林小晶， 楊宏芳， 王曉慧

(上海體育學(xué)院 運動科學(xué)學(xué)院， 上海 200438)

有氧運動與飲食控制對2型糖尿病大鼠肝chemerin及其受體CMKLR1的影響*

林小晶， 楊宏芳， 王曉慧△

(上海體育學(xué)院 運動科學(xué)學(xué)院， 上海 200438)

目的研究4周有氧運動與飲食控制對2型糖尿病(DM)大鼠肝chemerin及其受體趨化因子樣受體1(CMKLR1)的影響及其在改善糖脂代謝中的影響。方法50只雄性SD大鼠隨機分為正常對照組(Con，n=6)和糖尿病造模組(n=44)。采用高脂高糖飼料聯(lián)合小劑量鏈脲佐菌素(STZ)(30 mg/kg)的方法制備2型糖尿病模型大鼠。造模成功的DM大鼠隨機分為4組(n=6)：糖尿病對照組(DM)、糖尿病運動組(EDM)、改喂普通飼料的糖尿病飲食控制組(NDM)和糖尿病運動+飲食控制組(ENDM)。運動組大鼠進行為期4周中等強度跑臺有氧運動，每周運動6 d。采用羅氏血糖儀檢測大鼠空腹血糖(FBG)，全自動生化分析儀檢測大鼠血清總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)和低密度脂蛋白(LDL)水平，real time PCR和Western blot分別檢測大鼠肝chemerin、CMKLR1的mRNA和蛋白水平。結(jié)果DM大鼠FBG和血清TC、TG、LDL水平顯著升高的同時，肝chemerin和CMKLR1的mRNA和蛋白水平顯著增加；4周有氧運動和/或飲食控制顯著降低EDM、NDM和ENDM組FBG和血清TC、TG、LDL的同時，顯著降低這3組大鼠的肝chemerin蛋白水平，其中ENDM組降低最顯著(P<0.01)；NDM和ENDM組大鼠的肝CMKLR1蛋白水平升高(P<0.01)。結(jié)論4周有氧運動和/或飲食控制降低2型糖尿病大鼠的肝chemerin蛋白水平、增加CMKLR1蛋白水平，這可能與其改善糖尿病大鼠的糖脂代謝有關(guān)。

chemerin；CMKLR1; 2型糖尿?。淮笫?；有氧運動；飲食控制

肥胖及其相關(guān)疾病包括2型糖尿病(diabetes

mellitus, DM)被認為是系統(tǒng)性的慢性低度炎癥[1]。肝、脂肪、骨骼肌等多種組織的巨噬細胞浸潤，以及血漿中炎癥因子C反應(yīng)蛋白(C reactive protein, CRP)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白介素6(interleukin-6, IL-6)和脂肪因子瘦素顯著增加是慢性低度炎癥的最顯著特征[1]。炎癥能引起骨骼肌、肝、脂肪的胰島素抵抗和胰島B細胞功能異常，從而在肥胖(特別是中心性肥胖)導(dǎo)致胰島素抵抗、2型糖尿病、心血管疾病，以及部分腫瘤如結(jié)腸癌等的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用。

炎癥因子chemerin與CRP、TNF-α、IL-6等顯著相關(guān)[2]。此外chemerin在脂肪細胞的分化、脂肪分解和維持血糖血脂的穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用[3]。越來越多的研究證實，血漿chemerin水平在糖脂代謝紊亂疾病，如肥胖[4]、代謝綜合征[4]，以及2型糖尿病[2]中顯著增加；增加的血清chemerin與疾病的發(fā)生發(fā)展、嚴重程度以及血清總膽固醇(total cholesterol, TC)和甘油三酯(triglyceride, TG)水平呈正相關(guān)[5]。動物實驗也證實，肥胖大鼠、ob/ob和db/db小鼠(分別是肥胖癥和2型糖尿病模型小鼠)的肝chemerin水平顯著升高[6]；外源給予chemerin加重肥胖和糖尿病小鼠的糖耐量受損，降低血清胰島素水平[5]。這表明chemerin很可能是聯(lián)系肥胖及其相關(guān)疾病的炎癥反應(yīng)和糖脂代謝紊亂的橋梁。盡管chemerin已被發(fā)現(xiàn)有三種受體，但目前已知的chemerin的生物學(xué)作用幾乎都是通過其中的一種受體，即孤兒G蛋白偶聯(lián)受體趨化因子樣受體1(chemokine like receptor-1, CMKLR1)，也被稱為ChemR23實現(xiàn)的。

有氧運動、包含飲食控制的生活方式干預(yù)均能顯著降低肥胖[7]和糖尿病患者[9]的血清chemerin水平，且chemerin的降低與肥胖和糖尿病患者的血脂、血糖的改變有關(guān)[7,8]。本課題組前期研究已證實，肥胖、糖尿病或動脈粥樣硬化大鼠的血清chemerin水平顯著增加，而有氧運動降低上述大鼠的血漿chemerin水平，且與糖脂代謝的改善有關(guān)。但運動和/或飲食控制對2型糖尿病大鼠糖脂代謝的改善作用是否與肝的chemerin以及CMKLR1有關(guān)，目前還不完全清楚。本文主要研究2型糖尿病大鼠肝chemerin和CMKLR1的mRNA和蛋白水平是否有改變，以及4周有氧運動和/或飲食控制對肝chemerin和CMKLR1的影響，探討其在改善糖脂代謝中的作用，為糖尿病的治療提供新的靶分子。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

6周齡雄性SD大鼠50只，體重190～210 g，購于北京維通利華實驗技術(shù)有限公司(合格證號：SCXK(京)2012-0001)。于上海體育學(xué)院動物實驗室SPF級環(huán)境喂養(yǎng)，所有大鼠均自由飲水飲食。飼養(yǎng)環(huán)境的溫度控制在20℃～24℃，相對濕度為40%～55%，以及12 h/12 h的晝夜節(jié)律。

1.2 實驗方法

1.2.1 糖尿病大鼠模型的建立與分組 50只雄性SD大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后，隨機分成正常對照組(Con，n=6)和糖尿病造模組(n=44)。Con組大鼠喂以普通飼料，造模組大鼠喂以高脂高糖飼料(含2.5%膽固醇，1%膽酸鈉，20%白糖，10%豬油和66.5%普通飼料)。8周高脂飼料喂養(yǎng)后，選體重最重的38只大鼠空腹腹腔注射小劑量(30 mg/kg溶于0.1 mmol/L檸檬酸緩沖液，pH 4.5)的鏈脲佐菌素(streptozocin, STZ)制備2型DM大鼠。注射后的第3天和第7天測量大鼠的空腹血糖，若兩次的空腹血糖均>11.1 mmol/L，判定為造模成功。將24只造模成功的糖尿病大鼠隨機分為4組(n=6)：糖尿病對照組(DM)、糖尿病運動組(EDM)、改喂普通飼料的糖尿病飲食控制組(NDM)和糖尿病運動+飲食控制組(ENDM)。

1.2.2 運動和飲食干預(yù) 運動組大鼠經(jīng)3 d的跑臺適應(yīng)性訓(xùn)練后，進行4周遞增負荷的中等強度有氧運動。第1周跑速為15 m/min，持續(xù)30 min；第2周跑速仍然是15 m/min，運動時間延長至60 min；第3周增加跑速到20 m/min，持續(xù)60 min；第4周維持20 m/min跑速，持續(xù)90 min，每周運動6 d。飲食上，DM和EDM組大鼠繼續(xù)喂高脂飼料，NDM和ENDM組的則改喂普通飼料。普通飼料和高脂飼料所含的能量分別是 2.48 kcal/g、3.30 kcal/g，而各組大鼠的進食量約55～60 g/d，所以飲食控制大鼠的每日攝取總能量約是飲食不控制大鼠的75%。

1.2.3 空腹血糖和血清指標的檢測 4周運動和/或飲食干預(yù)前、后，大鼠在禁食12 h后眼眶靜脈取血，收集血清。針扎大鼠尾靜脈，采集1滴血，用血糖儀檢測空腹血糖(fasting blood glucose, FBG)水平。用全自動生化分析儀檢測血清TC、TG和低密度脂蛋白膽固醇(low density lipoprotein cholesterol, LDL)水平，試劑盒購于南京建成生物工程研究所。

1.2.4 肝chemerin、CMKLR1的mRNA檢測 最后一次跑臺運動結(jié)束后36 h，水合氯醛麻醉處死大鼠，收集肝臟，立即處理或置于-80℃保存。用TRIzol試劑(購自Invitrogen公司)抽提大鼠肝的mRNA后，逆轉(zhuǎn)錄成cDNA(逆轉(zhuǎn)錄試劑盒購自美國Thermo公司)。對合成的cDNA進行real time PCR擴增(擴增試劑盒購自美國Roche公司)，檢測肝chemerin、CMKLR1及內(nèi)參GAPDH的mRNA水平(引物序列見表1)。采用兩步法45個循環(huán)，95℃變性15 s、60℃退火延伸60 s。

Tab.1Primer sequences of chemerin, CMKLR1 and GAPDH

GenePrimersequence(5’-3’)ChemerinForward:CGAGTGTCGGGATTT AGTReverse:GGTAGGCATCGTAGGTGACMKLR1Forward:CTACCACTGGGTGTTCGGReverse:GGGAGGAGCACGGAGATGAPDHForward:GCTGAGTATGTCGTGGAGReverse:TCTTCTGAGTGGCAGTGAT

1.2.5 肝chemerin、CMKLR1蛋白表達的檢測 1 ml的含PMSF的RIPA裂解(RIPA∶PMSF=100∶1，購于上海碧云天公司)加入50 mg肝組織，機械勻漿后超聲裂解組織，4℃ 12 000 r/min離心30 min后取上清，用BCA法檢測蛋白濃度。30 μg的待測樣品聚丙烯酰胺凝膠電泳后，轉(zhuǎn)移到PVDF膜上，5%的脫脂奶粉4℃封閉過夜。之后，分別加入chemerin(英國abcam公司，1∶500稀釋)、CMKLR1(英國abcam公司，1∶1 000稀釋)和β-actin(美國CST公司，1∶1 000稀釋)的一抗4℃孵育過夜，TBST洗3遍后，加入相應(yīng)的二抗(美國santa cruz公司，1∶5 000稀釋)，常溫下孵育1 h后在顯影儀(購自上海天能生物科技公司)上顯影。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1有氧運動和/或飲食控制對DM大鼠體重的影響

Con組大鼠的體重始終保持增長，DM大鼠在4周干預(yù)期間體重不增長，而EDM、NDM和ENDM大鼠第3、4周的體重與DM相比顯著下降(P<0.05)，組間差異無顯著性(表2)。

Tab. 2 Changes of rats’ body weights during the intervention period(±s, n=6)

Con: Control; DM: Diabetes mellitus; EDM: Diabetes exercise; NDM: Diabetes normal diet; ENDM: Diabetes exercise plus dieting

*P<0.05vsDM

2.2有氧運動和/或飲食控制對DM大鼠空腹血糖的影響

在干預(yù)之前與Con組相比，DM、EDM、NDM、ENDM組大鼠的FBG顯著升高(P<0.01)。4周干預(yù)后，與DM組相比，EDM、NDM組大鼠的空腹血糖水平顯著下降，下降約30%(P<0.01)；而ENDM組的下降幅度更大，約50%(P<0.01)，且與EDM、NDM組相比差異有顯著性(P<0.05，表3)。

2.3有氧運動和/或飲食控制對DM大鼠血清TC,TG和LDL水平的影響

與Con組相比，DM模型大鼠的血清TC、TG、LDL水平顯著升高(P<0.01，表4)。4周干預(yù)后，DM組大鼠的血脂水平與4周前相比繼續(xù)升高(P<0.05)；與DM組相比，4周干預(yù)后，EDM、NDM和ENDM組大鼠的血清TC、TG、LDL水平均顯著下降，下降幅度在18.3%～82.8%(P<0.01)，且ENDM與EDM、NDM組相比下降得更顯著(P<0.05，表5)。

BaselineFBG(mmol/L)△FBG/baselineFBG(%)Con6.13±0.048.16±3.34DM23.78±2.37**-2.70±7.49EDM25.67±3.15**-30.01±15.75#NDM25.20±3.50**-28.89±11.49#ENDM24.55±6.45**-49.58±15.35#△

FBG: Fasting blood glucose

*P<0.05,**P<0.01vsCon;#P<0.05,##P<0.01vsDM;△P<0.05vsNDM

GroupTCTGLDLCon1.23±0.330.29±0.020.38±0.06DM4.17±0.82**1.39±0.51**1.88±0.56**

TC: Total cholesterol; TG: Triglyceride; LDL: Low density lipoprotein cholesterol

**P<0.01vsCon

Group△TC/baselineTC△TG/baselineTG△LDL/baselineLDLCon12.09±10.1923.68±19.5331.69±8.29DM40.48±10.58*60.49±41.08*59.24±10.32*EDM-45.80±15.26**##-29.59±34.80*##-33.73±9.69**##NDM-18.27±11.35*##-32.51±22.12*##-49.17±33.45**##ENDM-43.87±17.20**##▲-82.82±7.67**##△▲-66.36±17.00**##△▲

TC: Total cholesterol; TG: Trigly ceride; LDL: Low density lipoprotein

*P<0.05,**P<0.01vsCon;##P<0.01vsDM;△P<0.05vsEDM;▲P<0.05vsNDM

2.4運動和/或飲食控制對DM大鼠肝chemerin的mRNA和蛋白水平的影響

DM大鼠肝chemerin的mRNA和蛋白水平比Con組的顯著升高(mRNA: 0.65±0.09vs0.18±0.08；蛋白：2.21±0.34vs1.00±0.00 )(P<0.01)。與DM組相比，4周干預(yù)后，ENDM組的大鼠肝chemerin的mRNA水平顯著降低(P<0.05)，EDM、NDM、ENDM組的chemerin蛋白水平均顯著降低(P<0.01)，且ENDM組的降低更顯著，與EDM、NDM組相比差異有顯著性(P<0.05，P<0.01，圖1)。

Fig.1Decreases of mRNA (A) and protein (B) levels of chemerinin the livers of type 2 diabetes rats after 4-week exercise and dieting interventions

**P<0.01vsCon;#P<0.05,##P<0.01vsDM;△△P<0.01vsEDM;▲P<0.05vsNDM

2.5運動和/或飲食控制對DM大鼠肝CMKLR1的mRNA和蛋白水平的影響

與Con組相比，DM大鼠的肝CMKLR1的mRNA和蛋白水平均顯著升高(mRNA: 0.57±0.07vs0.28±0.03；蛋白：1.57±0.20vs1.00±0.00)(P<0.01)。與DM組相比，4周干預(yù)后，盡管只有ENDM組的大鼠肝CMKLR1的mRNA水平顯著增加(P<0.05)，但NDM和ENDM組大鼠的肝CMKLR1蛋白水平顯著增加，且ENDM組增加得更顯著(P<0.05，P<0.01，圖2)。

Fig.2Increases of mRNA (A) and protein (B) levels of CMKLR1 in the livers of type 2 diabetes rats after 4-week exercise and dieting interventions

*P<0.05,**P<0.01vsCon;#P<0.05,##P<0.01vsDM;△P<0.05,△△P<0.01vsEDM;▲P<0.05vsNDM

3 討論

有氧運動降低肥胖或糖尿病患者血清chemerin水平，如12周的有氧運動對肥胖患者[9]，6個月有氧運動結(jié)合力量訓(xùn)練對肥胖成人[10]，以及一年規(guī)律的中等強度行走對2型糖尿病患者[11]都能顯著降低血漿chemerin水平。運動降低成年人的chemerin水平與其降低心血管風(fēng)險和胰島素水平有關(guān)[12]。除了運動，控制飲食致體重減輕[13]、減重手術(shù)都能降低肥胖和糖尿病患者的血漿chemerin水平[14]。已證實，血清chemerin的降低與肥胖、糖尿病患者的胰島素抵抗、代謝綜合征和亞臨床炎癥的減輕有關(guān)[15]。本課題組前期研究證實了有氧運動降低肥胖、糖尿病或動脈粥樣硬化大鼠的血清chemerin水平，且血清chemerin的減少很可能與大鼠糖脂代謝的改善有關(guān)。本研究進一步發(fā)現(xiàn)，4周有氧運動和/或飲食控制降低肥胖和糖尿病大鼠的肝chemerin水平，這可能是其降低血糖、血脂的原因之一；而有氧運動結(jié)合飲食控制的降糖、降脂作用更好的原因可能與肝chemerin降低的最明顯有關(guān)。

大多數(shù)的文獻支持chemerin/CMKLR1的促炎作用，即chemerin促進多種高表達CMLKR1的免疫細胞包括巨噬細胞、未成熟的樹突狀細胞等的募集和遷移，參與多種組織(如脂肪、肝、骨骼肌、胰島和血管)的炎細胞浸潤、粘附和遷移，從而發(fā)揮促炎作用。最早的CMKLR1敲除小鼠研究也發(fā)現(xiàn)CMKLR1敲除小鼠脂肪含量減少，肝和脂肪的炎癥因子TNF-α和IL-6減少，即chemerin有促炎作用[16]。因此，主張抑制chemerin/CMKLR1，特別是抑制CMKLR1可能是肥胖、2型糖尿病很好的治療方法。臨床常用的降糖降脂藥羅格列酮能降低ob/ob小鼠的血漿chemerin水平，可能與其改善胰島素抵抗有關(guān)。但也有文獻報道chemerin/CMKLR1具有抗炎作用[17]，如LPS刺激CMKLR1敲除小鼠致中性粒細胞浸潤增加；CMKLR1敲除小鼠的體重并不減輕、甚至更容易胖，出現(xiàn)胰島素抵抗和糖耐量受損[17]，即chemerin/CMKLR1有抗炎作用。有人報道了用CMKLR1的激動劑可能比抑制劑對糖尿病有更好的治療效果，具體機制還不清楚[18]。本研究意外地發(fā)現(xiàn)有氧運動/飲食控制進一步增加而不是降低糖尿病大鼠的肝CMKLR1水平，推測其可能發(fā)揮抗炎作用。

Chemerin/CMKLR1何時發(fā)揮促炎、何時發(fā)揮抗炎作用，目前還不清楚。已證實CMKLR1的抗炎作用不是直接作用于巨噬細胞，可能是作用于非白細胞系細胞如上皮細胞和內(nèi)皮細胞，通過間接作用實現(xiàn)抗炎作用[19]。因此，推測有氧運動和飲食控制可能是通過增加肝的上皮細胞、血管內(nèi)皮細胞，而不是肝巨噬細胞的CMKLR1水平來發(fā)揮抗炎作用，從而降低血糖、血脂，但需進一步的實驗證實。

總之，4周有氧運動和/或飲食控制降低2型糖尿病大鼠的肝chemerin蛋白水平、增加CMKLR1蛋白水平，這可能與其改善糖尿病大鼠的糖脂代謝有關(guān)。

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EffectsofaerobicexerciseanddietingonchemerinanditsreceptorCMKLR1intheliversoftype2diabeticrats

LIN Xiao-jing， YANG Hong-fang， WANG Xiao-hui△

(School of Kinesiology, Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China)

Objective: To investigate the effects of aerobic exercise and dieting on chemerin and its receptor chemokine like receptor-1 (CMKLR1) in the livers of type 2 diabetes mellitus (DM) rats and its possible roles on the improvements of blood glucose and lipid metabolism.MethodsFifty male SD rats were randomly divided into control group (Con,n=6) fed with normal diet and DM model group (n=44) fed with high fat diet. After 8-week feeding, DM model rats were intraperitoneal injected streptozocin (STZ) at the dose of 30 mg/kg body weight to establish DM rats. The successfully established diabetes rats were randomly divided into 4 groups (n=6): diabetes control group (DM), diabetes exercise group (EDM), diabetes dieting group by feeding normal diet (NDM) and diabetes exercise plus dieting group (ENDM). During the following 4 weeks, exercise rats participated in moderate intensity aerobic exercise on a treadmill with a progressing increasing load for 4 weeks. Fasting blood glucose (FBG) was determined by Roche glucometer. Serum levels of triglyceride (TG), total cholesterol (TC) and low-density lipoprotein (LDL)) were detected by using full automatic biochemical analyzer. The mRNA and protein expressions of chemerin and CMKLR1 in the livers were detected by real time PCR and Western blot, respectively.ResultsAccompanied with the increased serum levels of TC, TG, LDL and FBG in DM rats, the mRNA and protein levels of chemerinand CMKLR1 in the livers of DM rats were significant up-regulated. The serum levels of TC, TG, LDL and FBG were reduced in EDM, NDM and ENDM rats compared with those of DM rats, meanwhile,decreased protein levels of chemerin were found in the livers of EDM, NDM and ENDM rats with most significant in ENDM rats while increased protein levels of CMKLR1 in the livers of NDM and ENDM rats.ConclusionFour weeks of aerobic exercise with or without dieting decreased chemerin and increased CMKLR1 in the livers of DM rats at the protein levels, which might be attributed to the improvement of blood glucose and lipid metabolism of DM rats.

chemerin; CMKLR1; type 2 diabetes; rat; aerobic exercise; diet

Q459

A

1000-6834(2017)05-426-06

10.12047/j.cjap.5495.2017.103

國家自然科學(xué)基金資助項目(31271274)

2016-09-19

2017-06-20

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Tel： 021-51253520； E-mail: wangpan96@126.com