高 峰,何玉秀,郝 強(qiáng),牛凌坤
早期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)過(guò)度喂養(yǎng)肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪積累和食欲肽表達(dá)的影響
高 峰1,何玉秀1,郝 強(qiáng)1,牛凌坤2
目的:探究早期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)肥胖大鼠(OF大鼠)內(nèi)臟脂肪積累和食欲相關(guān)蛋白表達(dá)的長(zhǎng)期影響,為運(yùn)動(dòng)防治哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)型肥胖提供理論依據(jù)。方法:80只SD大鼠妊娠后第3天,隨機(jī)選取22只母鼠孕期低強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)至分娩結(jié)束(10 min/day,6 days/week),其余安靜至分娩。全部母鼠分娩后第2天隨機(jī)調(diào)整每窩子鼠喂養(yǎng)數(shù)目為4只或10只,斷乳后按體重配比隨機(jī)抽取8只OF大鼠進(jìn)行7周遞增游泳運(yùn)動(dòng),其余大鼠7周安靜至取材。最終獲得實(shí)驗(yàn)分組為,孕期安靜+斷乳后7周安靜正常喂養(yǎng)對(duì)照組(CNC2,n=8)、孕期安靜+斷乳后7周安靜OF組(CSC2,n=8)、孕期游泳運(yùn)動(dòng)+斷乳后7周安靜OF組(ESC2,n=8)和孕期游泳運(yùn)動(dòng)+斷乳后7周游泳運(yùn)動(dòng)OF組(ESE1,n=8)。禁食后次日取材,采用免疫組化檢測(cè)下丘腦弓狀核NPY和POMC蛋白表達(dá),放射免疫法測(cè)定血清insulin、leptin;酶化學(xué)法檢測(cè)血糖和血脂;流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)腹后壁脂肪細(xì)胞凋亡指數(shù)和脂肪細(xì)胞數(shù)目。結(jié)果:1)體成分和攝食量:整個(gè)幼齡期ESC2組體重、內(nèi)臟脂肪墊重和攝食量與CSC2組相比差異不具顯著性(P>0.05);ESE1組的體重、內(nèi)臟脂肪墊重均顯著低于CSC2組(P<0.05)。2)血清指標(biāo): ESC2組的血清學(xué)指標(biāo)與CSC2組相比差異均不具顯著性(P>0.05);ESE1組FINS、IGR、leptin和TG指標(biāo)均顯著低于CSC2組OF大鼠(P<0.05)。3)食欲肽:ESE1組下丘腦弓狀核NPY和POMC蛋白表達(dá)量顯著高于CSC2組(P<0.01);ESC2組和CSC2組NPY和POMC蛋白表達(dá)量相比差異不具顯著性(P>0.05)。4)脂肪細(xì)胞指標(biāo):與CSC2組相比,ESE1組腹后壁脂肪細(xì)胞凋亡指數(shù)顯著升高(P<0.01),脂肪細(xì)胞數(shù)目則顯著降低(P<0.01);ESC2組腹后壁脂肪細(xì)胞凋亡指數(shù)和細(xì)胞數(shù)目與CSC2組相比差異均無(wú)顯著性(P>0.05)。結(jié)論:?jiǎn)渭冊(cè)衅诘蛷?qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)型肥胖大鼠沒(méi)有長(zhǎng)期改善效果,孕期結(jié)合斷乳后7周的早期游泳運(yùn)動(dòng)具有改善哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)型大鼠肥胖的效果。早期游泳運(yùn)動(dòng)是否能引發(fā)中樞肽-循環(huán)激素-脂肪細(xì)胞三者協(xié)同變化是有效改善哺乳期大鼠過(guò)度喂養(yǎng)型肥胖的關(guān)鍵。
早期游泳運(yùn)動(dòng);過(guò)度喂養(yǎng)大鼠;神經(jīng)肽Y;阿片促黑素細(xì)胞皮質(zhì)素原;內(nèi)臟脂肪凋亡指數(shù)
編程作用假說(shuō)(Programming Hypothesis)認(rèn)為在生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵期如胚胎期和新生早期,發(fā)育環(huán)境的變化會(huì)對(duì)子代在基因、細(xì)胞和組織的結(jié)構(gòu)和功能上產(chǎn)生類(lèi)似計(jì)算機(jī)編程樣的持久影響[18]。有關(guān)早期營(yíng)養(yǎng)變化的編程作用機(jī)制研究已充分證實(shí),機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)性應(yīng)激或刺激的早期適應(yīng)將持續(xù)改變機(jī)體的生理和代謝活動(dòng),同時(shí),對(duì)生命早期食欲和能量調(diào)控系統(tǒng)發(fā)育起持久性作用[20]。早期營(yíng)養(yǎng)暴露的時(shí)程性是至關(guān)重要的,哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)可引發(fā)下丘腦食欲中樞功能異常、血瘦素和胰島素升高,促進(jìn)脂肪細(xì)胞的分化和增殖,對(duì)機(jī)體正常的神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和脂肪細(xì)胞的發(fā)育產(chǎn)生持久影響,誘發(fā)兒童和青少年肥胖,并對(duì)成年后肥胖的發(fā)生產(chǎn)生類(lèi)似計(jì)算機(jī)編程樣的作用,即體重編程作用[18]。自McCance 等證實(shí),在哺乳期通過(guò)調(diào)整每窩喂養(yǎng)仔鼠數(shù)目可誘發(fā)子代大鼠肥胖和糖、脂代謝異常并持續(xù)至成年期的現(xiàn)象后,過(guò)度喂養(yǎng)大鼠(the overfed rat,OF 大鼠)已成為研究哺乳期營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩誘發(fā)子代體重編程作用的常用動(dòng)物模型[20]。
控制攝食和增加運(yùn)動(dòng)是臨床醫(yī)學(xué)和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)非藥物治療過(guò)度喂養(yǎng)所致兒童單純性肥胖的主要手段,其中控制攝食量是治療的關(guān)鍵。但是,由于兒童正處在生長(zhǎng)發(fā)育的高峰期,控制攝食量在實(shí)際操作中很難操作和實(shí)現(xiàn),這也是目前兒童單純性過(guò)度喂養(yǎng)型肥胖治療的瓶頸。因此,本實(shí)驗(yàn)主要從運(yùn)動(dòng)與內(nèi)分泌、運(yùn)動(dòng)與下丘腦食欲肽、運(yùn)動(dòng)與內(nèi)臟脂肪細(xì)胞凋亡3個(gè)角度,研究早期運(yùn)動(dòng)對(duì)10周齡過(guò)度喂養(yǎng)大鼠(OF大鼠)體重編程作用影響的效果和潛在機(jī)制,以期為運(yùn)動(dòng)防治哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)型肥胖提供理論依據(jù)。
1.1 材料
1.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組
飼養(yǎng)條件:SD純系大鼠,雌性大鼠80只(275±5 g),雄鼠20只(350±5 g),購(gòu)自河北省動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心;室溫23℃±2℃,濕度50%±5%,控制光周期,標(biāo)準(zhǔn)飼料飼養(yǎng)。
OF大鼠模型復(fù)制:雌雄大鼠按 2∶1 比例合籠,次日晨起以精栓出現(xiàn)或陰道涂片確定妊娠。母鼠分娩后次日,選取每窩產(chǎn)仔數(shù)目10~13只的母鼠及其仔鼠,然后依據(jù)仔鼠生殖突與肛門(mén)間距離甄別性別,調(diào)整每窩喂養(yǎng)仔鼠數(shù)目。過(guò)度喂養(yǎng)為每窩 4 只雌鼠和正常喂養(yǎng)為每窩 10 只雌鼠,直至哺乳期21天后斷乳[15,16]。在整個(gè)妊娠期和哺乳期,母鼠均為標(biāo)準(zhǔn)飼料喂養(yǎng),斷乳后7周全部OF大鼠和正常喂養(yǎng)大鼠均為標(biāo)準(zhǔn)飼料喂養(yǎng)。
實(shí)驗(yàn)分組:80只SD大鼠妊娠后第3天,隨機(jī)選取22只母鼠孕期低強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)至分娩結(jié)束,其余安靜至分娩。母鼠分娩后次日隨機(jī)調(diào)整每窩子鼠喂養(yǎng)數(shù)目為4只或10只,進(jìn)行21天哺乳期安靜喂養(yǎng)。斷乳后按體重配比隨機(jī)抽取8只OF大鼠進(jìn)行7周遞增游泳運(yùn)動(dòng),其余大鼠7周安靜至取材。最終獲得實(shí)驗(yàn)分組為,孕期安靜+斷乳后7周安靜正常喂養(yǎng)對(duì)照組(CNC2,n=8)、孕期安靜+斷乳后7周安靜OF組(CSC2,n=8)、孕期游泳運(yùn)動(dòng)+斷乳后7周安靜OF組(ESC2,n=8)和孕期游泳運(yùn)動(dòng)+斷乳后7周游泳運(yùn)動(dòng)OF組(ESE1,n=8)。
1.1.2 早期游泳運(yùn)動(dòng)方案
母鼠孕期運(yùn)動(dòng)方案:10 min/day,6 days/week[19,21]。游泳設(shè)備為150 cm×50 cm×90 cm游泳池,水溫34℃±2℃。
斷乳后7周運(yùn)動(dòng)方案:每周運(yùn)動(dòng)6天,每天1次;第1周為30 min/day,每周遞增15 min,至第3周為60 min, 每周遞增5 min,至第 7周為90 min/day[24],總計(jì)運(yùn)動(dòng)7周。
1.1.3 標(biāo)本采集
取材:稱(chēng)重后麻醉量身長(zhǎng)和尾長(zhǎng),腹主動(dòng)脈取血5 ml制備血清;取子宮旁脂肪墊(parametrial fat pad,PARA)、腎周脂肪墊(perirenal fat pad,PERI)和腹后壁脂肪墊(retroperitoneal fat pad,RP)稱(chēng)重;取右側(cè)RP脂肪700 mg,制備單細(xì)胞懸液。升主動(dòng)脈多聚甲醛灌流液后,取自視交叉至乳頭體區(qū)域4%甲醛溶液固定。
1.2 方法
1.2.1 攝食量、體重檢測(cè)和Lee指數(shù)計(jì)算
每日下午稱(chēng)量體重和余食物量。每日攝量=前天投食量-次日余食量。
取材日測(cè)量大鼠鼻尖至肛門(mén)的距離即身長(zhǎng)和體重。
1.2.2 血清學(xué)指標(biāo)檢測(cè)
血糖和血脂采用酶化學(xué)法在全自動(dòng)分析儀上測(cè)定;血清胰島素和瘦素采用放射免疫法測(cè)定。胰島素敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)為胰島素與血糖比(the ratio of insulin to glucose,IGR)= FINS值/FBS[10](FINS為空腹胰島素值,F(xiàn)BS為空腹血糖值)。
1.2.3 免疫組化檢測(cè)
常規(guī)石蠟切片(Leica電動(dòng)切片儀),腦冠狀切片(5 μm)經(jīng)脫蠟和梯度酒精復(fù)水后,室溫孵育20~30 min后,檸檬酸緩沖溶液水浴抗原修復(fù)。正常山羊血清封閉液,分別滴加兔抗大鼠的神經(jīng)肽Y(NPY,1∶500,武漢博士德)、阿片促黑素細(xì)胞皮質(zhì)素原抗體(POMC,1:800,美國(guó)Phoenix公司),濕盒內(nèi)4℃,孵育48h。陰性對(duì)照組用0.01MPBS替代一抗。生物素化第二抗體(SP-9000,中杉金橋),37℃孵育30min,滴加辣根酶標(biāo)記鏈霉卵白素工作液(S-A/HRP),37℃孵育30 min,DAB( ZLI-9032,中杉金橋)顯色,蘇木素復(fù)染,1%鹽酸酒精分化、1%氨水反藍(lán)、脫水透明后中性樹(shù)脂封片。
1.2.4 脂肪細(xì)胞單細(xì)胞懸液制備和脂肪細(xì)胞數(shù)目及凋亡指數(shù)的檢測(cè)
單細(xì)胞懸液制備[25,28]:將精確稱(chēng)量的700 mg腹后壁脂肪墊,剪為1 mm3大小的碎塊,加入I型膠原蛋白酶(美國(guó)Sigma公司),37℃水浴90 min;加入等體積的DMEM培養(yǎng)液終止消化后,用240 μm尼龍沙網(wǎng)過(guò)濾后;200 g離心5 min,取上清液后;用吸管反復(fù)吹打,離心取上清,反復(fù)3次后獲得的單細(xì)胞懸液,75%乙醇固定后待測(cè)。
脂肪細(xì)胞數(shù)目和凋亡指數(shù)的檢測(cè):在單細(xì)胞懸液中加入碘化丙啶(PI)(PI:50 mg/L,triton-×100 1.0%,美國(guó)Sigma公司),在4℃冰箱染色30 min。洗去染液,以200目銅網(wǎng)過(guò)濾后,采用Epics-XL II型流式細(xì)胞儀(檢測(cè)前以雞血紅細(xì)胞作為標(biāo)準(zhǔn)樣品調(diào)整儀器CV值在5%之內(nèi),激發(fā)光源為15 mW氬離子激光器,激發(fā)波長(zhǎng)為488 nm)檢測(cè),然后Muticycle AV專(zhuān)用軟件分析,通過(guò)計(jì)數(shù)凋亡區(qū)細(xì)胞數(shù)量得出凋亡指數(shù)。
1.2.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
2.1 哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)對(duì)大鼠的體重編程作用
由圖1和圖2顯示,斷乳后OF大鼠從3~10周齡的體重和攝食量、均顯著高于對(duì)照組;10周齡OF大鼠體重、Lee指數(shù)、血清瘦素、胰島素(FINS)、胰島素與血糖比(IGR)和血清甘油三酯(TG)均顯著高于對(duì)照組。
2.2 早期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)OF大鼠體重和攝食量的影響
圖3顯示,7至10周齡期間體重主效應(yīng)顯著(F7 wk=9.38,P<0.05;F8 wk=8.42,P<0.01;F9 wk=31.79,P<0.01;F10 wk=18.89,P<0.01),而4~10周齡期間攝食主效應(yīng)均不顯著。OF大鼠體重主效應(yīng)顯著的post hoc比較結(jié)果顯示:7~8周齡ESE1組顯著低于CSC2組和ESC2組(P<0.01)。
圖 1 本研究不同喂養(yǎng)方式對(duì)幼齡期大鼠體重和攝食量的影響圖
圖 2 本研究不同喂養(yǎng)方式對(duì)10周齡OF大鼠體成分和血清學(xué)指標(biāo)的比較圖
圖 3 早期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)幼齡OF大鼠體重和攝食量的影響圖
2.3 早期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)10周齡OF大鼠體成分和血清學(xué)指標(biāo)的影響
表1顯示,ESC2組與CSC2組在體重、Lee指數(shù)、胰島素、IGR、瘦素、總膽固醇(TC)和TG指標(biāo) 差異均不具顯著性(P>0.05);與CSC2組相比,ESE1組在體重、Lee指數(shù)、FINS、IGR、leptin和TG指標(biāo)均顯著降低(P<0.01,P<0.05,P<0.05,P<0.05,P<0.05,P<0.05)。
2.4 早期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)幼齡OF大鼠弓狀核NPY和POMC蛋白表達(dá)的影響
圖4顯示,ESE1組下丘腦弓狀核NPY蛋白表達(dá)量顯著高于CSC2組(P<0.01);ESC2組和CSC2組NPY蛋白表達(dá)量相比差異不具顯著性(P>0.05)。
圖5顯示,ESE1組下丘腦弓狀核POMC蛋白表達(dá)量顯著高于CSC2組(P<0.01);ESC2組和CSC2組POMC蛋白表達(dá)量相比差異不具顯著性(P>0.05)。
表 1 本研究早期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)10周齡OF大鼠體成分和血清學(xué)指標(biāo)的影響一覽表Table 1 Effects of Early Swimming on Body Composition and Serum Parameters in 10-week of Rats
圖 5 本研究下丘腦弓狀核POMC蛋白表達(dá)的組間比較圖
2.5 早期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)OF大鼠內(nèi)臟脂肪積累的影響
早期運(yùn)動(dòng)對(duì)各組內(nèi)臟脂肪墊重(腎周脂肪墊+腹后壁脂肪墊+子宮旁脂肪墊)和內(nèi)臟脂肪墊重量百分比(內(nèi)臟脂肪墊重/體重%)的差異比較顯示(圖6),ESC2組和CSC2組相比均無(wú)顯著性差異(P>0.05);ESE1組則顯著低于CSC2組(P<0.01);ESE1組與CNC2組相比,內(nèi)臟脂肪積累無(wú)差異(P>0.05)。
2.6 早期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)OF大鼠腹后壁脂肪細(xì)胞凋亡和細(xì)胞數(shù)目的影響
圖7顯示,ESE1組腹后壁成熟脂肪細(xì)胞凋亡指數(shù)顯著高于CSC2組(P<0.01),脂肪墊細(xì)胞數(shù)目顯著低于CSC2組(P<0.01); ESC2組和CSC2組凋亡指數(shù)均顯著低于CNC2組(P<0.01),而細(xì)胞數(shù)目顯著高于CNC2組(P<0.01); ESC2組和CSC2組之間腹后壁成熟脂肪細(xì)胞凋亡指數(shù)和細(xì)胞數(shù)目差異均不具顯著性(P>0.05)。
哺乳期過(guò)度營(yíng)養(yǎng)是嬰幼兒超重肥胖、少年肥胖和成人肥胖發(fā)生的重要危險(xiǎn)因素[22]。OF大鼠模型是研究早期過(guò)度喂養(yǎng)誘發(fā)持續(xù)肥胖的經(jīng)典動(dòng)物模型。OF大鼠是指通過(guò)在出生后當(dāng)天或第2~3天調(diào)整每窩喂養(yǎng)仔鼠數(shù)目為3~4只直至哺乳期21天結(jié)束后獲得的大鼠肥胖模型。借助該模型的研究顯示,與正常喂養(yǎng)大鼠相比,OF大鼠體重和脂肪含量均升高10%~40%;OF大鼠出生后15天時(shí)體重顯著高于正常喂養(yǎng)和大窩喂養(yǎng)大鼠并持續(xù)至成年,且其胰島素水平也顯著升高[23];OF大鼠在整個(gè)一生中均表現(xiàn)為過(guò)度攝食、糖耐量受損、TG水平升高、收縮壓增高和超重與肥胖[14];雄性和雌性O(shè)F大鼠斷乳后體重均顯著高于正常喂養(yǎng)大鼠,而且,這種差異雄鼠比雌鼠更顯著,出生后30天雄性和雌性O(shè)F大鼠均表現(xiàn)為脂肪細(xì)胞數(shù)目和體積的增加;但斷乳后30~300天期間雄鼠主要表現(xiàn)為脂肪細(xì)胞體積增加,而雌鼠主要表現(xiàn)為脂肪細(xì)胞數(shù)目的增加,研究認(rèn)為,脂肪組織形態(tài)的差異與脂肪細(xì)胞脂蛋白脂酶活性差異有關(guān)[12]。
本研究模型復(fù)制結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)(圖1~圖3,表1),雌性O(shè)F大鼠與正常喂養(yǎng)大鼠相比,在整個(gè)幼齡期均表現(xiàn)為過(guò)度攝食和體重超重/肥胖狀態(tài),及瘦素水平和血糖代謝異常的現(xiàn)象,并且OF大鼠內(nèi)臟脂肪積累是由于內(nèi)臟成熟脂肪細(xì)胞凋亡率降低和脂肪細(xì)胞數(shù)目增加引起(圖6和7)。
圖 6 本研究早期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)10周齡OF大鼠內(nèi)臟脂肪積累的影響圖
圖 7 本研究早期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)腹后壁脂肪細(xì)胞凋亡指數(shù)和脂肪細(xì)胞數(shù)目的影響圖
有關(guān)孕期運(yùn)動(dòng)對(duì)妊娠糖尿病大鼠的子代具有改善作用研究證實(shí),孕期運(yùn)動(dòng)可通過(guò)改善母親的胎盤(pán)機(jī)能,進(jìn)而對(duì)子代胰臟功能產(chǎn)生改善作用[29]。孕期游泳運(yùn)動(dòng)是否會(huì)通過(guò)改善母親胎盤(pán)機(jī)能,而優(yōu)化子代發(fā)育的激素環(huán)境,使子代出生后面對(duì)營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩環(huán)境誘導(dǎo)具有預(yù)防作用呢?我們研究發(fā)現(xiàn),孕期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)3周齡和10周齡OF大鼠的Lee指數(shù)、內(nèi)臟脂肪積累和攝食量無(wú)顯著改善作用(圖3和表1)。究其原因,本研究孕期游泳運(yùn)動(dòng)方法為低強(qiáng)度短時(shí)間游泳運(yùn)動(dòng),旨在增加孕鼠的身體活動(dòng)水平,該運(yùn)動(dòng)方案對(duì)OF大鼠血瘦素和胰島素水平異常無(wú)顯著改善效果、對(duì)OF大鼠下丘腦食欲肽NPY表達(dá)無(wú)降低效果(圖4),對(duì)內(nèi)臟脂肪細(xì)胞數(shù)目和脂肪細(xì)胞凋亡率均無(wú)顯著改善效果(圖6,7),是孕期低強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)出生后過(guò)度營(yíng)養(yǎng)誘導(dǎo)肥胖無(wú)預(yù)防作用的潛在機(jī)制??梢?jiàn),本研究所采用的經(jīng)典孕期游泳運(yùn)動(dòng)方案[19,21],雖對(duì)斷乳后OF大鼠神經(jīng)反射、自主活動(dòng)水平[1]和下丘腦POMC mRNA 表達(dá)和蛋白合成有顯著改善效果[2],但是,對(duì)哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)肥胖發(fā)生無(wú)顯著的預(yù)防作用。可見(jiàn),哺乳期3周的過(guò)度喂養(yǎng)可引發(fā)OF大鼠長(zhǎng)達(dá)7周體重編程作用與早期過(guò)度營(yíng)養(yǎng)導(dǎo)致的持久的攝食過(guò)度密切相關(guān),經(jīng)典孕期游泳運(yùn)動(dòng)方案雖然對(duì)子代中樞能量調(diào)控系統(tǒng)和學(xué)習(xí)記憶具有益的作用,但是單純?cè)衅诘蛷?qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)不足以抵御哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)誘發(fā)的大鼠持久地過(guò)度攝食行為。研究提示,體重正常的健康女性孕期適度運(yùn)動(dòng)是有益于子代的學(xué)習(xí)記憶和能量代謝中樞發(fā)育,但預(yù)防其子代幼齡期肥胖的關(guān)鍵是哺乳期科學(xué)喂養(yǎng);能否引發(fā)“中樞肽-循環(huán)激素-脂肪細(xì)胞三者協(xié)同變化”是早期游泳運(yùn)動(dòng)防治哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)型肥胖的關(guān)鍵。
肥胖的發(fā)生與脂肪細(xì)胞數(shù)量的極端異常增殖密切相關(guān)。與其他組織不同,脂肪組織具有體積無(wú)限增長(zhǎng)的潛能,而且膳食誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞數(shù)目的增加具有不可逆轉(zhuǎn)性[16]。母親妊娠期和哺乳期營(yíng)養(yǎng)過(guò)??稍斐勺哟笫笾炯?xì)胞肥大,還可永久改變脂肪細(xì)胞發(fā)育和脂解作用相關(guān)蛋白的表達(dá),導(dǎo)致脂肪細(xì)胞增殖和肥大的永久性改變[9];相關(guān)研究顯示,7周齡OF大鼠進(jìn)行9周跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)可顯著降低其體重和內(nèi)臟脂肪墊重[13]。我們研究進(jìn)一步說(shuō)明,孕期結(jié)合斷乳后7周的早期游泳鍛煉可增加OF大鼠腹后壁脂肪細(xì)胞凋亡指數(shù)、降低腹后壁脂肪細(xì)胞數(shù)目,降低內(nèi)臟脂肪墊重量。前脂肪細(xì)胞在生脂因子的刺激下增殖與分化實(shí)現(xiàn)脂肪細(xì)胞數(shù)目增加;其數(shù)目的減少則通過(guò)脂肪細(xì)胞、前脂肪細(xì)胞的凋亡及其他可能的機(jī)制,如脂肪細(xì)胞的去分化而實(shí)現(xiàn)。上述兩個(gè)過(guò)程發(fā)生紊亂,均有可能導(dǎo)致肥胖發(fā)生[27]。機(jī)體可通過(guò)凋亡過(guò)程清除體內(nèi)不需要或有害的細(xì)胞,或通過(guò)抗凋亡過(guò)程維持正常細(xì)胞功能。大量研究表明。脂肪細(xì)胞在體內(nèi)外均可發(fā)生凋亡[26],但是,肥胖時(shí)脂肪細(xì)胞凋亡不足的確切機(jī)制以及在體內(nèi)發(fā)生凋亡與中樞和內(nèi)分調(diào)節(jié)之間的關(guān)系尚未闡明,有待于我們進(jìn)一步的研究。
瘦素是脂肪組織與中樞能量穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)聯(lián)系的外周信號(hào)之一。血瘦素水平通常與體重,尤其是脂肪組織的變化呈正相關(guān)。但臨床上兒童肥胖癥患者多表現(xiàn)為瘦素抵抗[8]。本研究進(jìn)一步證實(shí),哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)誘導(dǎo)的肥胖OF大鼠為瘦素抵抗(圖2)。相關(guān)研究表明,運(yùn)動(dòng)是改善機(jī)體血瘦水平的有效手段。長(zhǎng)期有氧運(yùn)動(dòng)具有降低內(nèi)臟脂肪墊含量,增加脂肪組織瘦素表達(dá)、提高血瘦素水平,降低NPY合成,使機(jī)體產(chǎn)熱和能量消耗增加[3,6,7]; 8周中等強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)可顯著改善糖尿病大鼠體脂和血瘦素含量[5]。本研究顯示,單純?cè)衅诘蛷?qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)子代OF大鼠瘦素抵抗現(xiàn)象的產(chǎn)生無(wú)預(yù)防效果,但是,孕期結(jié)合斷乳后7周的早期游泳鍛煉可顯著降低血瘦素水平,還具有降低OF大鼠內(nèi)臟脂肪墊重和成熟脂肪細(xì)胞數(shù)目,提高脂肪細(xì)胞凋亡率,以及增加下丘腦NPY表達(dá)的作用 (表1,圖4,圖6,圖7)。以上結(jié)果提示,血leptin水平隨OF大鼠體脂積累減少也相應(yīng)下降,血leptin水平的下降,經(jīng)過(guò)leptin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用于下丘腦弓狀核NPY神經(jīng)元,增加了NPY蛋白表達(dá),該信號(hào)從下丘腦弓狀核“一級(jí)”食欲和能量調(diào)控靶點(diǎn)向“下一級(jí)”神經(jīng)元傳遞,可以起到增加食物攝入,減少產(chǎn)熱,降低能量消耗的反饋調(diào)節(jié)作用,這與成年后運(yùn)動(dòng)和單純幼齡期運(yùn)動(dòng)對(duì)下丘腦NPY蛋白表達(dá)的影響相一致。但是,早期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)OF大鼠下丘腦弓狀核NPY蛋白表達(dá)升高的影響,并沒(méi)有引起OF大鼠攝食量增加和內(nèi)臟脂肪積累上升(圖3,圖6),說(shuō)明OF大鼠斷乳后7周運(yùn)動(dòng),不但對(duì)leptin-下丘腦NPY軸有顯著影響,還對(duì)下丘腦其他食欲與能量代謝調(diào)控通路產(chǎn)生影響。
在弓狀核中,約30%的POMC神經(jīng)元可分泌表達(dá)瘦素受體,且瘦素對(duì)POMC mRNA的表達(dá)具有正向調(diào)節(jié)作用[11]。高瘦素水平,可誘導(dǎo)弓狀核中POMC表達(dá)升高,減少進(jìn)食[4]。本研究發(fā)現(xiàn),孕期結(jié)合斷乳后7周的早期游泳鍛煉,OF大鼠與安靜對(duì)照OF大鼠相比,體重下降、內(nèi)臟脂肪積累下降、血瘦素水平下降、血胰島素水平下降,OF大鼠弓狀核POMC和NPY蛋白表達(dá)均顯著增加。早期游泳運(yùn)動(dòng)雖然增加了OF大鼠下丘腦NPY蛋白表達(dá)水平,但是,OF大鼠未通過(guò)增加攝食量以補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)引發(fā)的能量消耗,這可能與POMC蛋白表達(dá)增加有關(guān)。提示,運(yùn)動(dòng)最終是通過(guò)何種途徑對(duì)這兩種互相拮抗的中樞神經(jīng)肽系統(tǒng)(NPY系統(tǒng)和黑皮素系統(tǒng))產(chǎn)生影響,進(jìn)而起到減低體重和減少內(nèi)臟脂肪積累還有待進(jìn)一步探究。
單純?cè)衅诘蛷?qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)型肥胖大鼠沒(méi)有長(zhǎng)期改善效果,孕期結(jié)合斷乳后7周的早期游泳運(yùn)動(dòng)具有改善哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)型大鼠肥胖的效果。早期游泳運(yùn)動(dòng)是否能引發(fā)中樞肽-循環(huán)激素-脂肪細(xì)胞三者協(xié)同變化是有效改善哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)型大鼠肥胖的關(guān)鍵。
研究提示,體重正常的健康女性孕期適度運(yùn)動(dòng)是有益于子代的學(xué)習(xí)記憶和能量代謝中樞發(fā)育,但預(yù)防其子代幼齡期肥胖的關(guān)鍵是哺乳期科學(xué)喂養(yǎng);早期游泳運(yùn)動(dòng)治療哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)型肥胖的關(guān)鍵是,科學(xué)制訂能引發(fā)“中樞肽-循環(huán)激素-脂肪細(xì)胞三者協(xié)同變化”的運(yùn)動(dòng)方案。
[1]高峰,牛凌坤,馮鵬,等.孕期低強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)子代肥胖大鼠生長(zhǎng)發(fā)育和糖脂代謝的影響.中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2010,29(6):677-682.
[2]高峰,何玉秀,郝強(qiáng),等.孕期低強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)哺乳期過(guò)度喂養(yǎng)子代肥胖大鼠下丘腦弓狀核食欲相關(guān)基因表達(dá)的影響.中國(guó)體育科技,2012,48(6):123-127.
[3]何玉秀,白文忠,姚玉霞,等.運(yùn)動(dòng)對(duì)腹部脂肪積累及肥胖基因表達(dá)的影響.體育科學(xué),1998,18(4):69-70.
[4]劉國(guó)慶,章孝榮,趙有璋.側(cè)腦室注射Leptin對(duì)大鼠下丘腦前阿黑皮素mRNA表達(dá)的影響.中國(guó)獸醫(yī)學(xué)報(bào),2002,22(3) :265 -266.
[5]孫莉敏,吳毅,胡永善,等.耐力運(yùn)動(dòng)增加糖尿病大鼠血清瘦素水平的研究.中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志,2003,18(2):72-74.
[6]張纓,馮美云,吳昊,等.有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)大鼠下丘腦食欲調(diào)節(jié)肽的影響.中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2002,21(1):19-22.
[7]張纓,馮美云,吳昊.有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)糖尿病大鼠Leptin-下丘腦NPY軸的影響.中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志 ,2002,21(3):239-243.
[8]AKANISHI T,U R,LIU ZJ,etal.Sexual dimorphism um leptin and relative weight for the standard in norm overweight children as well as adolescents.Eur J Clin Nutr,2001,55(11):899-993.
[9]BAYOL S A,SIMBI B H,STICKLAND N C.A maternal cafeteria diet during gestation and lactation promotes adiposity and impairs skeletal muscle development and metabolism in rat offspring at weaning .J Physiol,2005,567(3):951-961.
[10]CHENG T O.Fat kids grow up to be fat adults.A lesson to be learned from China .Int J Cardiol,2007,117(1):133-135.
[11]CHEUNG C C,CLIFTON D K,STEINER R A,etal.Proopiomelanocortin neurons are direct targets for leptin in the hypothalamus .Endocrinol,1997,138(4):4489-4492.
[12]CRYER A,JONES H M.The development of white adipose tissue.Effect of litter size on the lipoprotein lipase activity of four adipose-tissue depots,serum immunoreactive insulin and tissue cellularity during the first year of life in male and female rats .Biochem J,1980,186(3):805-815.
[13]DANTAS E M,PIMENTEL E B,GONCALVES C P,etal.Effects of chronic treadmill training on body mass gain and visceral fat accumulation in overfed rats.Braz J Med Biol Res,2010,43(5):515-521.
[14]DAVIDOWA H,Li Y ,PLAGEMANNN A.Altered responses to orexigenic (AGRP,MCH) and anorexigenic (alpha-MSH,CART) neuropeptides of paraventricular hypothalamic neurons in early postnatally overfed rats .Eur J Neurosci,2003,18(3):613-621.
[15]EPSTEIN H T.The effect of litter size on weight gain in mice.J Nutr,1978(1):120-123.
[16]FAUST I M,JOHNSON P R, HIRSCH J.Long-term effects of early nutritional experience on the development of obesity in the rat .J Nutr,1980,110(10):2027-2034.
[17]FAUST I M,JOHNSON P R,STERN J S,etal.Diet-induced adipocyte number increase in adult rats:a new model of obesity .Am J Physiol Endocrinol Metab,1978,235(G279-G286):E279-E286.
[18]GARDER D S,RHODES P.Developmental origins of obesity:programming of food intake or physical activity? Adv Exp Med Biol,2009,646(1):83-93.
[19]HEE-HYUK L,HONG K,LEE J W,etal.Maternal swimming during pregnancy enhances short-term and neurogenesis in the hippocampus of rat pups.Brai Deve,2006,28(3):147-154.
[20]KIANIL A,NIELSEN M O.Metabolic programming:Origin of non-communicable diseases in early life nutrition .Int J Endocrinol Metab,2011,9(3):409-415.
[21]LOKEY E A,TRAN Z V,WELLS C L,etal.Effects of physical exercise on pregnancy outcomes:a meta-analytic review .Med Sci Sports Exe,1991(11),23:1234-1239.
[22]MARTORELL R,STEIN A D ,SCHROEDER D G.Early nutrition and later adiposity .J Nutr,2001,131(3):874S- 880S.
[23]PLAGEMANN A,HARDER T,RAKE A,etal.Increased number of galanin-neurons in the paraventricular hypothalamic nucleus of neonatally overfed weanling rats .Brain Res,1999,818(1):160-163.
[24]PLOUG T,STALLKENCHT B M,PEDERSEN O,etal.Effect of endurance training on glucose transport capacity and glucose transporter expression in rat skeletal muscle .Am J Physiol,1990,259(6Pt1):E778-E786.
[25]POULOOS S P,MATTHEW S.Pre-and postnatal dietary conjugated linoleic acid alters adipose development,body weight gain and body composition in sprague-dawley rats .J Nutr,2001,131(10):2722-2731.
[26]PRINS J B,NIESLER C U,WINTERFORD C M,etal.Tumor necrosis factor α induces apoptosis of human adipose cells .Diabetes,1997,46(12):1939-1944.
[27]PRINS J B,STEPHEN O R.Regulation of adipose cell number in man.Clin Sci,1997,92(1):3-11.
[28]SAMAD F,PANDEY M,LOSKUTOFF D J.Tissue factor gene expression in the adipose tissues of obese mice.Proc Natl Acad Sci,USA,1998,95(13):7591-7596.
[29]VANHEEST J C ,RODGERS C D.Effects of exercise in diabetic rats before and during gestation on maternal and neonatal outcomes.Am J Physiol Endocrinol Metab,1997,273(4 Pt 1):E727-E733.
EffectofEarlySwimmingExerciseontheExpressionsofAppetite-RelatedPeptidesandVisceralFatAccumulationinOverfedObeseRats
GAO Feng1,HE Yu-xiu1,HAO Qiang1,NIU Ling-kun2
Objective:To investigate whether early swimming exercise has long-term effects on the appetite peptides of hypothalamus and visceral fat accumulation in overfed rats.Methods:Total 80 SD pregnant rats were enrolled,among which 22 rats began swimming(10min per day,6days per week)from the 3rd day of pregnancy to delivery .The rest rats kept sedentary till delivery.The pups were distributed randomly and assigned to small litters (4 pups) and normal litters (10 pups) on the second day after birth.8 overfed pups were randomly selected and assigned to swim 7-week graded swimming training after weanling,the rest kept sedentary.Then we had 4 groups:the pregnancy sedentary+normal little control group(CNC2,n=8),the pregnancy sedentary+ OF control group(CSC2,n=8),the pregnancy swimming + OF group(ESC2,n=8)and pregnancy swimming + post weanling 7wks swimming OF group(ESE1,n=8).At the 10 weeks of age the animals were starved overnight and were decapitated in the next day.NPY and POMC in the arcuate nucleus of hypothalamus were analyzed with immunohistochemistrical technique.The fasting serum insulin and leptin were assayed by radioimmunoassay,the fasting serum glucose and lipids were assayed by enzymatic methods using commercial kits.The apoptotic index and the number of adipocyte in retroperitoneal (RP) fat pad were detected by flow cytometric analysis.Results:1)Body composition and food consumption:No significant (P>0.05) differences were found between the Group ESC2 and CSC2 (P>0.05) with regard to the body weight,internal fat mass and the food consumption per day at the 10 weeks of age.The body weight,internal fat mass and the food consumption per day were significantly lower in Group ESE1 than that was in Group CSC2(P<0.01).2)Serum parameters:No significant (P>0.05) differences were found between Group ESC2 and Group CSC2 with regard to the Serum parameters at the 10 weeks of age.The serum levels of FIN,IGR,leptin and TG were significantly lower in Group ESE1 than those in Group CSC2 (P<0.01).3)Appetite-Related peptides:The positive expressions of NPY and POMC in the arcuate nucleus of hypothalamus were obviously higher in Group ESE1 than those in Group CSC2 (P<0.01).The positive expressions of NPY and POMC were not significant differences in Group ESC2 than those in Group CSC2 (P<0.01).4)Adipocyte parameters:RP fat pad apoptotic index was obviously higher in Group ESE1 than that in Group CSC2 (P<0.01).While the number of RP adipocyte was obviously lower in Group ESE1 than that in Group CSC2 (P<0.01).Conclusion:Maternal swimming itself during pregnancy in order to increasing the level of physical activity has no long-term prevention effects on the interval fat accumulation and the body weight programming in the overfed rats;The early swimming during the pregnancy and juvenile could improve the overfed obesity.The synergistic regulation among the central peptides,circulation hormones and the adipocyte is the key for the early swimming lasting improving the overfed obesity.
earlyswimmingexercise;overfedrat;NPY;POMC;visceralfat;apoptoticindex
2013-06-03;
:2013-12-21
國(guó)家自然科學(xué)基金(30871215),河北省重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目(20130227);河北師范大學(xué)博士基金資助。
高峰(1972-),女,湖北松滋人,高級(jí)實(shí)驗(yàn)師,博士,碩士研究生導(dǎo)師,研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)行為與健康促進(jìn),Tel:0311-80787735,Email:gaolindy@126.com;何玉秀(1964-),女,浙江臨安人,教授,博士,博士研究生導(dǎo)師,研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生理學(xué),Tel:(0311)80787702,E-mail:heyuxiu@mail.hebtu.edu.cn。
1.河北師范大學(xué) 省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 石家莊 050024;2.河北傳媒學(xué)院 藝術(shù)體育系,河北 石家莊 050071 1.Hebei Normal University,Shijiazhuang,050024,China;2.Department of Sports and Art,Hebei Institute of Communication,Shijiazhuang, 050071,China.
1002-9826(2014)02-0038-08
G861.101.7
:A