游泳运动对高脂饮食IR大鼠血脂代谢和AMPK蛋白表达的影响

张明耀苏水军

（1.岭南师范学院体育科学学院 广东 湛江 524048；2.广东海洋大学体育与休闲学院 广东 湛江 524088）

根据2019年国际糖尿病联合会IDF发布的最新糖尿病调查数据显示，全球20-79岁的成年人中，糖尿病患者数量约为4.63亿人（患病率9.3%）。按目前的发展速度推算，到2030年全球成人糖尿病患者人数将增至5.78亿，糖尿病已成为人类健康重大危害的慢性非传染性疾病。研究发现，在糖尿病患者中，有95%以上属于2型糖尿病，2型糖尿病的发病机制比较复杂，目前认为胰岛素抵抗(IR)是2型糖尿病发病的重要环节之一。研究表明，IR在2型糖尿病的发生和发展过程中具有重要的作用，是2型糖尿病的主要发病机制之一。已有大量研究表明，运动是防治糖尿病的重要手段，但其具体机制还有待进一步探究。本研究以高脂饮食诱导IR大鼠模型，并进行运动干预，观察游泳运动对IR大鼠血脂代谢和AMPK蛋白表达的影响，旨在为运动防治糖尿病提供科学依据。

1、材料与方法

1.1、实验动物与分组

SPF级雄性SD大鼠30只（6周龄，体重120±20g），购自广东省医学实验动物中心。动物合格证号：SCKX（粤）2013-0002。适应性喂养一周后，将大鼠随机分为正常饮食对照组（ND，n=10），高脂饮食对照组（HFD，n=10），高脂饮食 + 运动组（HFD+EXE 组，n=10）。 ND普通饲料喂养，HFD和HFD+EXE采用高脂饲料喂养。大鼠分笼饲养，自由饮水摄食，每日添加足够的饲料。室内温度为23-26℃，相对湿度40%-60%，自然光照。

1.2、运动方案

高脂饮食运动组 （HFD+EXE）大鼠进行6次 /周，1次 /天，90min/次的无负重游泳运动，运动时间统一为每天晚上18:00-21:00。水温30±2℃，水深＞65cm，保证平均每只老鼠拥有足够的活动面积（≥200cm2）。HFD+EXE大鼠开始运动第一周先进行适应性游泳，前两天每天运动20min，之后每天逐步增加10-20min，从第二周起每天运动90min，总共运动8周。

1.3、取材与指标检测

（1）取材。

于第一次随机分组后第10、18周，所有大鼠禁食12h后，随机选取相应组别大鼠进行样本采集。取材前测试并记录每组大鼠体重、FBG等指标后，行腹腔注射10%水合氯醛麻醉，剂量为0.30ml/100g，待大鼠麻醉后置于冰块上，迅速采集大鼠血液、股四头肌和腹腔脂肪等组织。腹主动脉取血于抗凝管内静置1h后，4℃、3000转 /min，离心 10min，取血清分装于 EP管，-20℃冰箱保存待测血液指标（FINS、血脂四项、FFA等）。大鼠股四头肌和腹腔脂肪组织用锡箔纸包裹放液氮灌中速冻，之后转移至-80℃超低温冰箱待测分子生物化学指标AMPK，以上各实验步骤严格按照实验标准要求进行。

（2）指标检测。

于第10周、18周，所有大鼠禁食，空腹12h，检测FBG、FINS等指标。大鼠尾部静脉取血，将老鼠置于洁净操作台，用温水浸泡大鼠尾部，之后酒精消毒，剪尾采血，用罗氏快速血糖仪检测FBG。空腹胰岛素（FINS）和血脂（TG、TC、LDL-C、HDL-C）的检测采用联酶免疫吸附法进行检测，试剂盒购于南京建成生物工程研究所，严格按照试剂盒说明书进行，AMPK蛋白表达采用Western Blot法。

1.4、统计学分析

运用SPSS 21.0统计软件对本研究中所得的实验数据进行统计学处理，数据以均值±标准差（M±SD）表示，组间差异采用单因素方差分析，P＜0.05为显著性差异，P＜0.01为非常显著性差异。

2、结果

2.1、各组大鼠 FBG、FINS、HOMA-IR、ISI的变化

表1中的数据显示，与ND组比，HFD组FBG、FINS和HOMA-IR均显著升高（P＜0.05），而 ISI显著降低（P＜0.05）。 与 HFD组相比，HDF+EXE 组 FBG、FINS 和 HOMA-IR 均显著降低 （P＜0.01），ISI显著升高（P＜0.01）。

表1 各组大鼠FBG、FINS、ISI和HOMA-IR的变化（M±SD,单位：mmol/L）

2.2、各组大鼠 FFA、TG、TC、HDL-C、LDL-C 的变化

表 2中的数据显示，与正常 ND比，HFD组 FFA、TG、TC、LDL-C均显著升高（P＜0.05）；而 HDL-C显著降低（P＜0.05）。 与 HFD组相比，HFD+EXE 组大鼠 FFA、TG、TC、LDL-C 均显著降低 （P＜0.01），而HDL-C 显著升高（P＜0.05）。

表2 各组大鼠FFA、TG、TC、LDL-C和HDL-C的变化（M±SD 单位：mmol/L）

2.3、各组大鼠AMPK蛋白表达水平的变化

表3中的数据显示，与ND组相比，HFD组大鼠骨骼肌和脂肪组织 AMPK蛋白表达均显著下降（P＜0.01）；与 HFD相比，HFD+EXE组大鼠骨骼肌和脂肪组织AMPK蛋白表达均显著升高（P＜0.01）。

表3 各组大鼠骨骼肌和脂肪组织AMPK蛋白表达的变化（M±SD）

3、讨论

3.1、游泳运动对IR大鼠血糖的影响

正常生理情况下，机体糖代谢的调节是由胰岛素和胰高血糖素共同完成。进食后，胰岛素分泌增多，有利于细胞组织对葡萄糖的摄取利用，促进糖合成，减少糖异生；饥饿时，胰高血糖素分泌增多，糖分解和糖异生加强。胰岛素和胰高血糖素的协调控制维持着机体糖代谢的平衡。研究发现，长期高脂饮食能使动物出现明显的IR，本研究结果显示（见表1），经过长期高脂饮食可诱导大鼠发生胰岛素抵抗，与ND组相比，HFD组大鼠FBG、FINS和HOMA-IR均显著性升高（P＜0.05），ISI 显著降低（P＜0.05），说明高脂饮食导致大鼠糖代谢出现异常。

以往研究表明，合理的运动锻炼可以减轻体重，降低人和大鼠FBG、FINS，增加胰岛素敏感性和糖耐量，改善胰岛素抵抗症状。有研究显示运动不仅可以减轻体重，还能增强胰岛素敏感性，减少胰岛素数量，减轻高胰岛素血症。本研究结果显示（见表1），与HFD组相比，HFD+EXE组，FBG、FINS和 HOMA-IR均显著降低(P＜0.05)，ISI显著升高(P＜0.05)。说明游泳运动能使IR大鼠血清FINS水平和HOMA-IR显著下降，ISI显著升高，提高胰岛素敏感性。游泳运动能够改善IR大鼠血糖代谢状况，可能与运动增加胰岛素受体和受体底物数量，加强胰岛素信号转导，从而提高胰岛素敏感性，降低FINS；另外运动能够促进肝组织摄取、利用、合成及储存葡萄糖，可以有效降低代谢血糖。

3.2、游泳运动对IR大鼠血脂的影响

脂代谢与健康关系密切，脂代谢紊乱会引起超重、肥胖、胰岛素抵抗等，高血脂症容易导致各种心血管疾病的发生。目前研究表明，血浆中脂类水平的升高(主要是FFA和TG、LDL含量增加为主)，是导致IR的重要原因之一。FFA升高会抑制胰岛素介导的葡萄糖的摄取、氧化和利用。本研究结果显示（见表2），HFD组FFA、TG、TC和LDL-C水平均明显高于ND组(P＜0.05)，而HDL-C明显低于ND组(P＜0.05)，这与前人研究结果一致。提示长期的高脂饮食摄入过多的能量，使体内FFA和TG、TC、LDL-C含量升高，导致大鼠脂代谢异常。同时，与ND组相比（见表1），HFD组大鼠FINS、HOMA-IR均显著升高(P＜0.05)，而ISI显著降低，提示血脂浓度的改变可能导致大鼠胰岛素敏感性降低，引发大鼠胰岛素抵抗。

以往研究表明，运动可以改善机体的糖脂代谢，2周以上的有氧运动就有减肥、降低血脂和减轻胰岛素抵抗的功效。8周以上的游泳运动不但具有减肥、降低血脂、改善胰岛素敏感性的作用，而且还可以使2型糖尿病大鼠机体的高血糖水平明显减低。本研究结果显示（见表2），与HFD组比较，HFD+EXE组大鼠HDL-C显著升高(P＜0.05)，FFA、TG、TC 和 LDL-C 水平均显著降低（P＜0.05）。 提示运动能降低大鼠TG、TC和LDL-C水平，增加HDL-C含量。与HFD组相比 （见表1），HFD+EXE组ISI显著升高，FINS和HOMA-IR均显著降低（P＜0.05），提示运动能增加大鼠胰岛素敏感性，降低空腹胰岛素和胰岛素抵抗指数。运动改善高脂饮食IR大鼠胰岛素抵抗症状的机制可能是通过改善血清脂蛋白的成分比例，降低血脂FFA和TG浓度，减少FFA和TG对胰岛素功能的抑制来实现。

3.3、游泳运动对IR大鼠AMPK蛋白表达的影响

AMPK被称为细胞能量感受器，在骨骼肌、脂肪组织、肝脏和心肌等组织中均有表达，对调节糖脂代谢具有重要的作用。研究发现，AMPK可以通过非胰岛素依赖型途径调节糖脂代谢，增加骨骼肌中葡萄糖的摄取和脂肪酸的氧化。Stephens TJ等研究发现，在培养骨骼肌细胞时，应用AMPK作为特异性激活剂，能够增加胰岛素刺激后葡萄糖转运的能力。牛燕媚等在对胰岛素抵抗小鼠的研究中发现，有氧运动和饮食干预都可以有效增强Adiponectin-AMPK信号通路，改善机体的脂质代谢紊乱。大量研究证明肌肉收缩、运动能激活AMPK，其原因涉及缺血、低氧、糖酵解、磷酸肌酸分解改变等多种因素；运动或骨骼肌收缩可以通过多种途径激活AMPK。本研究结果显示（见表1、3），与HDF组相比，HDF+EXE组大鼠骨骼肌和脂肪组织AMPK蛋白表达和ISI均显著升高（P＜0.05），而FFA、TG、TC和LDL-C均显著降低 （P＜0.05）。这可能是运动训练能够激活AMPK，而激活的AMPK可以调节能量代谢，促进葡萄糖的摄取、利用和脂肪酸的氧化，减少糖原合成与脂质的堆积，特别是骨骼肌和肝脏脂肪的异位堆积；另外AMPK还可能通过非胰岛素依赖途径调节糖脂代谢，改善大鼠胰岛素抵抗。

4、结论

长期高脂饮食能诱导大鼠发生胰岛素抵抗；8周游泳运动能够明显改善IR大鼠胰岛素抵抗和血脂代谢，增加IR大鼠AMPK蛋白表达。