有氧运动和大豆多肽对高脂饮食大鼠胰岛素さ挚剐纬珊脱脂代谢的干预作用

金其贯　张美玲　潘艳娟　罗　强　陈　宝　邓玉强

摘要：目的：探讨有氧运动和补充大豆多肽对高脂饮食大鼠胰岛素抵抗形成的干预作用及其机制。方法：在给SD大鼠喂饲高脂饮食的同时，进行10周的有氧运动锻炼或／和补充大豆多肽，实验结束时测定空腹血糖（FPG）、空腹胰岛素（FINS）、血清甘油三酯（TG）、胆固醇（TC）和游离脂肪酸（FFA）等指标，并计算胰岛素敏感性指数（ISI）、稳态模型睮R指数（HOMA睮R）。结果：1） 10周的高脂饮食可使大鼠FPG、FINS、HOMA睮R指数显著升高，而ISI指数显著降低；2） 在高脂饮食诱导大鼠IR形成的同时，进行10周60 min的有氧运动锻炼或补充SPH，可以显著降低高脂饮食大鼠FPG、FINS、HOMA睮R指数，提高ISI指数；与此同时，运动联合补充SPH可使高脂饮食大鼠FINS、HOMA睮R指数进一步降低，ISI进一步升高，但无显著性差异；3） HF组大鼠血清TG、TC和FFA显著高于对照组，运动训练或补充SPH可使高脂饮食大鼠血清TG、TC和FFA含量显著降低，且具有显著的交互作用。结论：1） 10周的高脂饮食可以诱导大鼠IR的形成；2） 运动训练或补充SPH可以显著地预防高脂饮食大鼠IR的形成，而且，运动锻炼联合补充SPH在一定程度上对预防高脂饮食大鼠IR的形成具有促进作用。3） 高脂饮食诱导大鼠IR的形成机制与高脂饮食大鼠血脂代谢紊乱有关；而运动训练或补充SPH可以改善血脂代谢来预防IR的形成。

关键词：有氧运动锻炼；大豆多肽；胰岛素抵抗；血脂代谢；游离脂肪酸

中图分类号：G804.7文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)01-0040-04

Intervention Effects of Aerobic Exercise and Soy Protein Hydrolyzate on the Informing of Insulin Resistance and Blood Lipid Metabolism in SD Rats Fed High Fat Diet

JIN Qi瞘uan, ZHANG Mei瞝ing, PAN Yan瞛uan, LUO Qiang, CHEN Bao, DENG Yu瞦iang

（Physical education college, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu China）

Abstract:The research was conducted in order to explore intervention effects of aerobic exercise and soy protein hydrolyzate (SPH) on the informing of insulin resistance (IR) in SD rats fed high fat diet and its mechanisms. While the SD rats were fed high fat diet to form IR, aerobic exercise training was conducted and SPH was supplemented for ten weeks. The fasting plasma glucose (FPG), fasting plasma insulin (FINS), the serum triglyceride (TG), total cholesterol (TC) and free fatty acid（FFA）were determined at the end of the experiment. Insulin sensitivity index (ISI) and homeostasis model assessment睮R index (HOMA睮R) were calculated. Results are: 1) ten瞱eek long high fat diets might cause the remarkable increase of FPG, FINS and HOMA睮R, but obvious decrease of ISI; 2) sixty瞞inute aerobic training and supplemented SPH for ten weeks might reduce FPG, FINS, and HOMA睮R but obviously enhance the ISI in rats fed high fat diet. Exercise and supplemented SPH might cause FPG, FINS, and HOMA睮R in the rats fed high fat diet rats to reduce, and cause ISI to increase. However, there were no significant difference; 3) Serum TG, TC, and FFA concentrations in HF group were higher than those in control group. At the same time, exercise trainng or supplemented SPH might cause serum TG, TC and FFA content in high fat diet rats to reduce obviously. Conclusions are: 1) ten瞱eek long high fat diets might induce the formation of IR in rats; 2) Aerobic training or supplement of SPH for ten weeks might prevent the formation of IR in the rats fed high fat diet. Aerobic exercise united supplement SPH had the promoter action to prevent the formation of IR in the rats fed high fat diet to a certain extent; 3) The mechanism of the high fat diet induced the formation of IR in rats, and was related with the disorder of blood lipid metabolism in the rats fed high diet, while aerobic training or supplemented SPI might prevent the formation of IR through improving blood lipid metabolism.

Key words: aerobic training; soy protein hydrolyzate (SPH); insulin resistance (IR), blood lipid metabolism; FFA

大豆多肽是大豆蛋白经蛋白酶水解后，再经特殊处理而得到的蛋白分解产物，由多种分子链长度不等的低分子肽混合而成，还含有少量的游离氨基酸、糖类和无机盐等成分。大豆多肽平均肽链长度为3.2～3.5，以低分子肽为主，主要分子量范围为300～700。与传统大豆蛋白相比，大豆多肽具有易于消化吸收，能迅速给机体提供能量，无蛋白变性，无豆腥味，无残渣等特性，蛋白质含量在80%以上，氨基酸组成齐全，可以由肠道内直接吸收，具有丰富的营养价值。同时，大豆多肽是一种活性多肽，具有独特的生理功能，具有降低血清胆固醇、降低血压和促进脂肪代谢等功能^[1]。ニ淙籗PH对改善血脂代谢之间的有不少研究，但是SPH对IR的影响目前尚未见到研究报道。本研究试图通过高脂饮食诱导大鼠形成IR的过程中，进行有氧运动锻炼或／和补充大豆多肽（soy protein hydrolyzate，SPH），探讨有氧运动锻炼和大豆多肽的补充对高脂饮食大鼠IR形成的干预作用及其机制，为IR的防治开拓了新的领域和途径，同时也为MS的预防提供新的理论依据。

1 材料及方法

1.1实验动物与分组Sprague-Dawley（SD）雄性大鼠60只，5周龄，体重140～160g，购自中科院上海实验动物研究中心。大鼠适应性喂养5天后，随机分成5组：普通饲料对照组（C组，n=10）、高脂饮食组（HF组，n=14）、高脂饮食＋大豆多肽组（HF+SPH组，HS，n=12）、高脂饮食+运动组（HF+E组，HE，n=12）、高脂饮食＋运动＋大豆多肽组（HF+ SPH+ E组，HSE，n=12）。分笼饲养，每笼3～5只，每组大鼠自由饮水进食，室温（25±3）℃，湿度（55±15）%，自然光照。按实验分组要求分别给予普通饲料（由南京安立默科技有限公司提供）和高脂饲料（普通饲料加14%猪油，2%胆固醇，0.5%胆盐，0.5%食盐，3%麻油，由南京安立默科技有限公司配制）。每天测定大鼠摄食量，每周大鼠测量体长、体重。实验中因动物咬伤和淹死，HE死亡1只、HES组死亡3只。

1.2运动方案与大豆多肽剂量┆每次进行60 min的无负重游泳运动，每周6 d。第一天运动时间为15 min，以后每天递增10～20 min，经1周增加至60 min，以后各周维持此运动量，共10周。训练时驱赶不游大鼠，以防漂浮水面。游泳池为100cm×70 cm×60 cm长方体，水深50 cm，水温(32±1)℃。其中在每次训练的上午，HS组和HSE组大鼠以500 mg/kgBW剂量的大豆多肽灌胃，其余各组灌服等量的生理盐水。大豆多肽由山东中食生物技术有限公司馈赠。主要分子量分布在200～600之间，经质谱法测定多肽的氨基酸序列为：1) Leu Ala Pro Glu Glu；2) Met Ser Leu Pro Thr Asn；3) Arg Leu Met Leu His Leu Ala Pro。

1.3实验取材为了避免急性运动的影响，所有大鼠于末次游泳结束，禁食12 h，在第2天晨称重，依次按50 mg/kg的剂量腹腔注射2％的戊巴比妥钠溶液麻醉大鼠，然后从腹主动脉取血10 mL；所有血样在1 h内，4℃以下，4 000 r/min离心10 min后，吸取血清2 mL在4 h内测定空腹血糖（fasting plasma glucose，FPG）、TG和TC，其余血清保存于－20℃冰箱中，以备测血清空腹胰岛素（fasting plasma insulin，FINS）含量。

1.4指标测定与试剂┆1） FPG、TG和TC采用全自动生化分析仪测试，试剂购自中生北控生物科技股份公司，仪器为日立7150型全自动生化分析仪。

2） FINS采用放射免疫法测试，试剂盒购自山东潍坊三维生物工程集团有限公司，测定仪器为国产GC-911型γ计数仪，按有关试剂盒说明进行操作。

1.5指数计算┆1）Ins敏感性指数（insulin sensitivity index，ISI）用李氏法计算^[2]。公式：ISI=Ln［1/（FPG×FINS）］（Ins以U/ml表示；血糖以mmol/L），由于该指数呈偏态分布，故取自然对数再做比较。一般为负值。

2）稳态模型-IR指数（homeostasis model assessment-IR index，HOMA-IR）＝FBG×FINS／22.5^[3]，用于IR程度判断，指数越高，表示IR程度越重。1.6结果处理使用SPSS13.0统计软件处理数据，结果用均数±标准差（玐±S）表示，统计学分析采用双因素方差分析和独立样本t检验，P<0.05表示为显著性差异，P<0.01表示为极显著性差异。

2 结果

2.1高脂饮食对大鼠空腹血糖（FPG）、胰岛素（FINS）及其引申指数ISI、HOMA-IR的影响以及运动和大豆多肽的干预作用与C组相比，HF组大鼠的FPG、FINS以及HOMA-IR均显著升高（玴<0.05，p<0.01），而ISI则显著降低（玴<0.01，表1～2）。

双因素方差分析表明，有氧运动锻炼对高脂饮食大鼠的血清FPG、FINS水平、ISI和HOMA-IR指数有显著性影响，可以导致与高脂饮食大鼠FPG（玴<0.05）、FINS（玴<0.01）和HOMA-IR指数（玴<0.01）显著降低，而ISI显著增高（玴<0.01），(表1～2)。

与HF组相比，HS组大鼠的空腹血糖有降低趋势，但是无显著性差异，而血清FINS水平及HOMA-IR指数显著降低， ISI指数值较HF组显著增高（玴<0.01），见表1～2。

从表1～2显示，高脂饮食同时进行运动和补充大豆多肽的HSE组大鼠的FPG、FINS、HOMA-IR与HE 和HS组相比均有所降低，而ISI值有所升高，但均无统计学意义。

2.2高脂饮食对大鼠血TG、TC和FFA含量的影响以及运动和大豆多肽的干预作用与C组相比，HF组大鼠血清TG、TC和FFA含量均显著升高。

通过双因素方差分析，在喂饲高脂饲料的同时，进行运动锻炼或补充大豆多肽均能显著降低高脂饮食大鼠的血清TG、TC和FFA含量，且运动和大豆多肽对高脂饮食大鼠血清TG、TC和FFA含量具有显著的交互作用，导致血清TG、TC和FFA含量进一步降低（表3～4）。

3讨论

3.1高脂饮食诱导大鼠IR的形成及运动锻炼和SPH的干预作用经过研究发现，10周高脂饮食后，HF组大鼠与正常饲料喂养的C组相比，FPG、FINS和HOMA-IR指数显著升高（玴<0.05，p<0.01），而ISI指数显著降低（p<0.01），提示已经出现明显的IR，与国内外多项研究的结果一致^[4-5]。

运动是机体基础代谢率以外的主要耗能形式，是防治IR和Ⅱ型DM的基本措施之一。本研究在高脂饮食诱导大鼠IR抵抗的形成过程中，进行60 min的游泳锻炼。通过双因素方差分析，经过10周的有氧运动锻炼，大鼠FPG、FINS和HOMA-IR指数与HF组大鼠相比显著下降，而ISI显著升高。从而可以说明，运动锻炼可以改善高脂饮食大鼠的血糖代谢，对高脂饮食诱导大鼠IR的形成具有良好的干预作用。此结果与许多研究结果一致^[6]

本研究通过高脂饲料诱导大鼠IR形成的同时以500 mg/kgBW剂量补充大豆多肽。结果发现，在实验结束时，HS组FINS和HOMA-IR指数较HF组显著降低（玴<0.01），ISI指数显著增加（玴<0.01），从而说明了补充SPH对高脂饮食诱导的IR的形成具有良好的预防作用。

为了探讨运动和营养结合是否更好地改善高脂饮食诱导大鼠IR形成，本研究通过双因素的交互设计方案进一步研究运动锻炼和补充大豆多肽对高脂饮食诱导IR形成的交互作用。通过双因素方差分析可知，HES组大鼠血清FPG、FINS水平以及HOMA-IR指数虽然明显低于另外几组，ISI值也高于其他几组，但均无统计学意义，推测可能与实验样本量较少有关。从而说明在有氧运动锻炼的同时补充一定剂量的大豆多肽在一定程度上可以进一步改善高脂饮食大鼠的IR状态，但其确切效应还有待于进一步研究证实。

3.2 运动训练和SPH影响高脂饮食大鼠IR形成的可能机制研究表明，脂质代谢紊乱可能是高脂饮食大鼠致IR形成的直接原因。为了进一步探讨脂质代谢紊乱与IR形成之间的关系，本研究发现，HF组大鼠血清TG、TC和FFA含量均显著高于对照组，从而进一步说明高脂饮食大鼠血脂的代谢紊乱可能与IR的形成有关。其可能机制为：膳食中猪油、麻油、胆固醇等脂质成分增加致大鼠胆固醇、饱和脂肪酸摄入增加；FINS水平升高，使大鼠肝脏的正常生理活动受到影响，胆固醇、TG合成增加，降低骨骼肌和脂肪组织中LPL活性，同时也会使脂肪细胞对Ins的抗脂解作用敏感性降低，而代偿性HI又导致高LDL、高TG、高TC及FFA增高，形成高TG血症和骨骼肌内的脂质沉积。高脂血症既可抑制Ins向靶组织转运，又可抑制靶组织细胞葡萄糖转运，还可通过降低Ins介导的靶组织血流量使相应的靶组织葡萄糖摄取减少；此外，大鼠因进食高营养饲料而体重增加显著，亦可使机体胆固醇合成增加^[16]。继而脂肪组织中TG分解，导致血FFA显著升高。FFA可通过以下途径参与IR的形成与发展：1） FFA氧化使肌肉内乙酰辅酶A和柠檬酸含量升高，乙酰辅酶A变构抑制丙酮酸脱氢酶系的活性，进而减少葡萄糖的细胞内氧化，阻碍葡萄糖进入组织细胞内被利用，导致血糖含量升高。在高糖刺激下，Ins分泌增加，出现HI，而且FFA氧化生成的乙酰辅酶A可使ATP和还原性辅酶I（NADH）的产生增加，并激活丙酮酸羧化酶，促进肝糖异生和肝糖输出，肌肉及肝糖原贮存减少，导致空腹血糖升高及HI；2） FFA可干扰糖脂代谢基因表达，使肌肉、脂肪葡萄糖载体蛋白（glucose-transporter，Glut）-4表达下降及转位/融合障碍，通过促进胰岛细胞增生和前胰岛素原的mRNA表达，促进基础状态胰岛细胞分泌Ins，并使肝脏清除Ins能力下降，降低IS；3） 高FFA可下调靶组织细胞膜上的Ins R的数目和亲和力，干扰Ins R酶联信号的转导（如激活蛋白激酶（protein kinase，PK）C、抑制PKB、抑制胰岛素受体底物（insulin receptor substratc，IRS）-1及IRS -2相关的磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol-3 kinase，PI-3K）激活^[8]，抑制Ins与受体的结合，降低了Ins的生物效应，抑制肌细胞Ins介导的葡萄糖的转运及肌糖原的合成，导致IR

同时，本研究通过双因素方差分析发现，在高脂饮食诱导IR形成的同时，进行有氧运动锻炼或补充SPH均能显著降低高脂饮食大鼠血液中TG、TC和FFA含量，且有氧运动锻炼联合补充SPH对降低血液中TG、TC和FFA含量均具有显著的交互作用。因此，有氧运动和SPI均可能通过改善高脂饮食大鼠的血脂代谢紊乱而预防高脂饮食诱导的大鼠IR的形成。

运动改善血脂代谢紊乱的机制可能是运动可减轻体重，促进肌肉和脂肪组织对糖的利用，增高糖原合成酶的活性，使糖原合成和储存增加；运动后交感神经活性增加使血Ins水平降低等^[9]；增加了LPL的活性，降低葡萄糖与脂质的结合，增加向介质脂肪酸的输出，使体内脂肪分解增加，增加了脂肪作为能量的利用，降低肝脏TG含量，同时也增加了TG的表面成分向LDL转移，增加了LDL的分子量，从而形成HDL；运动增加骨骼肌对FFA的大量利用，血清TG分解代谢增强，浓度下降；此外，从动物实验中观察到，运动后小鼠肌肉中的基础InsR酪氨酸激酶活力增高，肌肉IS与肌肉LPL活力密切相关，在肌肉收缩过程中不仅糖代谢得到改善，脂代谢也得到了相应的改善^[10]，从而改善IR。

研究表明，大豆多肽有很强的促进脂肪代谢的效果，能很快引起皮下脂肪的减少。动物实验中发现大鼠摄取大豆多肽后，交感神经得以活化，褐色脂肪组织得以激活，从而促进能量代谢，减少脂肪的沉积^[11]。有人给肥胖儿童食用大豆多肽，发现儿童的皮下脂肪减少，引起进食诱导产生的热量增加和基础代谢上升^[12]。Aoyama（2000）等研究发现，与补充酪蛋白相比，大豆蛋白和大豆多肽能显著降低饮食能量和脂肪的吸收能力，从而引起体脂含量的显著降低。同时，大豆多肽能显著降低大鼠血浆TC的含量^[13]。

关于大豆多肽影响血脂代谢的机制目前还不完全清楚。有研究给大鼠分别饲用大豆蛋白和大豆多肽，结果表明，大豆蛋白组血清胆固醇浓度为(340±20)ng/dL，而大豆多肽组为(99.4±6.6)ng/dL；肝脏胆固醇浓度大豆蛋白组为(69.5±27)ng/dL，而大豆多肽组则为(7.70±0.97)ng/dL。从而说明大豆多肽能显著降低血清和肝脏胆固醇的含量。同时，测定其粪中胆固醇的含量，饲用大豆多肽的大鼠粪便中胆固醇含量明显高于大豆蛋白组，从而推论大豆多肽可能通过阻碍肠道内胆固醇的再吸收，并促进胆固醇的排泄，引起血清胆固醇的降低^[14]。Nagaoka也研究发现，大豆多肽可以降低大鼠血清TC的水平，并能显著增加粪便中总类固醇的排泄，从而认为，大豆多肽抑制肠道上皮对胆固醇的吸收可能部分是血清胆固醇含量降低的机制［15]

4 结论

お

1） 10周的高脂饮食可使大鼠FPG、FINS、HOMA-IR指数显著升高，而ISI指数显著降低，从而说明10周的高脂饮食可以诱导大鼠IR的形成。

2） 在高脂饮食诱导大鼠IR形成的同时，进行10周60 min的有氧运动锻炼或补充SPH，可以显著降低高脂饮食大鼠FPG、FINS、HOMA-IR指数，提高ISI指数，从而说明运动训练或补充SPI可以显著地预防高脂饮食大鼠IR的形成。而且，运动训练联合补充SPH在一定程度上对预防高脂饮食大鼠IR的形成具有促进作用。

3） 高脂饮食诱导大鼠IR的形成机制与高脂饮食大鼠血脂代谢紊乱有关。而运动训练或补充SPH可以改善血脂代谢来预防IR的形成。

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お

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