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目的:采用高脂膳食喂养使大鼠产生肥胖-胰岛素抵抗,给予小剂量STZ注射使大鼠发生2型糖尿病。检测血液生化指标,比较分析肥胖-胰岛素抵抗与2型糖尿病大鼠整体水平代谢与正常组大鼠比较的特点与区别。检测AMP激活的蛋白激酶(AMPK)信号通路和肌醇磷脂3-激酶(PI3K)信号通路蛋白激酶及其亚基的磷酸化水平,阐明肥胖-胰岛素抵抗与2型糖尿病脂肪组织AMPK及PI3K信号通路功能的损伤程度。分别对肥胖-胰岛素抵抗大鼠与2型糖尿病大鼠施以运动干预观察长期运动是否可以改善肥胖-胰岛素抵抗与糖尿病大鼠脂肪组织中AMPK及P13K信号通路蛋白激酶的磷酸化与蛋白表达;比较运动对胰岛素抵抗大鼠与糖尿病大鼠AMPK及PI3K信号通路作用结果异同。证实运动改善胰岛素抵抗个体胰岛素依赖和非依赖信号通路,为糖尿病的治疗提供实验依据。
方法:
1、动物分组与模型制备
1.1实验动物选择15月龄SD雌性大鼠,随机分为五组:正常饮食组,肥胖对照组,肥胖运动组、糖尿病对照组、糖尿病运动组。
1.2正常饮食组普通饲料喂养十六周;后四组称为高脂高糖饮食组,先高脂高糖饮食喂养八周,当体重超过正常体重25%以上,血清学检查出现胰岛素抵抗现象认为肥胖-胰岛素抵抗模型成功;糖尿病组在肥胖-胰岛素抵抗模型基础上给以一次性小剂量腹腔注射链脲佐菌素(STZ)造成糖尿病模型。肥胖-胰岛素抵抗与糖尿病组继续高脂高糖饮食喂养八周。
1.3运动组大鼠在第九周初开始运动干预,采用游泳运动:五天/周,每周休息两天,第一、二天试游10min,逐渐加量,第一、二周每天游40min,后六周按照10分钟/40g确定每组大鼠游泳时间,游泳训练八周后取样。
2、血液生物化学检测:葡萄糖氧化酶法测定空腹血糖浓度;半自动生化分析仪测定血清总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇;放射免疫法测定血清胰岛素。
3、Western Blot检测PI3K/Akt及LKB1-AMPK信号通路蛋白激酶及亚基的磷酸化水平与蛋白表达。
4、统计学分析结果
1、实验大鼠整体水平代谢变化与血生化检测结果
1.1肥胖组大鼠体重、脂体比、脂肪量、葡萄糖(GLU)、总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、游离脂肪酸(FFA)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)血清胰岛素均高于正常饮食组;与肥胖对照组相比,肥胖运动组大鼠体重、脂肪量、脂体比下降,GLU、TC、TG、FFA、LDL-C和血清胰岛素均下降,以上差异均有统计学意义。
1.2与正常饮食组比较,糖尿病组大鼠GLU、TC、TG、FFA、LDL-C和血清胰岛素均升高;而糖尿病运动组与糖尿病对照组相比,Glu、TC、TG、FFA、LDL-C和血清胰岛素下降,以上差异均有统计学意义。
2、Western Blot检测与正常饮食组相比,糖尿病对照组脂肪组织中LKB1磷酸化水平、AMPKα1磷酸化水平和蛋白总量、AMPKα2磷酸化水平和蛋白总量Akt1磷酸化水平和Akt2磷酸化水平均有所下降;肥胖-胰岛素抵抗对照组LKB1蛋白总量、AMPKα1磷酸化水平及蛋白总量、AMPKα2磷酸化水平及蛋白总量与Akt1磷酸化水平有所改变。
3、8周运动训练后,以上各种损伤均有所改变,但糖尿病运动组Akt1磷酸化水平无变化。
结论:
1、糖尿病大鼠脂肪组织中LKB1-AMPK信号通路及PI3K/Akt信号通路蛋白激酶及其亚基的磷酸化水平与蛋白总量明显改变;而肥胖-胰岛素抵抗脂肪组织中仅部分蛋白激酶的磷酸化水平与蛋白总量发生变化。提示脂肪组织中LKB1-AMPK信号通路损伤情况与胰岛素抵抗程度有关。
2、长期有氧运动干预改善了糖尿病大鼠脂肪组织中LKB1-AMPK及PI3K通路蛋白激酶及其亚基的磷酸化水平与蛋白总量。提示运动是通过改善胰岛素抵抗大鼠LKB1-AMPK通路功能,调节葡萄糖代谢。
3、运动干预可以使肥胖与糖尿病大鼠体重、脂肪量、脂体比、GLU、TC、TG、FFA、LDL-C和血清胰岛素下降,从整体水平改善了胰岛素抵抗大鼠的代谢状况。