大鼠幼龄期游泳运动对防控成年期肥胖的作用及其机制研究

成年肥胖的形成与生长发育早期的环境因素存在密切联系,在生长发育的关键时期能量代谢相关基因的改变可以对机体的代谢机制产生程序化的影响,从而产生肥胖的分子生物学发病根源。运动不仅直接影响机体的能量代谢,同时还可以改变脂肪组织和下丘脑组织中的基因表达水平。因此推测在生长发育的关键时期运动可能会长期或永久改变脂肪组织和下丘脑内参与能量代谢的基因表达,这一研究领域对于认识肥胖早期的形成机制以及早期干预方法具有重要的理论意义。 本研究采用3周龄断乳幼鼠进行3周的游泳运动,观察大鼠12周龄时以及12周龄后进行高脂诱导肥胖24周龄时,体重和体内脂肪含量的改变,血清糖脂代谢指标,血清Leptin、Adiponctin和BDNF含量,脂肪组织Leptin、Adiponctin、PPARγ、TNF-α和BDNF等表达水平的变化,下丘脑组织Leptin-Rb、AdipoR1、AdipoR2、POMC、NPY和BDNF等表达水平的变化,以及下丘脑组织BDNF蛋白水平的变化。采用Real-time PCR方法测试脂肪组织和下丘脑组织中基因mRNA表达水平,Western blot方法测试下丘脑组织中BDNF蛋白含量水平。根据不同阶段的实验结果分析幼龄期游泳运动对大鼠成年后在高脂诱导肥胖过程中的防控作用,探讨幼龄期游泳运动对大鼠能量代谢长期影响的分子生物学机制。本实验研究内容分为两部分: 研究一:幼龄期游泳运动对成年后高脂诱导肥胖大鼠能量代谢相关基因的长期影响目的:研究大鼠幼龄期的游泳运动是否可以对成年期高脂诱导的肥胖起到保护作用,探讨脂肪组织和下丘脑内基因变化与幼龄期的游泳运动对成年后体成分变化的长期效应。 方法:3周龄断乳雄性幼鼠随机分为2组,安静对照组(C,n=24)和游泳运动3周组(E3,n=24),E3组在断乳后运动3周后安静喂养到12周龄。12周龄时C组大鼠再分为普通饲料喂养对照组(CC,n=12),高脂饲料诱导肥胖组(CH,n=12);E3组大鼠分为高脂饲料喂养组(E3H,n=12),高脂饲料喂养同时游泳运动组(E3HE,n=12)。24周龄时各组大鼠取材,并测试相应指标。 结果:(1)体成分和血脂:24周龄时CH组体重显著高于CC组(P<0.05),脂体比显著高于CC组(P<0.05),血GLU、TC、和血清Ins显著高于CC组(P<0.01),血清TG和LDL显著高于CC组(P<0.05),HDL显著低于CC组(P<0.01)。E3H组脂体比、血GLU和血清Ins等指标显著低于CH组(P<0.01),其他指标与CH组无差异。E3HE组体重显著低于E3H组(P<0.05),脂体比和血清LDL显著低于E3H组(P<0.01),血清TC也显著低于E3H组(P<0.05),其他指标与E3H组无差异。(2)血清指标:CH组血清Leptin显著高于CC组(P<0.05),BDNF含量显著低于CC组(P<0.05),而Adiponectin含量与CC组无差异。E3H组血清Leptin、Adiponectin和BDNF与CH组无差异。E3HE组血清Adiponectin含量显著高于E3H组(P<0.05),血清Leptin和Adiponectin含量与E3H无差异。(3)脂肪组织:CH组脂肪组织Adiponectin和PPAR-γmRNA表达水平显著低于CC组(P<0.05),而TNF-α和BDNFmRNA表达水平显著高于CC组(P<0.05),Leptin mRNA表达水平与CC组无差异。E3H组脂肪组织PPAR-γmRNA表达水平显著高于CH组(P<0.05),BDNFmRNA表达水平显著低于CH组(P<0.05),而Leptin、Adiponectin和TNF-αmRNA表达水平与CH组无差异。E3HE组脂肪组织PPAR-γmRNA表达水平显著高于E3H组(P<0.05),其他指标与E3H组无差异。(4)下丘脑组织:CH组下丘脑组织AdipoR1、AdipoR2、NPY和POMCmRNA表达水平显著高于CC组(P<0.05),Leptin-Rb和BDNFmRNA表达水平以及BDNF蛋白含量水平与CC组无差异。E3H组Leptin-Rb、AdipoR2和NPYmRNA表达水平显著低于CH组(P<0.05),而BDNFmRNA表达和蛋白含量水平显著高于CH组(P<0.05),AdipoR1和POMCmRNA表达水平与CH组无差异。E3HE组AdipoR1、NPY和POMCmRNA表达水平显著高于E3H组(P<0.05),Leptin-Rb、AdipoR2、BDNFmRNA表达水平和BDNF蛋白含量水平与E3H组无差异。 小结:幼龄期的游泳运动对高脂诱导肥胖的形成具有一定的抵抗作用。幼龄期运动大鼠脂肪组织PPAR-γ表达升高,以及下丘脑组织NPY表达下降,POMC和BDNF表达升高,是参于大鼠在高脂诱导过程中防控肥胖的重要生物学机制。 研究二:幼龄期游泳运动对大鼠成年时能量代谢相关基因表达的影响 目的:研究大鼠幼龄期的游泳运动对12周龄(成年期)的脂肪组织和下丘脑组织基因表达的影响,探讨脂肪组织和下丘脑基因在游泳运动后持续改变的生理作用。 方法:3周龄断乳雄性幼鼠随机分为3组,安静对照组(C,n=12),游泳运动3周后安静喂养6周组(E3,n=12),游泳运动9周组(E9,n=12)。12周龄时各组大鼠取材,并测试相应指标。 结果:(1)体成分和血脂:12周龄时E9组体重显著低于C组(P<0.05),E3组显著高于E9组(P<0.05),但与C组无差异。E9组脂体比显著低于C组(P<0.01),E3组与E9组无差异,但也显著低于C组(P<0.01)。E9组血清TC显著低于C组(P<0.05),其他血GLU、血脂和血清Ins指标与C组无差异。E3组血清TC和HDL显著高于E9组(P<0.05和P<0.05),其他血GLU、血脂和血清Ins指标与E9组无差异。E3组血清HDL显著高于C组(P<0.05),其他血GLU、血脂和血清Ins指标与C组无差异。(2)血清指标:E9组血清Leptin含量显著低于C组(P<0.05),血清Adiponectin和BDNF含量与C组无差异。E3组血清Leptin含量显著高于E9组(P<0.01),BDNF含量显著低于E9组(P<0.05),Adiponectin含量与E9组无差异。E3组血清Leptin和Adiponectin含量与C组无差异,BDNF的含量显著低于C组(P<0.01)。(3)脂肪组织:E9组脂肪组织Leptin、Adiponectin和PPAR-γmRNA表达均显著低于C组(P<0.05、P<0.05和P<0.05),TNF-αmRNA表达显著高于C组(P<0.05),BDNFmRNA表达与C组均无差异。E3组脂肪组织Leptin、Adiponectin、PPAR-γ、TNF-α和BDNFmRNA表达与E9组均无差异。E3组脂肪组织Leptin和Adiponectin mRNA表达低于C组(P<0.05),TNF-α和BDNFmRNA表达高于C组(P<0.05),PPAR-γmRNA表达与C组无差异。(4)下丘脑组织:E9组下丘脑组织Leptin-RbmRNA表达显著高于C组(P<0.05),AdipoR1和AdipoR2mRNA表达与C组无差异。E3组Leptin-Rb、AdipoR1和AdipoR2mRNA表达与E9组均无差异。E3组Leptin-RbmRNA表达显著高于C组(P<0.05),但AdipoR1和AdipoR2mRNA表达与C组无差异。E9组NPY和POMCmRNA表达显著高于C组(P<0.05),BDNFmRNA表达与C组无差异,但BDNF蛋白水平显著高于C组(P<0.05)。E3组NPYmRNA表达显著低于E9组(P<0.05),但POMCmRNA表达与E9组无差异,BDNFmRNA表达和蛋白水平与E9组均无差异。E3组下丘脑组织NPYmRNA表达与C组无差异,POMCmRNA表达显著高于C组(P<0.05),BDNFmRNA表达和蛋白水平与C组均无差异。 小结:幼龄期开始3周的游泳运动使大鼠12周龄时体内的脂肪积累量减少,脂肪组织Leptin和Adiponecitn的表达下降,TNF-α和BDNF的表达升高,下丘脑Letpin-Rb和POMC表达的升高可能是幼龄期游泳运动控制体成分的重要生物学机制。 全文结论: (1)幼龄期3周的游泳运动对于大鼠12周龄时体内脂肪量的积累有抑制作用,对12周龄后高脂饲料诱导大鼠肥胖体成分的改变具有一定的保护作用。 (2)幼龄期运动大鼠脂肪组织PPAR-γ表达升高以及下丘脑组织NPY表达下降,POMC和BDNF表达升高是参与防控高脂诱导肥胖的长期生物学机制。 (3)幼龄期运动大鼠脂肪组织Leptin和Adiponecitn的表达下降,TNF-α和BDNF的表达升高,下丘脑Leptin-Rb和POMC表达的升高是参与降低体内脂肪含量的早期生物学机制。 (4)幼龄期运动可以使脂肪组织和下丘脑组织中基因在不同阶段产生早期或长期的改变,但持续多长时间并不清楚,并且这种作用是否通过改变关键基因表达具有预防糖脂代谢紊乱的作用仍需要进一步的证实。