源性GLP-1分泌低下[23]。而Gln在體內(nèi)扮演著一個(gè)觸發(fā)并促進(jìn) GLP-1釋放的角色，其促進(jìn) GLP-1分泌的能力是葡萄糖的2倍[24]。有研究表明，單次口服Gln可降低2型糖尿病患者的餐后血糖、升高C肽和Ins水平[25]；補(bǔ)充L-Gln可降低2型糖尿病患者餐后早期（0～60 min）血糖水平并升高餐后晚期胰島素水平，同時(shí)可促進(jìn)餐后活化型GLP-1的分泌[26]。Gln可使GLP-1的分泌水平升高而又不影響血糖水平，其機(jī)制可能是Gln通過(guò)糖異生作用生成葡萄糖，維持血糖平衡[27]。長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)或Gln補(bǔ)充可顯著增加GLP-1及INS的分泌量，降低FBG值。當(dāng)運(yùn)動(dòng)聯(lián)合補(bǔ)充Gln時(shí)，升高GLP-1及降低FPG的效應(yīng)較單純有氧運(yùn)動(dòng)或補(bǔ)充Gln時(shí)作用明顯，但對(duì)INS分泌的影響與單純運(yùn)動(dòng)或Gln補(bǔ)充相似[28]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與正常對(duì)照組相比，T2DM大鼠血清CP和GLP-1含量顯著降低（P＜0.05，P＜0.01），而有氧運(yùn)動(dòng)使T2DM大鼠血清C肽含量極顯著升高（P＜0.01），血清GLP-1含量有所增加，但無(wú)顯著性差異（P＞0.05）；補(bǔ)充Ala-Gln使T2DM大鼠血清GLP-1、C肽含量顯著增加（P＜0.05）；有氧運(yùn)動(dòng)聯(lián)合Ala-Gln對(duì)進(jìn)一步升高T2DM大鼠血清C肽、GLP-1含量有顯著交互作用（P＜0.05）。這說(shuō)明，在T2DM的發(fā)展過(guò)程中，內(nèi)源性GLP-1分泌能力顯著降低；有氧運(yùn)動(dòng)和補(bǔ)充Ala-Gln可能通過(guò)不同的機(jī)制促進(jìn)INS的分泌。補(bǔ)充Ala-Gln能有效促進(jìn)GLP-1的分泌，促進(jìn)胰島β細(xì)胞分泌INS增多；而有氧運(yùn)動(dòng)可能通過(guò)其它機(jī)制促進(jìn)INS的分泌，使機(jī)體組織對(duì)葡萄糖的吸收和利用能力增加，從而達(dá)到降低體內(nèi)血糖的效果，對(duì)T2DM有積極的治療作用。

4 結(jié)論

4.1 有氧運(yùn)動(dòng)或補(bǔ)充Ala-Gln對(duì)降低T2DM大鼠的血糖具有顯著的效果，且有氧運(yùn)動(dòng)聯(lián)合補(bǔ)充Ala-Gln在一定程度上對(duì)T2DM的干預(yù)效果好于單純有氧運(yùn)動(dòng)或補(bǔ)充Ala-Gln。

4.2 在T2DM的發(fā)展過(guò)程中，內(nèi)源性GLP-1分泌能力顯著降低；有氧運(yùn)動(dòng)和補(bǔ)充Ala-Gln通過(guò)不同的機(jī)制促進(jìn)INS的分泌。補(bǔ)充Ala-Gln能有效促進(jìn)GLP-1的分泌，促進(jìn)INS分泌增多，而有氧運(yùn)動(dòng)可能通過(guò)其它機(jī)制促進(jìn)INS的分泌。