有氧运动联合Ala-Gln对2型糖尿病的干预作用及其机制

盛卓娴金其贯 刘霞 武倩倩，3

1扬州大学体育学院（扬州 225127）2湖南师范大学体育学院（长沙 410012）3苏州丝绸中等专业学校（苏州 215228）

糖尿病（Diabetes Mellitus）是一种慢性代谢性疾病，以血液中谷氨酰胺（glutamine，Gln）含量的减少为特征[1]。在我国，糖尿病人群以2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）为主，高热量饮食和低运动的生活方式是造成T2DM患病率增加的最主要因素。有研究发现，在新疆地区，以高脂肪、高蛋白、低碳水化合物饮食为主的哈萨克族牧民T2DM患病率较低，而维吾尔族却是T2DM的高发民族[2-4]。其可能原因，在哈萨克族人群中，无论正常人还是糖尿病患者血浆中Gln含量均高于维吾尔族人[4]。

Gln是体液中最丰富的氨基酸之一，它不仅是小肠粘膜细胞和免疫系统代谢的主要能源，也是肝脏、肾脏糖异生的重要底物[5-6]。在T2DM患者中Gln向葡萄糖的转换增加，同时具有刺激肌肉糖原储存的功能[7]。用高脂膳食喂养可使C57BL/6J小鼠超重并发展为高血糖症，而高脂肪膳食中补充Gln可使小鼠体重下降，缓解高脂膳食诱导的高血糖症和高胰岛素血症[8]。葛学美[9-10]等进一步研究补充Gln对高脂饮食诱导 C57BL/6J小鼠形成T2DM的干预作用时发现，长期的高脂饮食能使小鼠产生高血糖及高胰岛素血症，骨骼肌中胰岛素受体（InsR）、胰岛素受体底物-1（IRS-1）和胰岛素受体底物-2（IRS-2）以及PI3K mRNA水平显著降低，而补充Gln能显著升高骨骼肌InsR、IRS-1、IRS-2和PI3K mRNA水平，明显降低高脂饮食所致的高血糖及高胰岛素血症，改善高脂膳食小鼠的胰岛素抵抗状态，对高脂膳食诱导的T2DM的形成具有显著的预防作用。Mauras[11]等研究发现，1型糖尿病的青少年患者口服谷氨酰胺后进行运动锻炼能显著降低血糖水平，且运动后夜间睡眠时的低血糖症累积发病率显著增加[10]。

但是，Gln水溶性差，其水溶液在长期储存时化学稳定性不足，特别在加热灭菌时可生成有毒的焦谷氨酸和氨，而丙氨酸-谷氨酰胺（alanyl glutamine，Ala-Gln）作为Gln供体，其稳定性和溶解性均有所增加，并且在胃肠道中不受抗营养因子的干扰，比游离氨基酸更易、更快地被机体吸收利用。Ala-Gln可以被体内的二肽酶水解成游离Ala和Gln，供组织蛋白质的合成，也可直接被肝脏、肾脏等组织器官利用，对维持血浆和细胞内Gln浓度，改善氮平衡，维持肠道功能，提高免疫功能具有非常重要的作用[12-13]。但是Ala-Gln对T2DM的干预作用目前研究较少，特别是Ala-Gln和有氧运动对T2DM的交互作用目前尚未见到研究报道。本研究通过对SD大鼠在高脂膳食饲养的基础上腹腔注射小剂量的STZ复制T2DM大鼠模型，采用交互设计的实验方案，对T2DM大鼠进行运动训练和/或补充Ala-Gln，通过检测各组大鼠血清中空腹血糖（fasting glucose，FBG）、胰岛素（insulin，INS）、C肽、胰高糖素样肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）含量，探讨运动训练和Ala-Gln的补充对T2DM的干预作用和交互作用及其机制，为T2DM的运动和营养干预提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 实验对象与饲养

清洁级雄性SD大鼠60只，4周龄，体重100～120 g，购自江苏大学实验动物中心，SCXK（苏）2013-0011。分笼饲养，每笼4～5只，环境温度23±2℃，自然光照，自由饮食，每天定时更换垫料。

1.2 实验分组与干预方案

适应3天后，随机抽取10只大鼠作为正常对照组（NC，n=10），其余大鼠喂饲高脂膳食（配方：基础饲料73.5%、猪油13%、胆固醇1%、胆盐0.5%、蔗糖8%、大豆粉4%），6周后，空腹注射小剂量的STZ（40 mg/kg体重），7天后测试FBG，当FBG≥11.1 mmol/L为建模成功。取40只建模成功的T2DM大鼠，随机分为糖尿病对照组（DMC，n=10）、糖尿病运动组（DME，n=10）、糖尿病+Ala-Gln干预组（DMAG，n=10）和糖尿病+Ala-Gln+运动组（DMEAG，n=10）4组。

NC和DMC组平时不进行运动训练；DME组进行无负重的游泳运动60 min，每周运动6天；DMAG组不进行运动训练，按照1.5 g/kg体重的剂量在固定时间灌服Ala-Gln，每周6次；DMEAG组每天进行无负重的游泳运动60 min，在每次训练结束30 min后按照1.5 g/kg体重的剂量灌服Ala-Gln，每周6次，共8周。

游泳训练在晚上7点进行，前1周进行适应性训练，游泳时间从15 min开始在1周之内过渡到60 min。游泳池为120 cm×80 cm×70 cm长方体塑料游泳水桶，水深50 cm、水温31±2℃。在训练过程中时刻观察大鼠状态，防止溺水死亡，并及时捞出大鼠粪便，保持水清洁卫生。

1.3 实验取材及样本处理

取材在末次运动训练后12 h进行，取材前禁水、禁食8 h。第二天早晨按照0.5 ml/kg剂量腹腔注射20%的乌拉坦麻醉，下腔静脉取血，血液4℃静置30 min后，4000 r/min，4℃离心10 min，吸取血清保存于-20℃冰箱。

FBG采用葡萄糖氧化酶法测定，测定仪器为日立全自动生化分析仪，在扬州市疾控中心测量。血清INS、C肽、GLP-1含量采用ELISΑ测定。并按照公式“空腹胰岛素（INS）×空腹血糖（FBG）/22.5”计算胰岛素抵抗指数（homeostasis model assessment of insulin resistance,HOMA-IR）[14]。

1.4 统计学分析

使用SPSS19.0统计软件处理数据，结果用均数±标准差来表示，DMC、DME、DMAG和DMEAG 4组进行双因素方差分析，DMC和NC组进行独立样本t检验，P＜0.05为显著性差异，P＜0.01为极显著性差异。

2 实验结果

2.1 各组大鼠血清FBG、INS含量和HOMA-IRMA-IR变化

由表1和表2可知，T2DM大鼠建模成功8周后，与NC组相比，DMC组FBG含量显著升高（P＜0.05），血清INS含量有所升高，但无显著性差异（P＞0.05），HOMAIR显著升高（P＜0.05）；双因素方差分析结果显示，有氧运动使T2DM大鼠FBG含量和HOMA-IR极显著降低（P＜0.01），血清INS含量有所升高，但无显著性差异（P＞0.05）；补充 Ala-Gln使 FBG 含量显著降低（P＜0.05），血清INS含量显著升高（P＜0.05），HOMA-IR有所降低，但无显著性差异（P＞0.05）；有氧运动联合Ala-Gln对降低FBG含量和HOMA-IR均无显著性的交互作用（P＞0.05），但对升高血清INS含量具有显著性的交互作用（P＜0.05）。

表1 各组大鼠FBG、血清INS含量及其HOMA-IR的变化

表2 FBG、INS和HOMA-IR双因素方差分析表

2.2 各组大鼠血清C肽、GLP-1含量变化

由表3和表4可知，T2DM大鼠建模成功8周后，与NC组相比，DMC组血清C肽和GLP-1含量显著降低（P＜0.05，P＜0.01）；双因素方差分析结果显示，有氧运动使T2DM血清C肽含量极显著升高（P＜0.01），血清GLP-1含量有所升高，但无显著性差异（P＞0.05）；补充Ala-Gln使血清C肽和GLP-1含量显著升高（P＜0.01，P＜0.05）；有氧运动联合Ala-Gln对升高血清C肽和GLP-1含量均无显著性的交互作用（P＞0.05）。

表3 各组大鼠血清C肽、GLP-1含量的变化

表4 血清C肽、GLP-1含量的双因素方差分析表

3 分析与讨论

T2DM是一种复杂的糖代谢疾病，在早期出现胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）和高血糖反应，后期出现胰岛素的分泌障碍[15]。由于T2DM患者体内胰岛素的分泌能力并非完全丧失，但作用效果较差，使患者体内INS水平处于相对缺乏的状态，使骨骼肌和脂肪等组织吸收和利用糖的能力降低，导致高血糖的发生。本研究通过对SD大鼠喂养高脂膳食的基础上腹腔注射小剂量的STZ建立2型糖尿病大鼠模型6周后，与对照组相比，DMC组大鼠FPG显著升高，血清INS含量虽然无显著性升高，但是HOMA-IR显著性升高。因此，DMC大鼠在FPG显著升高的基础上，伴随胰岛素抵抗，符合2型糖尿病的特征，从而说明本研究所复制的2型糖尿病模型是成功的。

有氧运动是治疗T2DM的重要手段，长期的有氧运动可增加INS和胰岛素受体的亲和力，提高INS的敏感性，使骨骼肌对糖的摄取和利用明显增加，从而显著降低糖尿病患者空腹血糖和糖化血红蛋白的水平[16-17]。虽然有不少研究证实补充Gln可以有效地控制糖尿病，但是目前有关补充Ala-Gln对糖尿病的干预作用的研究很少。有研究发现，补充Ala-Gln能显著减轻重症多发性损伤患者的IR程度，维持血糖的稳态，显著降低高血糖症的发生率，从而降低胰岛素的平均日剂量[18]。1型糖尿病患者在静脉滴注20 g的Ala-Gln后2小时进行150 min的高胰岛素低血糖钳夹实验，结果发现，Ala-Gln双肽能在胰岛素引起低血糖反应时激活胰高血糖素的分泌，减轻低血糖的症状[19]。这说明补充Ala-Gln对维持血糖的稳态具有一定的作用。补充LGln和Ala-Gln可以改善1型糖尿病大鼠血浆果糖胺的水平，但不能显著降低FBG水平[20]。

为了进一步探讨有氧运动和Ala-Gln对T2DM的干预作用及其交互作用，本研究对T2DM大鼠进行8周60 min无负重游泳运动或/和补充Ala-Gln进行干预。双因素方差分析结果显示，有氧运动可使FBG含量和HOMA-IR极显著降低（P＜0.01），INS含量有所增加，但无显著性差异（P＞0.05）；补充Ala-Gln使FBG含量显著降低（P＜0.05）；INS含量显著增加（P＜0.05）；HOMA-IR有所降低，但无显著性差异（P＞0.05）；有氧运动联合Ala-Gln可使FBG含量和HOMA-IR进一步降低，但无显著性的交互作用（P＞0.05），对升高INS含量有显著交互作用（P＜0.05）。这说明长期的有氧运动或补充Ala-Gln对降低T2DM大鼠的血糖具有显著的效果，且有氧运动联合补充Ala-Gln在一定程度上对T2DM的干预效果好于单纯有氧运动或补充Ala-Gln。

GLP-1是由空肠末端及回、结肠的Langerhans细胞分泌的一种多肽类激素，可促进胰岛β细胞的增殖，通过糖依赖的方式促进胰岛素的合成和分泌，抑制胰高血糖素及胃肠道蠕动和胃液分泌，并可抑制食欲和延迟胃排空，从而降低血糖水平[21]。因此，GLP-1对于维持体内葡萄糖的动态平衡具有重要的调节作用。C肽是由胰岛β细胞分泌，它虽然没有INS降血糖的功能，但由胰岛β细胞分泌的C肽和INS呈等分子关系，半衰期长，且不被肝脏酶灭活，经过肾脏从尿中直接排出体外。所以，血中C肽含量可更好地反映胰岛β细胞分泌INS的功能[22]。有研究显示，GLP-1和C肽呈正相关，空腹和餐后DM患者GLP-1的分泌显著降低，说明T2DM患者体内内源性GLP-1分泌低下[23]。而Gln在体内扮演着一个触发并促进 GLP-1释放的角色，其促进 GLP-1分泌的能力是葡萄糖的2倍[24]。有研究表明，单次口服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]；补充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岛素水平，同时可促进餐后活化型GLP-1的分泌[26]。Gln可使GLP-1的分泌水平升高而又不影响血糖水平，其机制可能是Gln通过糖异生作用生成葡萄糖，维持血糖平衡[27]。长期有氧运动或Gln补充可显著增加GLP-1及INS的分泌量，降低FBG值。当运动联合补充Gln时，升高GLP-1及降低FPG的效应较单纯有氧运动或补充Gln时作用明显，但对INS分泌的影响与单纯运动或Gln补充相似[28]。本研究结果发现，与正常对照组相比，T2DM大鼠血清CP和GLP-1含量显著降低（P＜0.05，P＜0.01），而有氧运动使T2DM大鼠血清C肽含量极显著升高（P＜0.01），血清GLP-1含量有所增加，但无显著性差异（P＞0.05）；补充Ala-Gln使T2DM大鼠血清GLP-1、C肽含量显著增加（P＜0.05）；有氧运动联合Ala-Gln对进一步升高T2DM大鼠血清C肽、GLP-1含量有显著交互作用（P＜0.05）。这说明，在T2DM的发展过程中，内源性GLP-1分泌能力显著降低；有氧运动和补充Ala-Gln可能通过不同的机制促进INS的分泌。补充Ala-Gln能有效促进GLP-1的分泌，促进胰岛β细胞分泌INS增多；而有氧运动可能通过其它机制促进INS的分泌，使机体组织对葡萄糖的吸收和利用能力增加，从而达到降低体内血糖的效果，对T2DM有积极的治疗作用。

4 结论

4.1 有氧运动或补充Ala-Gln对降低T2DM大鼠的血糖具有显著的效果，且有氧运动联合补充Ala-Gln在一定程度上对T2DM的干预效果好于单纯有氧运动或补充Ala-Gln。

4.2 在T2DM的发展过程中，内源性GLP-1分泌能力显著降低；有氧运动和补充Ala-Gln通过不同的机制促进INS的分泌。补充Ala-Gln能有效促进GLP-1的分泌，促进INS分泌增多，而有氧运动可能通过其它机制促进INS的分泌。