谷氨酰胺对高脂饮食诱导C57BL/6J小鼠肥胖和胰岛素抵抗的影响*

郭冰冰， 蒋新液， 裴晶晶， 章 恒， 邱 婷， 卫雅蓉

(南京医科大学附属无锡妇幼保健院儿保科， 江苏 无锡 214000)

肥胖作为全球最常见的流行病之一，严重威胁人群的健康和生活质量。大量研究表明肥胖是引发胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)的最主要因素，而IR是高血压、2型糖尿病、高脂血症及动脉粥样硬化等代谢性疾病的基础[1-2]。谷氨酰胺(L-glutamine，Gln)作为人体内最为丰富的氨基酸之一，具有维持机体氮平衡、保护肠黏膜屏障及改善免疫功能等多种生理生化作用。Opara等[3]的研究表明补充谷氨酰胺会使高脂饮食(high-fat diet,HFD)的C57BL/6J小鼠体重显著下降，同时改善了胰岛素抵抗水平；然而，Bock等[4]的研究报道指出补充谷氨酰胺并不能改善小鼠胰岛素抵抗水平及体重状态。因此，Gln对高脂饮食诱导的小鼠体重增加和胰岛素抵抗的改善作用还存在争议，有必要进行进一步研究。基于此，本实验用高脂饮食诱导小鼠肥胖和胰岛素抵抗，同时进行Gln干预，探讨Gln预防给药对小鼠体重和胰岛素抵抗的影响，为其防治提供新的依据。

材 料 和 方 法

1 动物

60只无特定病原体(specific pathogen free，SPF)级雄性C57BL/6野生型小鼠购自北京维通利华实验动物技术有限公司，动物合格证号为SCXK(京)2015-0001，4～5周龄，体重14～16 g，饲养于清洁动物房，自由进食，温度19～25 ℃，湿度(50±10)%，12 h交替照明的昼夜节律。实验前适应性喂养1周。

2 主要试剂和仪器

Gln和丙氨酸(L-alanine,Ala)购自Sigma；小鼠胰岛素(insulin，INS)、瘦素(leptin，LEP)、脂联素(adiponectin，APN)和胰高血糖素样肽1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)酶联免疫检测试剂盒(苏州卡尔文生物科技有限公司)；谷氨酰胺和丙氨酸试剂盒(南京建成生物工程研究所)。FA2004N型电子分析天平(上海精密仪器仪表有限公司)；Universal 320 R型台式低温高速离心机(Hettich)；血糖仪和血糖试纸(Roche)；酶标仪(BioTek)。

3 方法

3.1分组与处理 实验室适应性饲养1周后，将小鼠随机分为正常对照(normal control，NC)组、HFD组、HFD+Ala组和HFD+Gln组，每组15只； HFD+Ala组作为HFD+Gln组的对照。NC组给予普通饲料，其它3组给予高脂饲料。普通饲料配方为氨基酸12.6%、蔗糖13%、淀粉45.1%、麦芽糖糊精15%、纤维素5%、矿物质3.5%、豆油4%、维生素1%、碳酸氢钠0.7%和胆碱酒石酸盐0.3%；高脂饲料配方为氨基酸16.2%、蔗糖25.7%、棕榈酸18.3%、淀粉11.3%、麦芽糖糊精10.4%、纤维素6.4%、矿物质4.5%、豆油2.3%、猪油2.6%、维生素1%、碳酸氢钠0.5%和胆碱酒石酸盐0.25%，购于江苏省协同医药有限责任公司。HFD+Ala 和HFD+Gln组分别给予浓度为4%的丙氨酸和谷氨酰胺溶液，NC组和HFD组给予蒸馏水，各组实验动物自由摄食和饮水。每周测定小鼠体重1次，连续16周。

3.2实验指标 实验期间每周称重小鼠体重并记录，实验结束后，测每组小鼠体重，禁食不禁水12 h测定空腹血糖(fasting blood glucose，FBG)，剖腹取附睾脂肪垫并称重。采集小鼠血液，采用酶联免疫法检测小鼠血清INS、LEP、APN和GLP-1水平，并计算胰岛素抵抗指数(insulin resistance index，IRI)和胰岛素敏感指数(insulin sensitivity index，ISI)，IRI=INS(mIU/L)×FBG(mmol/L)/22.5，ISI=1/(INS×FBG)。

4 统计学处理

采用SAS 9.2软件进行统计分析，数据以均数±标准差(mean±SD)表示。多组间均值比较采用单因素方差分析(one-way ANOVA)，组间均值两两比较采用SNK法，以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1 谷氨酰胺对小鼠体重的影响

给予不同处理后，各组小鼠体重均呈现增长趋势，且分别与HFD组和HFD+Ala组小鼠比较，NC组和HFD+Gln组小鼠体重增长速度明显缓慢，HFD+Gln组表现出对体重增加较好的控制作用。从第12周开始，不同处理组小鼠体重的差异具有统计学显著性(P<0.05)，NC组体重增加明显低于HFD组和HFD+Ala组(P<0.05)；并且至给药16周，HFD+Gln组体重低于HFD组小鼠(P<0.05)，表现出良好的体重控制作用，见图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.

图1各组小鼠的体重变化

2 谷氨酰胺对小鼠肝重、附睾脂肪垫质量及其指数的影响

实验结束后，NC组小鼠附睾脂肪垫重量和附睾脂肪垫指数均显著低于其它3组(P<0.05)。HFD+Gln组附睾脂肪垫重量、附睾脂肪垫指数、肝重、肝脏指数与HFD组和HFD+Ala组的差异无统计学意义，见表1。

3 各组小鼠FBG、INS、IRI和ISI的比较

与NC组比较，HFD组FBG、INS和IRI均明显升高，ISI明显降低(P<0.05);与HFD组比较，HFD+Gln组的FBG及IRI明显下降,ISI明显升高(P<0.05)。HFD+Gln组的IRI及ISI水平与NC组和HFD+Ala组比较差异未见统计学显著性(P>0.05)，见表2。

4 谷氨酰胺对小鼠APN、LEP和GLP-1的影响

与NC组比较，其它3组APN水平均显著降低(P<0.05)，且其它3组间的差异无统计学显著性。HFD组的LEP水平显著高于NC组(P<0.05)。与HFD组比较，HFD+Gln组的LEP水平明显降低(P<0.05)。而4组小鼠血清GLP-1水平的差异无统计学显著性(P>0.05)，见表3。

表1 谷氨酰胺对小鼠附睾脂肪垫重量、肝重及其指数的影响

*P<0.05vsNC group.

表2谷氨酰胺对小鼠FBG、INS、IRI和ISI的影响

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谷氨酰胺对小鼠LEP、APN和GLP-1的影响

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.

讨 论

随着经济的飞速发展和人们生活方式的改变，肥胖和超重都以惊人的速度在全球范围内增长。作为一种能量摄入和消耗不平衡造成的慢性疾病，可对包括心、脑、肾脏、肝脏等在内的多个器官系统造成损伤，严重影响人类健康和阻碍社会经济的发展[5-6]。肥胖者糖、脂代谢紊乱和多种细胞因子、炎性因子的释放增加，使得机体的主要代谢器官长期处于低度炎症状态，降低了靶器官对胰岛素的敏感性，从而形成胰岛素抵抗及代谢改变综合征。众多报道显示与正常体重人群相比，肥胖人群更容易伴有胰岛素抵抗[7]。本研究结果显示，与正常对照组比较，高脂喂养小鼠体重、附睾脂肪含量显著增加，FBG、INS、IRI和LEP水平也显著升高，而ISI和血清APN水平显著降低，提示高脂喂养小鼠已出现肥胖且肥胖小鼠发生了胰岛素抵抗，与以往研究结果一致[8]。

谷氨酰胺是 L-谷氨酸经γ-羧基酰化生成的一种中性多功能氨基酸，是人体最为丰富的非必需氨基酸之一，占人体内氨基酸的60%，是目前广泛应用的营养补充剂。多项研究表明补充谷氨酰胺会对机体的某些内分泌激素和体质量产生一定的影响。巴西的一项研究指出补充谷氨酰胺诱导肥胖大鼠脂肪细胞产生胰岛素抵抗，同时也观察到大鼠脂肪量减少[9]。肥胖诱发胰岛素抵抗，同时胰岛素抵抗又进一步促进肥胖的发展，两者相辅相承，形成恶性循环。该研究还发现补充Gln组大鼠APN水平显著增加，而LEP水平下降。然而，Badole等[10]发现口服谷氨酰胺能显著降低糖尿病大鼠血糖，增加血浆和胰腺胰岛素分泌及血浆和结肠中GLP-1的分泌。新近一项研究首次将谷氨酰胺应用于6名意大利肥胖女性，结果表明在没有改变饮食和运动习惯的情况下，每天补充0.5 g/kg的谷氨酰胺4周可使体重和腰围显著下降[11]。因此，Gln的代谢调节作用尚有争议，造成结果不一致的原因可能与给药剂量、给药周期、实验动物选择不同等有关。

本次实验研究表明Gln干预组肥胖大鼠体重显著低于HFD组小鼠，表现出良好的体重控制作用。同时肥胖大鼠FBG、血清LEP和IRI均出现显著回降，血清APN显著升高。这说明Gln具有改善肥胖机体糖脂类代谢，升高APN水平，改善IR的作用，可能是谷氨酰胺减肥作用的机制之一。

多项研究发现谷氨酰胺可有效增加GLP-1分泌和体内胰岛素水平，改善血糖水平[12-13]。GLP-1可通过多种途径产生降低体重的作用，包括抑制胃肠蠕动和胃液分泌，抑制食欲及摄食，延缓胃内容物排空。此外，GLP-1还可作用于中枢神经系统(特别是下丘脑)，从而使人体产生饱胀感和食欲下降。但本实验结果显示谷氨酰胺并没有显著增加小鼠GLP-1水平，与以往研究结果不同， GLP-1是否参与谷氨酰胺的减肥降糖作用有待于进一步明确。

综上所述，谷氨酰胺可能通过多种物质协同作用，对体重和胰岛素抵抗有良好的控制作用，为肥胖患者的治疗提供了新思路。但对于谷氨酰胺确切的作用机制，还有待进一步研究。