有氧運(yùn)動(dòng)聯(lián)合黑果枸杞對(duì)高脂膳食大鼠心肌脂代謝某些指標(biāo)的影響*

崔笑梅，曹建民，張 靜, 周海濤△，牛衍龍，胡 戈，郭 嫻，李兆巖

(1.蘭州理工大學(xué)，甘肅 蘭州 730050；2.北京體育大學(xué)，北京 100084；3.北京聯(lián)合大學(xué)生物化學(xué)工程學(xué)院，北京 100023；4.北京聯(lián)合大學(xué)生物活性物質(zhì)與功能食品北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100191；5.贛南醫(yī)學(xué)院, 江西 贛州 341000；6.長(zhǎng)治醫(yī)學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046000)

2016年，《柳葉刀》刊發(fā)全球成年人體重調(diào)查報(bào)告指出我國(guó)已成為全球肥胖人口最多國(guó)家之一，以肥胖、血脂異常和高血脂為主要危險(xiǎn)因素的心血管疾病死亡率高居疾病死亡構(gòu)成首位[1]。研究表明，長(zhǎng)期高水平游離脂肪酸(free fatty acids，F(xiàn)FA)和脂質(zhì)代謝異?？梢l(fā)心肌炎癥反應(yīng)、心肌細(xì)胞凋亡以及心功能損傷[2]。合理營(yíng)養(yǎng)和科學(xué)運(yùn)動(dòng)是維系人類健康的兩大支柱。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)將二者科學(xué)、有機(jī)地結(jié)合應(yīng)用于改善人類肥胖、血脂異常給予高度關(guān)注。《晶珠本草》記載，黑果枸杞可用于治療心熱病、心臟病。有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)高脂飲食大鼠竇房結(jié)結(jié)構(gòu)及心功能具有保護(hù)作用的同時(shí)對(duì)肥胖炎癥狀態(tài)亦具有良好抗炎效應(yīng)[3-4]。本研究采用有氧運(yùn)動(dòng)聯(lián)合黑果枸杞對(duì)高脂膳食大鼠進(jìn)行干預(yù)，探討有氧運(yùn)動(dòng)聯(lián)合黑果枸杞預(yù)防、緩解和治療高脂膳食大鼠脂代謝異常及對(duì)心臟的保護(hù)作用，為將運(yùn)動(dòng)與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)有機(jī)地結(jié)合應(yīng)用于改善肥胖、血脂異常提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

55只Wistar大鼠(清潔級(jí)，雄性，6周齡，平均體重(195.3±12.4)g，北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)部提供[SCXK(京)2016-0010])。北京體育大學(xué)SPF級(jí)屏障系統(tǒng)(SYXK京2016-033)下飼養(yǎng)，室內(nèi)溫度控制在20～24℃，相對(duì)濕度控制在55%～75%，晝夜明暗交替時(shí)間：12/12 h。

1.2 試驗(yàn)用藥

黑果枸杞(Lyciumruthenicum)，產(chǎn)自甘肅張掖，深圳金瑞豐生物科技有限公司饋贈(zèng)，批號(hào)190218。將100 g黑果枸杞以常溫浸漬法制備1 g/ml溶液后，4℃冰箱避光冷藏，待灌胃前根據(jù)所需濃度稀釋[5]。

1.3 主要儀器

FA2004N電子天平(上海精密儀器有限公司)；NR-B17CC型超低溫冰箱(日本松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社)；電子組織勻漿器(美國(guó)Kimble公司)；LG 10-3A高速冷凍離心機(jī)(北京醫(yī)用離心機(jī)廠)；STAT FAX 2100全自動(dòng)酶標(biāo)儀(美國(guó)Awareness公司)；ALCYON300全自動(dòng)生化分析儀(美國(guó)Abbott公司)。

1.4 動(dòng)物分組

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物購(gòu)入后，經(jīng)過(guò)為期4 d的適應(yīng)性飼養(yǎng)，再以20 min/d的訓(xùn)練量進(jìn)行為期3 d的游泳訓(xùn)練，淘汰不符合實(shí)驗(yàn)要求的大鼠后，將符合實(shí)驗(yàn)要求的50只大鼠按體重分為5組(隨機(jī)數(shù)字法)，每組10只：普通膳食+安靜組(RDC組)、高脂膳食+安靜組(HDC組)、高脂膳食+有氧運(yùn)動(dòng)組(HDM組)、高脂膳食+黑果枸杞+安靜組(HDLC組)和高脂膳食+黑果枸杞+有氧運(yùn)動(dòng)組(HDLM)。各組大鼠每天自由攝食飲水。普通膳食組大鼠以普通飼料喂養(yǎng)；高脂膳食各組以高脂飼料喂養(yǎng)；黑果枸杞各組根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)及參考文獻(xiàn)[5]確定最佳劑量為4.48 g/(kg·d)、體積為5 ml/kg，每次訓(xùn)練前0.5 h以此劑量給予灌胃，每天1次，其余各組均以等體積蒸餾水灌胃。有氧運(yùn)動(dòng)各組大鼠按照?qǐng)D1的訓(xùn)練方案進(jìn)行無(wú)負(fù)重游泳訓(xùn)練，其他組無(wú)任何運(yùn)動(dòng)干預(yù)。

Fig. 1 Swimming training program of rats(min)

1.5 Lee’s 指數(shù)測(cè)定

1.6 生化指標(biāo)測(cè)定

血清FFA、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6，IL-6)及心肌組織FFA、細(xì)胞間粘附分子-1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)采用ELISA法測(cè)定。血清甘油三脂(triglyceride，TG)、總膽固醇(total cholesterol，TC)、高密度蛋白膽固醇(high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C)、低密度蛋白膽固醇(low density lipoprotein cholesterol，LDL-C)采用全自動(dòng)生化分析儀測(cè)定。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在末次訓(xùn)練結(jié)束，禁食(不禁水)12 h后，烏拉坦適度麻醉，心尖取血以制備血清(37℃自然凝固，待血清出現(xiàn)后，冰箱冷藏24 h，4℃、3 000 r/min離心10 min，取上清液)，稍后迅速取出心臟，去除非心臟組織后以預(yù)冷的生理鹽水沖洗，濾紙吸干表面水份后，取部分左心室心肌組織剪成小塊后稱取重量，根據(jù)組織重量∶體積=1∶9的比例置于預(yù)冷的生理鹽水中洗凈血污，隨后充分研磨制成10%的心肌組織勻漿液，5 000 r/min離心5 min取上層清液待測(cè)。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

根據(jù)2×2析因設(shè)計(jì)的方差分析，將HDC組、HDLC組、HDM組及HDLM組大鼠的Lee’s指數(shù)、血清和心肌相關(guān)生化指標(biāo)等數(shù)據(jù)納入分析。

2 結(jié)果

2.1 各組大鼠Lee’s 指數(shù)

Lee’s指數(shù)，各組大鼠實(shí)驗(yàn)正式開始前不存在顯著性差異(P>0.05)；實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，各組大鼠雖有部分組別出現(xiàn)小幅波動(dòng)但總體上均不同程度升高；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，HDC組較RDC組顯著升高(P< 0.01)，HDLC組、HDM組、HDLM組較HDC組均顯著降低(P<0.05或P<0.01)；HDLM組較HDLC組、HDM組均顯著性降低(P<0.05，表1)。

Tab. 1 Changes of Lee's index of each group n=10)

2.2 各組大鼠血清FFA、TNF-α、IL-6，心肌FFA、ICAM-1含量的變化

為期6周實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，血清FFA、TNF-α、IL-6及心肌FFA、ICAM-1含量，HDC組較RDC組均顯著升高(P<0.01)；HDLC、HDM、HDLM組較HDC組均顯著降低(P<0.05或P<0.01)；HDLM組較HDLC組、HDM組顯著降低(P<0.05，表2)。

Tab. 2 Changes of serum FFA, TNF-α, IL-6, myocardial FFA, ICAM-1 contents in rats of each n=10)

2.3 各組大鼠血脂變化

至6周實(shí)驗(yàn)結(jié)束，血清TC、TG、LDL-C水平，HDC組較RDC組均顯著升高(P<0.01)；HDLC、HDM、HDLM組較HDC組均顯著降低(P<0.05或P<0.01)；HDLM組較HDLC組、HDM組均顯著降低(P<0.05)。血清HDL-C水平，HDC組較RDC組顯著降低(P<0.01)；HDLC、HDM、HDLM組較HDC組均顯著升高(P<0.05或P<0.01)；HDLM組較HDLC組、HDM組均顯著升高(P<0.05，表3)。

Tab. 3 Changes of blood lipid in rats of each group(mmol/L, n=10)

3 討論

Lee's指數(shù)可以有效反映成年大鼠肥胖程度[6]。FFA不僅是細(xì)胞代謝重要能量來(lái)源，同時(shí)在脂代謝調(diào)節(jié)中亦發(fā)揮著重要作用。正常生理狀態(tài)下，血液循環(huán)系統(tǒng)中FFA含量極少。體內(nèi)濃度異常增高的FFA在超出脂肪組織容積及各組織器官氧化能力后，將會(huì)進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)或以對(duì)機(jī)體有害的非氧化代謝途徑酯化為甘油三酯，異位沉積于心臟等非脂肪組織器官[7]。異常增多的FFA不僅會(huì)對(duì)細(xì)胞膜、線粒體等造成危害和損傷，還會(huì)在增強(qiáng)細(xì)胞因子毒性的同時(shí)刺激體內(nèi)脂肪組織釋放TNF-α、IL-6等多種炎癥因子引發(fā)慢性炎癥反應(yīng)。二者共同作用下，心臟等器官長(zhǎng)期處于低度慢性炎癥反應(yīng)狀態(tài)，進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞功能障礙或凋亡[8]。TNF-α作為重要的致炎因子和免疫調(diào)節(jié)因子在生長(zhǎng)調(diào)節(jié)、細(xì)胞毒性、神經(jīng)內(nèi)分泌中均扮演重要角色。IL-6不僅參與機(jī)體炎癥反應(yīng)，更在調(diào)節(jié)能量代謝平衡中發(fā)揮重要作用。炎癥過(guò)程中，約15%～30%的IL-6由脂肪組織產(chǎn)生。二者已成為評(píng)價(jià)炎癥反應(yīng)的主要指標(biāo)[4]。血管內(nèi)皮細(xì)胞(vascular endothelial cell，VEC)作為循環(huán)血液與血管壁平滑肌間天然屏障的同時(shí)又是血液和組織間物質(zhì)交換通道，其結(jié)構(gòu)的完整及功能的正常對(duì)于維持血管通透性屏障、免疫防御及炎性反應(yīng)均具有重要意義。VEC損傷是多種慢性疾病的共同生理變化，也是包括動(dòng)脈硬化在內(nèi)的多種心血管疾病的初始發(fā)病機(jī)制[9]。ICAM-1作為心血管功能關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在心血管疾病發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。正常狀態(tài)下，其在靜息VEC上呈低水平表達(dá)，但高水平FFA可刺激并激活VEC，啟動(dòng)相關(guān)信號(hào)通路，顯著上調(diào)ICAM-1表達(dá)，參與內(nèi)皮細(xì)胞損傷[10-11]。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，HDC組大鼠由于長(zhǎng)期高脂膳食且缺乏有效運(yùn)動(dòng)，能量攝入遠(yuǎn)超消耗，Lee’s指數(shù)(肥胖程度)和血脂水平較RDC組發(fā)生顯著改變。同時(shí)大鼠體內(nèi)過(guò)剩能量超過(guò)脂肪組織生理調(diào)節(jié)和儲(chǔ)存能力以FFA的形式溢出，進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)，導(dǎo)致血液中FFA濃度異常升高，并異位沉積于心肌組織，誘發(fā)心肌脂毒性的同時(shí)刺激體內(nèi)脂肪組織和心肌組織釋放炎癥因子。VEC在高濃度FFA及炎癥反應(yīng)的共同刺激下被激活，ICAM-1表達(dá)增加。而通過(guò)有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)，HDM組大鼠Lee’s指數(shù)(肥胖程度)和血脂水平較HDC組發(fā)生顯著改變；脂質(zhì)代謝異常、炎癥反應(yīng)及脂毒性有效改善。有氧運(yùn)動(dòng)可以有效增強(qiáng)機(jī)體能量消耗、提高組織氧化脂肪酸能力、促進(jìn)肌肉組織對(duì)FFA、TG等的攝取和利用，使能量攝入/消耗趨于平衡，改善脂質(zhì)代謝異常和肥胖程度，抑制炎癥反應(yīng)及心肌脂毒性，降低心肌組織ICAM-1的高表達(dá)，改善血管內(nèi)皮功能，保護(hù)心肌結(jié)構(gòu)和功能的正常[12-14]。

黑果枸杞富含多種天然功效成分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，HDLC組大鼠Lee’s指數(shù)(肥胖程度)和血脂水平較HDC組均發(fā)生明顯改變，炎癥反應(yīng)及脂毒性均有效緩解。其機(jī)制可能為：(1)黑果枸杞中原花青素[11]、黃酮[15]、多糖[16]均可有效降低高脂膳食大鼠血液循環(huán)系統(tǒng)及心臟、肝臟等器官中異常升高的FFA水平。(2)花色苷[17]、原花青素[11]、多糖[18]均具有降低TNF-α、IL-6等炎癥因子含量，抑制炎癥反應(yīng)及保護(hù)相關(guān)組織結(jié)構(gòu)/功能的作用。(3)花色苷[19]、原花青素[20]、黃酮[15]、多糖[21]均具有良好的抗氧化能力，一方面可以維持和提高組織對(duì)脂肪酸的氧化能力，另一方面可以通過(guò)提高心肌組織中抗氧化酶的活性,抑制和緩解源自高脂的自由基產(chǎn)生的脂質(zhì)過(guò)氧化，保護(hù)細(xì)胞膜的流動(dòng)性和通透性及其功能的完整性與穩(wěn)定性，緩解氧化應(yīng)激及炎性細(xì)胞因子的過(guò)度生成。

本研究發(fā)現(xiàn)有氧運(yùn)動(dòng)聯(lián)合黑果枸杞的干預(yù)效果明顯優(yōu)于有氧運(yùn)動(dòng)或黑果枸杞的單一干預(yù)：與HDLC、HDM組比較，HDLM組Lee’s指數(shù)(肥胖程度)，血清FFA、TNF-α、IL-6、TC、TG、LDL-C，心肌FFA、ICAM-1顯著降低；血清HDL-C水平顯著升高。有氧運(yùn)動(dòng)和/或黑果枸杞干預(yù)，可以通過(guò)有效增強(qiáng)機(jī)體能量消耗、提高組織對(duì)脂肪酸的氧化能力、促進(jìn)肌肉組織對(duì)FFA、TG等的攝取和利用，使能量攝入/消耗趨于平衡，有效改善脂質(zhì)代謝異常，抑制血液循環(huán)系統(tǒng)與心臟中FFA的濃度的升高及脂毒性引發(fā)的炎癥反應(yīng)，降低心肌組織ICAM-1表達(dá)。其中聯(lián)合干預(yù)最為有效。本研究對(duì)于更好的踐行“運(yùn)動(dòng)是良醫(yī)/良藥”以及將運(yùn)動(dòng)與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)有機(jī)地結(jié)合應(yīng)用于改善人類因營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩、久坐不動(dòng)導(dǎo)致的肥胖、血脂異常及相關(guān)疾病具有重要意義。