谷氨酰胺對高脂飲食誘導(dǎo)C57BL/6J小鼠肥胖和胰島素抵抗的影響*

郭冰冰， 蔣新液， 裴晶晶， 章 恒， 邱 婷， 衛(wèi)雅蓉

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬無錫婦幼保健院兒保科， 江蘇 無錫 214000)

肥胖作為全球最常見的流行病之一，嚴(yán)重威脅人群的健康和生活質(zhì)量。大量研究表明肥胖是引發(fā)胰島素抵抗(insulin resistance，IR)的最主要因素，而IR是高血壓、2型糖尿病、高脂血癥及動脈粥樣硬化等代謝性疾病的基礎(chǔ)[1-2]。谷氨酰胺(L-glutamine，Gln)作為人體內(nèi)最為豐富的氨基酸之一，具有維持機體氮平衡、保護腸黏膜屏障及改善免疫功能等多種生理生化作用。Opara等[3]的研究表明補充谷氨酰胺會使高脂飲食(high-fat diet,HFD)的C57BL/6J小鼠體重顯著下降，同時改善了胰島素抵抗水平；然而，Bock等[4]的研究報道指出補充谷氨酰胺并不能改善小鼠胰島素抵抗水平及體重狀態(tài)。因此，Gln對高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠體重增加和胰島素抵抗的改善作用還存在爭議，有必要進行進一步研究。基于此，本實驗用高脂飲食誘導(dǎo)小鼠肥胖和胰島素抵抗，同時進行Gln干預(yù)，探討Gln預(yù)防給藥對小鼠體重和胰島素抵抗的影響，為其防治提供新的依據(jù)。

材 料 和 方 法

1 動物

60只無特定病原體(specific pathogen free，SPF)級雄性C57BL/6野生型小鼠購自北京維通利華實驗動物技術(shù)有限公司，動物合格證號為SCXK(京)2015-0001，4～5周齡，體重14～16 g，飼養(yǎng)于清潔動物房，自由進食，溫度19～25 ℃，濕度(50±10)%，12 h交替照明的晝夜節(jié)律。實驗前適應(yīng)性喂養(yǎng)1周。

2 主要試劑和儀器

Gln和丙氨酸(L-alanine,Ala)購自Sigma；小鼠胰島素(insulin，INS)、瘦素(leptin，LEP)、脂聯(lián)素(adiponectin，APN)和胰高血糖素樣肽1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)酶聯(lián)免疫檢測試劑盒(蘇州卡爾文生物科技有限公司)；谷氨酰胺和丙氨酸試劑盒(南京建成生物工程研究所)。FA2004N型電子分析天平(上海精密儀器儀表有限公司)；Universal 320 R型臺式低溫高速離心機(Hettich)；血糖儀和血糖試紙(Roche)；酶標(biāo)儀(BioTek)。

3 方法

3.1分組與處理 實驗室適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后，將小鼠隨機分為正常對照(normal control，NC)組、HFD組、HFD+Ala組和HFD+Gln組，每組15只； HFD+Ala組作為HFD+Gln組的對照。NC組給予普通飼料，其它3組給予高脂飼料。普通飼料配方為氨基酸12.6%、蔗糖13%、淀粉45.1%、麥芽糖糊精15%、纖維素5%、礦物質(zhì)3.5%、豆油4%、維生素1%、碳酸氫鈉0.7%和膽堿酒石酸鹽0.3%；高脂飼料配方為氨基酸16.2%、蔗糖25.7%、棕櫚酸18.3%、淀粉11.3%、麥芽糖糊精10.4%、纖維素6.4%、礦物質(zhì)4.5%、豆油2.3%、豬油2.6%、維生素1%、碳酸氫鈉0.5%和膽堿酒石酸鹽0.25%，購于江蘇省協(xié)同醫(yī)藥有限責(zé)任公司。HFD+Ala 和HFD+Gln組分別給予濃度為4%的丙氨酸和谷氨酰胺溶液，NC組和HFD組給予蒸餾水，各組實驗動物自由攝食和飲水。每周測定小鼠體重1次，連續(xù)16周。

3.2實驗指標(biāo) 實驗期間每周稱重小鼠體重并記錄，實驗結(jié)束后，測每組小鼠體重，禁食不禁水12 h測定空腹血糖(fasting blood glucose，F(xiàn)BG)，剖腹取附睪脂肪墊并稱重。采集小鼠血液，采用酶聯(lián)免疫法檢測小鼠血清INS、LEP、APN和GLP-1水平，并計算胰島素抵抗指數(shù)(insulin resistance index，IRI)和胰島素敏感指數(shù)(insulin sensitivity index，ISI)，IRI=INS(mIU/L)×FBG(mmol/L)/22.5，ISI=1/(INS×FBG)。

4 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SAS 9.2軟件進行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示。多組間均值比較采用單因素方差分析(one-way ANOVA)，組間均值兩兩比較采用SNK法，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1 谷氨酰胺對小鼠體重的影響

給予不同處理后，各組小鼠體重均呈現(xiàn)增長趨勢，且分別與HFD組和HFD+Ala組小鼠比較，NC組和HFD+Gln組小鼠體重增長速度明顯緩慢，HFD+Gln組表現(xiàn)出對體重增加較好的控制作用。從第12周開始，不同處理組小鼠體重的差異具有統(tǒng)計學(xué)顯著性(P<0.05)，NC組體重增加明顯低于HFD組和HFD+Ala組(P<0.05)；并且至給藥16周，HFD+Gln組體重低于HFD組小鼠(P<0.05)，表現(xiàn)出良好的體重控制作用，見圖1。

Figure 1. The changes of body weight in the mice with different treatments. Mean±SD.n=15.*P<0.05vsNC group；#P<0.05vsHFD group；△P<0.05vsHFD+Ala group.

圖1各組小鼠的體重變化

2 谷氨酰胺對小鼠肝重、附睪脂肪墊質(zhì)量及其指數(shù)的影響

實驗結(jié)束后，NC組小鼠附睪脂肪墊重量和附睪脂肪墊指數(shù)均顯著低于其它3組(P<0.05)。HFD+Gln組附睪脂肪墊重量、附睪脂肪墊指數(shù)、肝重、肝臟指數(shù)與HFD組和HFD+Ala組的差異無統(tǒng)計學(xué)意義，見表1。

3 各組小鼠FBG、INS、IRI和ISI的比較

與NC組比較，HFD組FBG、INS和IRI均明顯升高，ISI明顯降低(P<0.05);與HFD組比較，HFD+Gln組的FBG及IRI明顯下降,ISI明顯升高(P<0.05)。HFD+Gln組的IRI及ISI水平與NC組和HFD+Ala組比較差異未見統(tǒng)計學(xué)顯著性(P>0.05)，見表2。

4 谷氨酰胺對小鼠APN、LEP和GLP-1的影響

與NC組比較，其它3組APN水平均顯著降低(P<0.05)，且其它3組間的差異無統(tǒng)計學(xué)顯著性。HFD組的LEP水平顯著高于NC組(P<0.05)。與HFD組比較，HFD+Gln組的LEP水平明顯降低(P<0.05)。而4組小鼠血清GLP-1水平的差異無統(tǒng)計學(xué)顯著性(P>0.05)，見表3。

表1 谷氨酰胺對小鼠附睪脂肪墊重量、肝重及其指數(shù)的影響

*P<0.05vsNC group.

表2谷氨酰胺對小鼠FBG、INS、IRI和ISI的影響

Table 2. The effects of L-glutamine (Gln) on fasting plasma glucose (FBG), insulin (INS), insulin resistance index (IRI) and insulin sensitivity index (ISI) in the mice (Mean±SD.n=15)

GroupFBG (mmol/L)INS (mIU/L)IRIISINC6.32±0.9340.40±8.5911.50±3.78-5.51±0.33HFD8.80±0.51?53.17±8.31?20.81±3.60?-6.14±0.61?HFD+Ala 8.66±0.84?50.58±8.2419.41±2.36?-6.07±0.17?HFD+Gln 7.46±0.78?#△44.91±6.1015.02±3.50#-5.80±0.22#

*P<0.05vsNC group；#P<0.05vsHFD group；△P<0.05vsHFD+Ala group.

表3谷氨酰胺對小鼠LEP、APN和GLP-1的影響

Table 3. The effects of L-glutamine (Gln) on leptin (LEP), adiponectin (APN) and glucagon-like peptide-1 (GLP-1) in the mice (Mean±SD.n=15)

GroupAPN (μg/L)LEP (μg/L)GLP-1 (pmol/L)NC78.26±14.18#△4.21±0.90#△5.26±0.89 HFD36.45±61.60?22.76±5.13?4.37±0.72 HFD+Ala 39.26±10.16?19.72±3.18?4.56±0.49HFD+Gln 47.08±11.50?15.90±2.62#4.93±0.77

*P<0.05vsNC group；#P<0.05vsHFD group；△P<0.05vsHFD+Ala group.

討 論

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人們生活方式的改變，肥胖和超重都以驚人的速度在全球范圍內(nèi)增長。作為一種能量攝入和消耗不平衡造成的慢性疾病，可對包括心、腦、腎臟、肝臟等在內(nèi)的多個器官系統(tǒng)造成損傷，嚴(yán)重影響人類健康和阻礙社會經(jīng)濟的發(fā)展[5-6]。肥胖者糖、脂代謝紊亂和多種細(xì)胞因子、炎性因子的釋放增加，使得機體的主要代謝器官長期處于低度炎癥狀態(tài)，降低了靶器官對胰島素的敏感性，從而形成胰島素抵抗及代謝改變綜合征。眾多報道顯示與正常體重人群相比，肥胖人群更容易伴有胰島素抵抗[7]。本研究結(jié)果顯示，與正常對照組比較，高脂喂養(yǎng)小鼠體重、附睪脂肪含量顯著增加，F(xiàn)BG、INS、IRI和LEP水平也顯著升高，而ISI和血清APN水平顯著降低，提示高脂喂養(yǎng)小鼠已出現(xiàn)肥胖且肥胖小鼠發(fā)生了胰島素抵抗，與以往研究結(jié)果一致[8]。

谷氨酰胺是 L-谷氨酸經(jīng)γ-羧基?；傻囊环N中性多功能氨基酸，是人體最為豐富的非必需氨基酸之一，占人體內(nèi)氨基酸的60%，是目前廣泛應(yīng)用的營養(yǎng)補充劑。多項研究表明補充谷氨酰胺會對機體的某些內(nèi)分泌激素和體質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。巴西的一項研究指出補充谷氨酰胺誘導(dǎo)肥胖大鼠脂肪細(xì)胞產(chǎn)生胰島素抵抗，同時也觀察到大鼠脂肪量減少[9]。肥胖誘發(fā)胰島素抵抗，同時胰島素抵抗又進一步促進肥胖的發(fā)展，兩者相輔相承，形成惡性循環(huán)。該研究還發(fā)現(xiàn)補充Gln組大鼠APN水平顯著增加，而LEP水平下降。然而，Badole等[10]發(fā)現(xiàn)口服谷氨酰胺能顯著降低糖尿病大鼠血糖，增加血漿和胰腺胰島素分泌及血漿和結(jié)腸中GLP-1的分泌。新近一項研究首次將谷氨酰胺應(yīng)用于6名意大利肥胖女性，結(jié)果表明在沒有改變飲食和運動習(xí)慣的情況下，每天補充0.5 g/kg的谷氨酰胺4周可使體重和腰圍顯著下降[11]。因此，Gln的代謝調(diào)節(jié)作用尚有爭議，造成結(jié)果不一致的原因可能與給藥劑量、給藥周期、實驗動物選擇不同等有關(guān)。

本次實驗研究表明Gln干預(yù)組肥胖大鼠體重顯著低于HFD組小鼠，表現(xiàn)出良好的體重控制作用。同時肥胖大鼠FBG、血清LEP和IRI均出現(xiàn)顯著回降，血清APN顯著升高。這說明Gln具有改善肥胖機體糖脂類代謝，升高APN水平，改善IR的作用，可能是谷氨酰胺減肥作用的機制之一。

多項研究發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺可有效增加GLP-1分泌和體內(nèi)胰島素水平，改善血糖水平[12-13]。GLP-1可通過多種途徑產(chǎn)生降低體重的作用，包括抑制胃腸蠕動和胃液分泌，抑制食欲及攝食，延緩胃內(nèi)容物排空。此外，GLP-1還可作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)(特別是下丘腦)，從而使人體產(chǎn)生飽脹感和食欲下降。但本實驗結(jié)果顯示谷氨酰胺并沒有顯著增加小鼠GLP-1水平，與以往研究結(jié)果不同， GLP-1是否參與谷氨酰胺的減肥降糖作用有待于進一步明確。

綜上所述，谷氨酰胺可能通過多種物質(zhì)協(xié)同作用，對體重和胰島素抵抗有良好的控制作用，為肥胖患者的治療提供了新思路。但對于谷氨酰胺確切的作用機制，還有待進一步研究。