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      益生菌聯(lián)合不同強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)2型糖尿病大鼠骨骼肌腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、NF-κB及腎臟脂體比、脂肪量的影響

      2022-06-27 13:46:38馬丁盧富琨熊小芹馬昌軍
      中國醫(yī)學(xué)創(chuàng)新 2022年14期
      關(guān)鍵詞:骨骼肌有氧益生菌

      馬丁 盧富琨 熊小芹 馬昌軍

      【摘要】 目的:探討益生菌聯(lián)合不同強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)2型糖尿病大鼠骨骼肌腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、核因子-κB(NF-κB)、腎臟脂體比、脂肪量的影響。方法:選取60只清潔級(jí)雄性C57/BL大鼠,造模成功后將2型糖尿病大鼠采用隨機(jī)數(shù)字表法分為五組,分別為模型組、A組(益生菌)、B組(益生菌+運(yùn)動(dòng)A強(qiáng)度)、C組(益生菌+B強(qiáng)度)、D組(益生菌+C強(qiáng)度)。A組、B組、C組、D組每日灌胃嗜酸乳桿菌1 mL(益生菌數(shù)量為1×10 CFU/mL),B組、C組、D組都給予跑臺(tái)有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練,分別按10、20、40 m/min速度進(jìn)行跑臺(tái)訓(xùn)練,每天訓(xùn)練1 h。五組大鼠治療觀察時(shí)間為8周。比較五組大鼠的血糖、胰島素抵抗水平、腎臟脂肪量和脂體比、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、BDNF、NF-κB水平。結(jié)果:治療4、8周,A組、B組、C組、D組的空腹血糖與胰島素抵抗水平均低于模型組,且D組均低于A組、B組、C組,C組均低于B組、A組,B組均低于A組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。治療8周,A組、B組、C組、D組的腎臟脂肪量和脂體比、血清IL-1β、TNF-α含量、腓腸肌BDNF與NF-κB蛋白相對(duì)表達(dá)水平均低于模型組,且D組均低于A組、B組、C組,C組均低于B組、A組,B組均低于A組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論:益生菌聯(lián)合不同強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)在2型糖尿病大鼠中應(yīng)用,能抑制腓腸肌BDNF與NF-κB蛋白的表達(dá),還可抑制血清炎癥因子的釋放,從而改善大鼠的血糖與腎臟脂體比、脂肪量。

      【關(guān)鍵詞】 益生菌 有氧運(yùn)動(dòng) 2型糖尿病 腓腸肌 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子 核因子-κB

      Effect of Probiotics Combined with Different Intensities of Aerobic Exercise on Skeletal Muscle Brain-derived Neurotrophic Factor, NF-κB, and Renal Lipid-to-body Ratio and Fat Mass in Type 2 Diabetic Rats/MA Ding, LU Fukun, XIONG Xiaoqin, MA Changjun. //Medical Innovation of China, 2022, 19(14): 024-028

      [Abstract] Objective: To investigate the effects of probiotics combined with different intensities of aerobic exercise on skeletal muscle brain-derived neurotrophic factor (BDNF), nuclear factor-kappa B (NF-κB), and renal lipid-to-body ratio and fat mass in skeletal muscle of type 2 diabetic rats. Method: A total of 60 clean-grade male C57/BL rats were selected, after modeling they were randomly divided into 5 groups, model group, group A (probiotics), group B (probiotics + exercise intensity A), group C (probiotics +exercise intensity B), and group D (probiotics + exercise intensity C). Group A, group B, group C and group D were given 1 mL lactobacillus acidophilus (probiotics amount was 1×10 CFU/mL) by intragastric administration. Group B, C and D were given treadmill aerobic exercise training at 10, 20 and 40 m/min, respectively, for 1 h every day. The rats in the five groups were treated for 8 weeks. The levels of blood glucose, insulin resistance, renal lipid-to-body ratio and fat mass, interleukin-1β(IL-1β), tumor necrosis factor-α(TNF-α), BDNF and NF-κB were compared among five groups. Result: After 4 and 8 weeks of treatment, the levels of fast blood glucose and insulin resistance in the group A, group B, group C and group D were lower than those in the model group, and those in the group D were lower than those in the group A, group B and group C, those in the group C were lower than those in the group B and group A, and those in the group B were lower than those in the group A, the differences were statistically significant (P<0.05). After 8 weeks of treatment, the kidney fat content, lipid-to-body ratio, serum IL-1β and TNF-α contents, and the relative expression level of BDNF and NF-κB protein in gastrocnemius muscle in the group A, group B, group C and group D were lower than those in the model group, and those in the group D were lower than those in the group A, group B and group C, those in the group C were lower than those in the groups B and group A, and those in the group B were lower than those in the group A, the differences were statistically significant (P<0.05). Conclusion: The application of probiotics combined with different intensities of aerobic exercise in type 2 diabetic rats can inhibit the expression of gastrocnemius muscle BDNF and NF-κB protein, and can also inhibit the release of serum inflammatory factors, thereby promoting the improvement of blood sugar and renal lipid-to-body ratio and fat mass in rats.

      [Key words] Probiotics Aerobic exercise Type 2 diabetes Gastrocnemius muscle Brain-derived neurotrophic factor Nuclear factor-κB

      First-author’s address: Bazhong Central Hospital, Sichuan Province, Bazhong 636000, China

      doi:10.3969/j.issn.1674-4985.2022.14.006

      當(dāng)前糖尿病的發(fā)病率逐年增加,特別是在我國,發(fā)病人數(shù)已超億人,已成為重要的醫(yī)學(xué)和公共衛(wèi)生問題。2型糖尿病為糖尿病的主要類型,占80.0%以上。運(yùn)動(dòng)可提高胰島素的敏感性和作用效果,這使得運(yùn)動(dòng)成為治療2型糖尿病的主要非藥物手段[1]。有研究發(fā)現(xiàn)有氧運(yùn)動(dòng)改善血糖代謝的效果優(yōu)于無氧運(yùn)動(dòng),而無氧運(yùn)動(dòng)改善血脂代謝的效果優(yōu)于有氧運(yùn)動(dòng)[2-3]。現(xiàn)代研究表明,腸道菌群的失衡與糖尿病的發(fā)生與發(fā)展有著密切的關(guān)系,鼠李糖乳桿菌、嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌等部分益生菌能在改善腸道微生態(tài)平衡的同時(shí)改善機(jī)體的胰島素抵抗,降低體內(nèi)促炎性因子,從而改善糖尿病患者的臨床癥狀[4-5]。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)在骨骼肌、神經(jīng)組織中均廣泛存在,特別是BDNF可通過旁分泌的作用形式調(diào)節(jié)胰腺β細(xì)胞活性,還可激活A(yù)MPK/CREB/PGC-1α信號(hào)通路,參與血糖代謝,并促進(jìn)脂肪代謝[6]。核因子-κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)是炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的重要啟動(dòng)因素,其活化可產(chǎn)生大量炎癥因子,引起骨骼肌萎縮,導(dǎo)致骨骼肌炎癥反應(yīng),也可參與調(diào)節(jié)血糖代謝[7-8]。本文具體探討了益生菌聯(lián)合不同強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)2型糖尿病大鼠骨骼肌BDNF、NF-κB及腎功能的影響,現(xiàn)報(bào)道如下。

      1 材料與方法

      1.1 實(shí)驗(yàn)材料 選取60只清潔級(jí)雄性C57/BL大鼠,3周齡,體質(zhì)量200~210 g,購自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物所有喂養(yǎng)程序與實(shí)驗(yàn)處理過程由巴中市中心醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心管理。飼養(yǎng)條件:飼養(yǎng)與實(shí)驗(yàn)過程環(huán)境穩(wěn)定,大鼠攝食、進(jìn)水,12 h︰12 h燈光進(jìn)行白天與晝夜循環(huán),相對(duì)濕度(55±5)%,室溫(25±2)℃。鏈脲佐菌素(streptozotocin,STZ)(生產(chǎn)廠家:美國Sigam公司,貨號(hào):S0130,規(guī)格:1 g/瓶),益生菌-嗜酸乳桿菌(lactobacillusacidophilus,HCCB20535)(生產(chǎn)廠家:通化金馬藥業(yè)集團(tuán)股份有限公司,國藥準(zhǔn)字:H10940114,規(guī)格:0.5 g/片),抗BDNF抗體、抗NF-κB抗體購自Epitomics公司,生化分析儀購自NeoBioscience公司,白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)與腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)檢測試劑盒購自大連Takara公司,HRP標(biāo)記山羊抗兔抗體購自武漢伊萊瑞特生物科技股份有限公司。本研究經(jīng)本院動(dòng)物倫理和使用委員會(huì)審批。

      1.2 方法 (1)2型糖尿病大鼠模型的建立。所有大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練,通過高脂高糖飲食喂養(yǎng)8周后,采用一次性小劑量鏈脲佐菌素,稱取鏈脲佐菌素適量,加入生理鹽水使溶解,配制成濃度為30 mg/kg,腹腔注射1 mL誘導(dǎo)模型。高脂高糖飼料配方:44.0%糖、16.0%蛋白質(zhì)、40.0%脂肪。造模成功標(biāo)準(zhǔn):鏈脲佐菌素注射后第5天禁食12 h后尾靜脈取血,測定葡萄糖含量,空腹血糖≥11.1 mmol/L判定為建立2型糖尿病大鼠模型成功,本次研究所有大鼠都造模成功。(2)將2型糖尿病大鼠采用隨機(jī)數(shù)字表法分為五組,分別為模型組、A組(益生菌)、B組(益生菌+運(yùn)動(dòng)A強(qiáng)度)、C組(益生菌+B強(qiáng)度)、D組(益生菌+C強(qiáng)度)。A組、B組、C組、D組每日灌胃嗜酸乳桿菌,分別稱取嗜酸乳桿菌適量,加入生理鹽水使溶解,配制成濃度為益生菌數(shù)量為1×109 CFU/mL,均給藥1 mL,模型組灌胃等劑量的純凈水,每天給藥1次。B組、C組、D組都給予跑臺(tái)有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練,分別按10、20、40 m/min速度進(jìn)行跑臺(tái)訓(xùn)練,每天訓(xùn)練1 h,A組與模型組不給予針對(duì)性跑臺(tái)有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。五組大鼠治療觀察時(shí)間為8周。

      1.3 觀察指標(biāo) (1)比較五組大鼠治療前和治療4、8周的空腹血糖和胰島素抵抗水平。(2)比較五組大鼠腎臟脂肪量和脂體比。所有大鼠在治療8周后處死,取腎臟脂肪組織進(jìn)行稱重,脂肪量=腎周脂肪+腎膜脂肪;脂體比(%)=(腎周脂肪+腎膜脂肪)/體重×100%。(3)比較五組大鼠治療8周的IL-1β、TNF-α含量。取處死大鼠的眼底動(dòng)脈血1 mL左右,3 000 r/min離心,10 min,分離血清,采用酶聯(lián)免疫法檢測血清IL-1β、TNF-α含量。(4)比較五組大鼠治療8周的腓腸肌BDNF和NF-κB水平。取處死大鼠的腓腸肌,剪碎研磨后提取總蛋白,定量蛋白濃度后進(jìn)行上樣電泳、轉(zhuǎn)膜和封閉,加入抗BDNF抗體和抗NF-κB抗體,孵育后再加入二抗,采用發(fā)光法顯影得到Western blot條帶,計(jì)算相對(duì)表達(dá)水平。

      1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 25.0軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)量資料用(x±s)表示,比較采用t檢驗(yàn),多組間對(duì)比為單因素方差分析(One-Way ANOVA),以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

      2 結(jié)果

      2.1 五組大鼠血糖與胰島素抵抗水平比較 治療4、8周,A組、B組、C組、D組的空腹血糖與胰島素抵抗水平均低于模型組,且D組均低于A組、B組、C組,C組均低于B組、A組,B組均低于A組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表1。

      2.2 五組治療8周的腎臟脂肪量與脂體比比較 治療8周,A組、B組、C組、D組的腎臟脂肪量與脂體比均低于模型組,且D組均低于A組、B組、C組,C組均低于B組、A組,B組均低于A組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表2。

      2.3 五組血清IL-1β、TNF-α含量比較 治療8周,A組、B組、C組、D組的血清IL-1β、TNF-α含量均低于模型組,且D組均低于A組、B組、C組,C組均低于B組、A組,B組均低于A組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表3。

      2.4 五組腓腸肌BDNF與NF-κB蛋白相對(duì)表達(dá)水平比較 治療8周,A組、B組、C組、D組的腓腸肌BDNF與NF-κB蛋白相對(duì)表達(dá)水平均低于模型組,且D組均低于A組、B組、C組,C組均低于B組、A組,B組均低于A組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表4。

      3 討論

      2型糖尿病已成為全國乃至全球性的健康問題,藥物治療能夠有效降低血糖水平,但是需要長期用藥,且部分患者容易產(chǎn)生耐藥及腸功能紊亂等副作用,為此在臨床上需要合理選擇非藥物治療方法[9]。益生菌除了具有改善胃腸功能的作用外,還具有降低血糖的作用。有研究顯示,益生菌能有效增強(qiáng)機(jī)體的口服糖耐量,降低餐后血糖濃度。同時(shí)益生菌還可預(yù)防2型糖尿病患者非致病性大腸桿菌向組織黏附與轉(zhuǎn)移,避免病情的惡化[10]。本研究顯示治療4、8周,A組、B組、C組、D組的血糖與胰島素抵抗水平均低于模型組,且D組均低于A組、B組、C組,C組均低于B組、A組,B組均低于A組(P<0.05)。治療8周,A組、B組、C組、D組的腎臟脂肪量與脂體比均低于模型組,且D組均低于A組、B組、C組,C組均低于B組、A組,B組均低于A組(P<0.05),表明益生菌聯(lián)合有氧運(yùn)動(dòng)在2型糖尿病大鼠的應(yīng)用能改善血糖,降低腎臟脂肪量與脂體比。當(dāng)前也有研究表明,運(yùn)動(dòng)可提高胰島素的敏感性和作用效果,可減少胰島素抵抗,加快糖、脂氧化分解,促進(jìn)糖原合成,從而降低血糖水平。特別是有氧運(yùn)動(dòng)可通過增加肌肉中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4含量和改善胰島素敏感性等機(jī)制,增加骨骼肌對(duì)葡萄糖攝取能力,進(jìn)而起到調(diào)控血糖的作用[11-12]。

      糖尿病患者體內(nèi)長時(shí)間高血糖狀態(tài)會(huì)促使葡萄糖發(fā)生糖化反應(yīng),可以毒傷神經(jīng)元,造成患者病情惡化。益生菌不但能明顯減少肝糖原的積累,還能夠改善大鼠糖耐量受損,從而在一定程度上降低胰島素水平[13]。還有研究顯示益生菌能有效控制攝入高果糖大鼠體重的增加,改善高胰島素血癥大鼠高胰島素水平,降低大鼠空腹胰島素水平,提高口服耐糖能力[14]。本研究顯示治療8周,A組、B組、C組、D組的血清IL-1β、TNF-α含量均低于模型組,且D組均低于A組、B組、C組,C組均低于B組、A組,B組均低于A組(P<0.05),表明益生菌聯(lián)合有氧運(yùn)動(dòng)在2型糖尿病大鼠的應(yīng)用能抑制炎癥因子的釋放。從機(jī)制上分析,IL-1β、TNF-α的大量釋放可導(dǎo)致骨骼肌炎癥反應(yīng),影響骨骼肌能量代謝,引起骨骼肌萎縮[15]。有氧運(yùn)動(dòng)能明顯改善糖尿病大鼠的糖脂代謝,能抑制糖尿病大鼠骨骼肌AGE-RAGE軸通路,降低其氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng),減輕骨骼肌損傷,改善血糖代謝[16-17]。

      BDNF主要表達(dá)在神經(jīng)系統(tǒng)組織中,參與調(diào)節(jié)調(diào)控神經(jīng)元再生和突觸可塑性、神經(jīng)損傷修復(fù)等過程。BDNF也存在于骨骼肌、血管等組織中,具有改善骨骼肌胰島素抵抗、提高骨骼肌細(xì)胞脂肪氧化能力、調(diào)節(jié)肌纖維類型分化等作用。抑制骨骼肌中BDNF的表達(dá),可激活A(yù)MPK/CREB/PGC-1α信號(hào)通路,減少胰島素抵抗和骨骼肌萎縮,促進(jìn)脂質(zhì)氧化。NF-κB是糖尿病骨骼肌炎癥反應(yīng)中重要的調(diào)節(jié)因子,其活化后可導(dǎo)致骨骼肌萎縮和胰島素抵抗,將啟動(dòng)和調(diào)節(jié)炎癥因子的轉(zhuǎn)錄,參與骨骼肌炎癥反應(yīng)。本研究顯示治療8周,A組、B組、C組、D組的腓腸肌BDNF與NF-κB蛋白相對(duì)表達(dá)水平均低于模型組,且D組均低于A組、B組、C組,C組均低于B組、A組,B組均低于A組(P<0.05),表明益生菌聯(lián)合有氧運(yùn)動(dòng)在2型糖尿病大鼠的應(yīng)用能抑制腓腸肌BDNF與NF-κB蛋白的表達(dá)。當(dāng)前有研究表明有氧運(yùn)動(dòng)可抑制糖尿病大鼠骨骼肌中BDNF的表達(dá),提高脂肪氧化水平,進(jìn)一步激活A(yù)MPK/CREB/PGC-1α信號(hào)通路,調(diào)節(jié)血脂代謝[18-19]。同時(shí)其能更好地抑制骨骼肌中NF-κB蛋白的表達(dá),提高骨骼肌糖代謝能力,降低骨骼肌炎癥和肌萎縮。本研究由于經(jīng)費(fèi)限制,沒有對(duì)其他動(dòng)物模型進(jìn)行分析,也沒有設(shè)置空白組,將在后續(xù)研究中探討。

      綜上所述,益生菌聯(lián)合不同強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)在2型糖尿病大鼠的應(yīng)用能抑制腓腸肌BDNF與NF-κB蛋白的表達(dá),還可抑制血清炎癥因子的釋放,從而促進(jìn)改善大鼠的血糖與脂體比、脂肪量。

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      [19]王繼,楊中亞,張龍,等.AMPK/PGC-1α在有氧運(yùn)動(dòng)改善2型糖尿病大鼠骨骼肌萎縮中的作用[J].中國組織工程研究,2020,24(20):3180-3185.

      (收稿日期:2021-11-19) (本文編輯:張明瀾)

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