游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)高脂飲食IR大鼠血脂代謝和AMPK蛋白表達(dá)的影響

張明耀蘇水軍

（1.嶺南師范學(xué)院體育科學(xué)學(xué)院 廣東 湛江 524048；2.廣東海洋大學(xué)體育與休閑學(xué)院 廣東 湛江 524088）

根據(jù)2019年國(guó)際糖尿病聯(lián)合會(huì)IDF發(fā)布的最新糖尿病調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全球20-79歲的成年人中，糖尿病患者數(shù)量約為4.63億人（患病率9.3%）。按目前的發(fā)展速度推算，到2030年全球成人糖尿病患者人數(shù)將增至5.78億，糖尿病已成為人類健康重大危害的慢性非傳染性疾病。研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病患者中，有95%以上屬于2型糖尿病，2型糖尿病的發(fā)病機(jī)制比較復(fù)雜，目前認(rèn)為胰島素抵抗(IR)是2型糖尿病發(fā)病的重要環(huán)節(jié)之一。研究表明，IR在2型糖尿病的發(fā)生和發(fā)展過程中具有重要的作用，是2型糖尿病的主要發(fā)病機(jī)制之一。已有大量研究表明，運(yùn)動(dòng)是防治糖尿病的重要手段，但其具體機(jī)制還有待進(jìn)一步探究。本研究以高脂飲食誘導(dǎo)IR大鼠模型，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)，觀察游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)IR大鼠血脂代謝和AMPK蛋白表達(dá)的影響，旨在為運(yùn)動(dòng)防治糖尿病提供科學(xué)依據(jù)。

1、材料與方法

1.1、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組

SPF級(jí)雄性SD大鼠30只（6周齡，體重120±20g），購(gòu)自廣東省醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心。動(dòng)物合格證號(hào)：SCKX（粵）2013-0002。適應(yīng)性喂養(yǎng)一周后，將大鼠隨機(jī)分為正常飲食對(duì)照組（ND，n=10），高脂飲食對(duì)照組（HFD，n=10），高脂飲食 + 運(yùn)動(dòng)組（HFD+EXE 組，n=10）。 ND普通飼料喂養(yǎng)，HFD和HFD+EXE采用高脂飼料喂養(yǎng)。大鼠分籠飼養(yǎng)，自由飲水?dāng)z食，每日添加足夠的飼料。室內(nèi)溫度為23-26℃，相對(duì)濕度40%-60%，自然光照。

1.2、運(yùn)動(dòng)方案

高脂飲食運(yùn)動(dòng)組 （HFD+EXE）大鼠進(jìn)行6次 /周，1次 /天，90min/次的無(wú)負(fù)重游泳運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間統(tǒng)一為每天晚上18:00-21:00。水溫30±2℃，水深＞65cm，保證平均每只老鼠擁有足夠的活動(dòng)面積（≥200cm2）。HFD+EXE大鼠開始運(yùn)動(dòng)第一周先進(jìn)行適應(yīng)性游泳，前兩天每天運(yùn)動(dòng)20min，之后每天逐步增加10-20min，從第二周起每天運(yùn)動(dòng)90min，總共運(yùn)動(dòng)8周。

1.3、取材與指標(biāo)檢測(cè)

（1）取材。

于第一次隨機(jī)分組后第10、18周，所有大鼠禁食12h后，隨機(jī)選取相應(yīng)組別大鼠進(jìn)行樣本采集。取材前測(cè)試并記錄每組大鼠體重、FBG等指標(biāo)后，行腹腔注射10%水合氯醛麻醉，劑量為0.30ml/100g，待大鼠麻醉后置于冰塊上，迅速采集大鼠血液、股四頭肌和腹腔脂肪等組織。腹主動(dòng)脈取血于抗凝管內(nèi)靜置1h后，4℃、3000轉(zhuǎn) /min，離心 10min，取血清分裝于 EP管，-20℃冰箱保存待測(cè)血液指標(biāo)（FINS、血脂四項(xiàng)、FFA等）。大鼠股四頭肌和腹腔脂肪組織用錫箔紙包裹放液氮灌中速凍，之后轉(zhuǎn)移至-80℃超低溫冰箱待測(cè)分子生物化學(xué)指標(biāo)AMPK，以上各實(shí)驗(yàn)步驟嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。

（2）指標(biāo)檢測(cè)。

于第10周、18周，所有大鼠禁食，空腹12h，檢測(cè)FBG、FINS等指標(biāo)。大鼠尾部靜脈取血，將老鼠置于潔凈操作臺(tái)，用溫水浸泡大鼠尾部，之后酒精消毒，剪尾采血，用羅氏快速血糖儀檢測(cè)FBG?？崭挂葝u素（FINS）和血脂（TG、TC、LDL-C、HDL-C）的檢測(cè)采用聯(lián)酶免疫吸附法進(jìn)行檢測(cè)，試劑盒購(gòu)于南京建成生物工程研究所，嚴(yán)格按照試劑盒說(shuō)明書進(jìn)行，AMPK蛋白表達(dá)采用Western Blot法。

1.4、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

運(yùn)用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)本研究中所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差（M±SD）表示，組間差異采用單因素方差分析，P＜0.05為顯著性差異，P＜0.01為非常顯著性差異。

2、結(jié)果

2.1、各組大鼠 FBG、FINS、HOMA-IR、ISI的變化

表1中的數(shù)據(jù)顯示，與ND組比，HFD組FBG、FINS和HOMA-IR均顯著升高（P＜0.05），而 ISI顯著降低（P＜0.05）。 與 HFD組相比，HDF+EXE 組 FBG、FINS 和 HOMA-IR 均顯著降低 （P＜0.01），ISI顯著升高（P＜0.01）。

表1 各組大鼠FBG、FINS、ISI和HOMA-IR的變化（M±SD,單位：mmol/L）

2.2、各組大鼠 FFA、TG、TC、HDL-C、LDL-C 的變化

表 2中的數(shù)據(jù)顯示，與正常 ND比，HFD組 FFA、TG、TC、LDL-C均顯著升高（P＜0.05）；而 HDL-C顯著降低（P＜0.05）。 與 HFD組相比，HFD+EXE 組大鼠 FFA、TG、TC、LDL-C 均顯著降低 （P＜0.01），而HDL-C 顯著升高（P＜0.05）。

表2 各組大鼠FFA、TG、TC、LDL-C和HDL-C的變化（M±SD 單位：mmol/L）

2.3、各組大鼠AMPK蛋白表達(dá)水平的變化

表3中的數(shù)據(jù)顯示，與ND組相比，HFD組大鼠骨骼肌和脂肪組織 AMPK蛋白表達(dá)均顯著下降（P＜0.01）；與 HFD相比，HFD+EXE組大鼠骨骼肌和脂肪組織AMPK蛋白表達(dá)均顯著升高（P＜0.01）。

表3 各組大鼠骨骼肌和脂肪組織AMPK蛋白表達(dá)的變化（M±SD）

3、討論

3.1、游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)IR大鼠血糖的影響

正常生理情況下，機(jī)體糖代謝的調(diào)節(jié)是由胰島素和胰高血糖素共同完成。進(jìn)食后，胰島素分泌增多，有利于細(xì)胞組織對(duì)葡萄糖的攝取利用，促進(jìn)糖合成，減少糖異生；饑餓時(shí)，胰高血糖素分泌增多，糖分解和糖異生加強(qiáng)。胰島素和胰高血糖素的協(xié)調(diào)控制維持著機(jī)體糖代謝的平衡。研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期高脂飲食能使動(dòng)物出現(xiàn)明顯的IR，本研究結(jié)果顯示（見表1），經(jīng)過長(zhǎng)期高脂飲食可誘導(dǎo)大鼠發(fā)生胰島素抵抗，與ND組相比，HFD組大鼠FBG、FINS和HOMA-IR均顯著性升高（P＜0.05），ISI 顯著降低（P＜0.05），說(shuō)明高脂飲食導(dǎo)致大鼠糖代謝出現(xiàn)異常。

以往研究表明，合理的運(yùn)動(dòng)鍛煉可以減輕體重，降低人和大鼠FBG、FINS，增加胰島素敏感性和糖耐量，改善胰島素抵抗癥狀。有研究顯示運(yùn)動(dòng)不僅可以減輕體重，還能增強(qiáng)胰島素敏感性，減少胰島素?cái)?shù)量，減輕高胰島素血癥。本研究結(jié)果顯示（見表1），與HFD組相比，HFD+EXE組，F(xiàn)BG、FINS和 HOMA-IR均顯著降低(P＜0.05)，ISI顯著升高(P＜0.05)。說(shuō)明游泳運(yùn)動(dòng)能使IR大鼠血清FINS水平和HOMA-IR顯著下降，ISI顯著升高，提高胰島素敏感性。游泳運(yùn)動(dòng)能夠改善IR大鼠血糖代謝狀況，可能與運(yùn)動(dòng)增加胰島素受體和受體底物數(shù)量，加強(qiáng)胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而提高胰島素敏感性，降低FINS；另外運(yùn)動(dòng)能夠促進(jìn)肝組織攝取、利用、合成及儲(chǔ)存葡萄糖，可以有效降低代謝血糖。

3.2、游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)IR大鼠血脂的影響

脂代謝與健康關(guān)系密切，脂代謝紊亂會(huì)引起超重、肥胖、胰島素抵抗等，高血脂癥容易導(dǎo)致各種心血管疾病的發(fā)生。目前研究表明，血漿中脂類水平的升高(主要是FFA和TG、LDL含量增加為主)，是導(dǎo)致IR的重要原因之一。FFA升高會(huì)抑制胰島素介導(dǎo)的葡萄糖的攝取、氧化和利用。本研究結(jié)果顯示（見表2），HFD組FFA、TG、TC和LDL-C水平均明顯高于ND組(P＜0.05)，而HDL-C明顯低于ND組(P＜0.05)，這與前人研究結(jié)果一致。提示長(zhǎng)期的高脂飲食攝入過多的能量，使體內(nèi)FFA和TG、TC、LDL-C含量升高，導(dǎo)致大鼠脂代謝異常。同時(shí)，與ND組相比（見表1），HFD組大鼠FINS、HOMA-IR均顯著升高(P＜0.05)，而ISI顯著降低，提示血脂濃度的改變可能導(dǎo)致大鼠胰島素敏感性降低，引發(fā)大鼠胰島素抵抗。

以往研究表明，運(yùn)動(dòng)可以改善機(jī)體的糖脂代謝，2周以上的有氧運(yùn)動(dòng)就有減肥、降低血脂和減輕胰島素抵抗的功效。8周以上的游泳運(yùn)動(dòng)不但具有減肥、降低血脂、改善胰島素敏感性的作用，而且還可以使2型糖尿病大鼠機(jī)體的高血糖水平明顯減低。本研究結(jié)果顯示（見表2），與HFD組比較，HFD+EXE組大鼠HDL-C顯著升高(P＜0.05)，F(xiàn)FA、TG、TC 和 LDL-C 水平均顯著降低（P＜0.05）。 提示運(yùn)動(dòng)能降低大鼠TG、TC和LDL-C水平，增加HDL-C含量。與HFD組相比 （見表1），HFD+EXE組ISI顯著升高，F(xiàn)INS和HOMA-IR均顯著降低（P＜0.05），提示運(yùn)動(dòng)能增加大鼠胰島素敏感性，降低空腹胰島素和胰島素抵抗指數(shù)。運(yùn)動(dòng)改善高脂飲食IR大鼠胰島素抵抗癥狀的機(jī)制可能是通過改善血清脂蛋白的成分比例，降低血脂F(xiàn)FA和TG濃度，減少FFA和TG對(duì)胰島素功能的抑制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.3、游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)IR大鼠AMPK蛋白表達(dá)的影響

AMPK被稱為細(xì)胞能量感受器，在骨骼肌、脂肪組織、肝臟和心肌等組織中均有表達(dá)，對(duì)調(diào)節(jié)糖脂代謝具有重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，AMPK可以通過非胰島素依賴型途徑調(diào)節(jié)糖脂代謝，增加骨骼肌中葡萄糖的攝取和脂肪酸的氧化。Stephens TJ等研究發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)骨骼肌細(xì)胞時(shí)，應(yīng)用AMPK作為特異性激活劑，能夠增加胰島素刺激后葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的能力。牛燕媚等在對(duì)胰島素抵抗小鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，有氧運(yùn)動(dòng)和飲食干預(yù)都可以有效增強(qiáng)Adiponectin-AMPK信號(hào)通路，改善機(jī)體的脂質(zhì)代謝紊亂。大量研究證明肌肉收縮、運(yùn)動(dòng)能激活A(yù)MPK，其原因涉及缺血、低氧、糖酵解、磷酸肌酸分解改變等多種因素；運(yùn)動(dòng)或骨骼肌收縮可以通過多種途徑激活A(yù)MPK。本研究結(jié)果顯示（見表1、3），與HDF組相比，HDF+EXE組大鼠骨骼肌和脂肪組織AMPK蛋白表達(dá)和ISI均顯著升高（P＜0.05），而FFA、TG、TC和LDL-C均顯著降低 （P＜0.05）。這可能是運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能夠激活A(yù)MPK，而激活的AMPK可以調(diào)節(jié)能量代謝，促進(jìn)葡萄糖的攝取、利用和脂肪酸的氧化，減少糖原合成與脂質(zhì)的堆積，特別是骨骼肌和肝臟脂肪的異位堆積；另外AMPK還可能通過非胰島素依賴途徑調(diào)節(jié)糖脂代謝，改善大鼠胰島素抵抗。

4、結(jié)論

長(zhǎng)期高脂飲食能誘導(dǎo)大鼠發(fā)生胰島素抵抗；8周游泳運(yùn)動(dòng)能夠明顯改善IR大鼠胰島素抵抗和血脂代謝，增加IR大鼠AMPK蛋白表達(dá)。