运动结合低氧对胰岛素抵抗大鼠血清TNF-α和脂联素的影响

范锦勤 翁锡全 林文弢

(1韶关学院体育学院，广东 韶关 512005；2广州体育学院)

慢性非传染性疾病(CNCDs)已经成为我国居民死亡的头号杀手，社会老龄化、城镇化加剧、饮食习惯不当、不良的生活方式及运动减少等多方面因素综合起来造成了慢性病致死呈现井喷状态〔1,2〕。身体活动不足和高盐、高脂等不健康饮食是我国居民慢性病发生、发展的主要行为危险因素〔3〕。胰岛素抵抗是众多CNCDs滋生的“共同土壤”，而随着肥胖因素在致CNCDs的重要作用被逐渐深入认识，脂肪组织的内分泌功能紊乱在胰岛素抵抗中所起的作用也受到了关注。脂肪组织可分泌多种脂肪因子，包括白细胞介素-6、肿瘤坏死因子(TNF)-α、脂联素、瘦素及抵抗素等，它们在调节机体胰岛素敏感性和能量代谢方面发挥重要作用。有研究表明低氧刺激可促进机体脂肪分解，调节脂代谢〔4,5〕，而规律的有氧运动可改善脂代谢和提高组织对胰岛素的敏感性已得到肯定，但低氧暴露结合运动刺激对胰岛素抵抗机体的脂肪因子影响的报道还较为鲜见。现拟用高脂膳食诱导建立胰岛素抵抗大鼠模型，随后采用有氧运动结合间歇低氧暴露的干预措施，观察、分析大鼠体成分、血清 TNF-α和脂联素的变化，为胰岛素抵抗的预防、改善和治疗提供数据参考。

1 材料与方法

1.1实验对象与干预方案

1.1.1胰岛素抵抗大鼠模型建立 6周龄健康SD雄性大鼠92只(购自南方医科大学动物中心，粤监证字：2006A064)，体重为(170.80±7.18)g，分笼饲养，保持室温约25℃，相对湿度约55%，自然昼夜节律光照，更换垫料2～3次/w，适应环境1 w后开始大鼠建模。

参考潘哲浩等〔6〕的动物造模方法和判定标准，将大鼠分为对照组(28只，噬齿类动物标准饲料喂养)和建模组(64只，高脂饲料喂养，高脂饲料成分为：基础饲料59.4%、糖20%、猪油15%、蛋黄粉5%、矿物质0.25%、胆盐0.2%、氯化胆碱0.15%)，均自由摄食饮水，记录每日每笼摄食量和每周日称大鼠体重。第6周末，各从两组中随机抽取8只大鼠，禁食12 h后，测量大鼠空腹血糖和空腹胰岛素，随后以2 g/(kg体重)的剂量标准进行糖耐量试验，并按照相关公式来计算胰岛素敏感指数和胰岛素抵抗指数〔7〕。发现第6周时，模型组大鼠的各项指标与对照组相比，均有显著性差异(P<0.05)，提示胰岛素抵抗大鼠造模成功。

1.1.2动物分组和干预方案 随机选取造模成功的大鼠48只，并随机分组进行为期4 w的运动和(或)间歇低氧干预。高脂膳食常氧安静组(HNC组)12只，采用高脂膳食，常氧饲养，不进行运动和低氧干预；高脂膳食低氧安静组(HHC组)12只，采用高脂膳食，每天4 h低氧刺激(O2浓度为14.5%)，其余时间常氧下饲养；高脂膳食常氧运动组(HNE组)12只，采用高脂膳食，每天跑台运动1 h(速度为25 m/min，5 d/w)，常氧条件下饲养和运动；高脂膳食间歇低氧运动组(HHE组)12只，采用高脂膳食，每天4 h低氧刺激(O2浓度为14.5%)，且常氧下跑台运动1 h(速度为25 m/min，5 d/w)。

1.2样品采集 在末次运动干预后24 h取材，期间所有大鼠经12 h禁食，用10%水合氯醛按300 mg/(kg体重)剂量行腹腔注射麻醉，腹主动脉采血，室温静置60 min后以3 500 r/min离心15 min，分离血清后将其移至-70℃冰箱中保存待测。取血后，剥离出完整附睾脂肪垫、肾周脂肪垫、股四头肌、腓肠肌，用预冷生理盐水洗净血液，滤纸吸干组织表面水分后称重。

1.3指标测试 用电子天平分别称量大鼠的体重、肾周脂肪、附睾脂肪、股四头肌和腓肠肌质量(精确至0.1 g)，并计算脂肪总质量与肌肉总质量比值。TNF-α和脂联素的酶联免疫吸附试验(ELISA)试剂盒购自美国ADL公司，测试仪器为RT-2100C型多功能酶标仪。指标均由实验室专业技术人员检测，操作步骤严格依据试剂盒说明书进行。

1.4数据分析 采用 SPSS17.0软件进行单因素方差分析检验。

2 结 果

干预4 w后，各组大鼠的体重均有增加，与HNC组比较，其余3组体重增长较少(P<0.05或P<0.01)，且表现为HHE组

表1 各组干预后体重增长、脂肪/肌肉比值及血清TNF-α、脂联素比较

3 讨 论

有研究证实〔9,10〕，低氧刺激可改善大鼠的胰岛素敏感性，提高其血清和骨骼肌的抗氧化能力。Yin等〔5〕的研究表明，低氧暴露可抑制脂肪组织中的胰岛素信号途径，使葡萄糖的摄取和利用减少，调节体脂。李旭武等〔8〕采用每天4 h的14.5%O2暴露结合每天1 h的25 m/min 的跑台运动干预，发现4 w干预可使胰岛素抵抗大鼠的体重、肾周脂肪重量、附睾脂肪重量及血清的脂代谢指标下降(P均<0.05)。

本研究结果提示，单纯的低氧暴露或有氧运动刺激，即可改变胰岛素抵抗大鼠在高脂饮食下的体重增长速度，改变机体脂肪与肌肉的比例，而单一的有氧运动刺激较单纯的低氧暴露刺激在降低体重增长和改善脂肪/肌肉比值方面更具效果。如将这两种手段结合，则起到了效果叠加的作用，这与相关研究成果一致〔5,8,10〕，可能是与有氧运动更多地动用了脂肪分解供能，而低氧暴露又可促进脂肪分解，两者共同减少了胰岛素抵抗大鼠的体脂有关。

有研究〔11〕发现，TNF-α和脂联素均可由脂肪细胞分泌，且化学结构相似，共用一个信号通道，均参与了机体胰岛素抵抗的发生发展过程，但发挥的生物学作用却截然相反。蔡文博等〔12〕认为，胎盘中的TNF-α高表达和脂联素低表达参与了妊娠期糖尿病的发生、发展过程。两者在胰岛素抵抗过程中的相互作用是当今研究的热点。

TNF-α是肥胖相关2型糖尿病中胰岛素抵抗发生的中心环节。 Stanley等〔13〕的研究发现，给予TNF-α 拮抗剂依那西普后，肥胖的2 型糖尿病患者出现了血糖下降、脂联素水平升高的现象。Kern等〔14〕的研究证实了胰岛素敏感指数与TNF-α浓度呈负相关。研究表明〔15〕，运动训练通过降低体脂来减少TNF-α含量，增强外周组织的胰岛素敏感性。本研究中血清TNF-α含量的变化趋势与胰岛素抵抗大鼠的体重及脂肪/肌肉比值的变化趋势是一致的，提示着4 w低氧暴露或4 w有氧运动干预均降低了胰岛素抵抗大鼠血清TNF-α含量，估计这与两种干预手段均可增强胰岛素抵抗大鼠的脂肪代谢，降低了大鼠的体脂有关。

脂联素是一种由脂肪组织产生的特异性激素〔16〕，Mangge等〔17〕报道，内脏脂肪的堆积可产生抑制脂联素生成的因子，导致胰岛素敏感性下降、血压升高和动脉粥样硬化等。有研究〔18〕提出，脂联素通过活化单磷酸腺苷(AMP)蛋白激酶，进而刺激葡萄糖利用和脂肪酸氧化，降低三酰甘油(TG)浓度，从而增强胰岛素敏感性。底爱芳〔19〕采用负重游泳的干预手段，发现10 w中等强度的游泳运动可显著提高高脂饮食大鼠脂肪组织脂联素的表达水平，降低了高脂饮食对大鼠机体的伤害。这与长期的运动锻炼可提高脂联素受体的基因表达有一定关系〔20〕。本研究结果说明4 w的有氧运动或低氧暴露都能升高血清脂联素，改善机体的胰岛素抵抗状况，且两种干预手段对脂联素的影响不存在差异。

有研究〔21〕指出胰岛素信号转导的调节与TNF-α密切相关，其本质是和脂质代谢及脂肪生成相关。这是因为TNF-α可通过刺激脂联素转录的抑制因子胰岛素样生长因子结合蛋白3的表达间接而抑制了脂联素的表达〔22〕；其还可通过蛋白激酶C信号途径抑制脂联素基因的表达〔23〕。夏书宇〔24〕的研究提示跑台运动可能通过氧化酶体增殖物激活受体(PPAR)γ/脂联素/TNF-α发挥了防治高脂饮食大鼠脂肪积累的作用。本实验中，胰岛素抵抗大鼠血清TNF-α和脂联素的变化趋势与之前的研究〔22〕相一致，且与大鼠在4 w干预中的体重增长和脂肪/肌肉比值的变化具有同步性，估计这与低氧暴露和有氧运动均降低了胰岛素抵抗大鼠的体脂比例有关〔8〕。