有氧運動對高脂膳食大鼠脂肪組織COX2的影響

龔麗景 付鵬宇 王孝強

摘 要：目的：旨在觀察有氧運動對高脂膳食大鼠白色脂肪組織（WAT）和棕色脂肪組織（BAT）中環(huán)氧合酶2（COX2）及其相關基因的影響，以探討有氧運動促進WAT棕色化及BAT活化以抵抗高脂膳食對機體血脂和體重不利影響的可能機制。方法：雄性SD大鼠隨機分為普通對照組（C組）、普通運動組（E組）、高脂對照組（HC組）和高脂運動組（HE組），每組7只。E組和HE組進行中等強度跑臺訓練。8周干預結束后，計算各組大鼠Lees指數(shù)，測量體成分，稱量WAT（腎周和附睪處）和BAT（肩胛處）濕重;測試血清甘油三酯（TG）和總膽固醇（CHO）含量;RT-qPCR檢測BAT中COX2 mRNA的相對表達量;Western blot法檢測脂肪組織中腎上腺素能受體β3（Adrβ3）、COX2和解偶聯(lián)蛋白（UCP1）蛋白含量。結果：1）飼喂第2周起高脂膳食大鼠體重較普通膳食大鼠顯著升高，運動第3周起，HE組體重較HC組均顯著降低;運動后E組和HE組大鼠的Lees指數(shù)分別較C組和HC組顯著性下降;2）高脂膳食大鼠脂肪含量顯著增加，運動后出現(xiàn)顯著性下降;與C組相比，HC組WAT濕重顯著增加，運動組WAT濕重顯著降低，E組BAT%較C組顯著升高;3）有氧運動降低高脂膳食大鼠血清CHO和TG水平;4）運動組BAT中COX2 mRNA表達顯著高于對照組;5）E組BAT中UCP1、COX2和Adrβ3蛋白表達顯著高于C組，HE組WAT中COX2蛋白表達顯著高于HC組。結論：有氧運動可降低高脂膳食機體的血脂水平，改善體脂含量和體重，該過程可能與運動激活WAT和BAT中Adrβ3以促進COX2的表達，增加WAT和BAT中UCP1的表達，以促進BAT的活化和WAT的棕色化有關。

關鍵詞：有氧運動;棕色脂肪;白色脂肪棕色化;COX2

Abstract：Objective： To clarify the possible mechanism of aerobic exercise promoting brown adipose tissue （BAT） activation and white adipose tissue （WAT） browning in order to resist the adverse effects of high-fat diet on blood lipids and body weight， by detecting the changes of cyclooxygenase 2 （COX2） related genes in Rats' WAT and BAT. Methods： Male SD rats were randomly divided into

高脂的飲食模式和靜坐少動的生活方式是誘發(fā)肥胖及相關疾病的重要原因，嚴重威脅人類的健康[1]。肥胖及其相關疾病的發(fā)生發(fā)展由多組織器官代謝異常所致，其中脂肪組織是最主要的參與者[2]。脂肪組織主要分儲脂為主的白色脂肪組織（white adipose tissue，WAT）和耗脂的棕色脂肪組織（brown adipose tissue，BAT）。BAT細胞線粒體特異性表達的解偶聯(lián)蛋白1（uncoupling protein 1，UCP1），是BAT發(fā)揮產(chǎn)熱功能的標志性基因。UCP1參與氧化磷酸化過程，可使游離脂肪酸（free fatty acids，F(xiàn)FA）轉變?yōu)闊崮苄问缴l(fā)，增加機體能量消耗;WAT在一定條件下可向BAT轉變，稱為白色脂肪棕色化。這些方式均可有效抑制肥胖的發(fā)生與發(fā)展[3]。環(huán)氧合酶2（cyclooxygenase 2，COX2）在調(diào)節(jié)脂肪炎癥和促進能量代謝中發(fā)揮著重要的作用，但它是否與肥胖及相關疾病的發(fā)展相關還不明確，在高脂膳食誘導肥胖的發(fā)展過程中控制COX2的信號和途徑尚不明確[4]。COX2是UCP1合成的重要因子[5]，交感神經(jīng)被激活可上調(diào)腎上腺素能受體β3（adrenergic receptor β3，Adrβ3）而刺激COX2表達以增加UCP1活性，促進產(chǎn)熱[6-7]。研究發(fā)現(xiàn)，有氧運動作為激活BAT和WAT棕色化的重要途徑，其作用機制與交感神經(jīng)的活性增加密切相關[8]。有氧運動是否通過激活Adrβ3以促進COX2的表達而促進BAT的活化和WAT的棕色化，以促進高脂膳食機體的能耗尚不明確。本研究擬通過8周有氧運動干預高脂膳食大鼠，觀察其BAT和WAT中COX2相關基因的變化，以探明有氧運動促進BAT活化和WAT棕色化，以降低血脂、控制體脂和體重的可能機制。

1 材料與方法

1.1 實驗對象分組與干預

SD大鼠28只，雄性，7周齡，購于北京維通利華實驗動物技術有限公司（許可證號：SCXK（京）2015-0004），隨機分為兩組：普通膳食組（N組），飼喂普通維持飼料;高脂膳食組（H組），飼喂高脂飼料，每組14只。10周后，將N組隨機分為普通對照組（C組，n=7）和普通運動組（E組，n=7），H組隨機分為高脂對照組（HC組，n=7）和高脂運動組（HE組，n=7）。

1.2 飼料成分

普通飼料（中國軍事醫(yī)學科學院實驗動物中心）和高脂飼料（60 kCal% fat，北京華阜康生物技術股份有限公司）的配方如圖1所示。其中普通飼料的能量密度為334 kcal/100 g，高脂飼料的能量密度為524 kcal/100 g，即高脂飼料的能量較同等量的普通飼料高190 kcal/100 g。

1.3 干預與取材

E組和HE組施加跑臺訓練，訓練方案為：速度20 m/min，坡度角0°，1 h/d/次，5次/周，共8周。每周稱量各組大鼠體重。飼養(yǎng)和訓練均在北京體育大學動物實驗室內(nèi)進行[許可證號：SYXK（京）2016-0033]。本研究倫理批準號為2015028（北京體育大學運動科學實驗倫理委員會）。干預結束后，禁食12 h，使用2%戊巴比妥鈉麻醉（50 mg/kg體重）大鼠，測量并記錄體長、體重數(shù)據(jù)，計算反映成年大鼠肥胖情況的Lees指數(shù)[8]，雙能X射線（XR-46，Norland）掃描并分析大鼠體成分;腹主動脈取血，分離血清-20℃保存?zhèn)溆?取腎周、附睪周WAT和肩胛間BAT，稱重后，液氮冷卻后轉移至-80℃儲存。

3.2 有氧運動對高脂膳食機體BAT和WAT中COX2的調(diào)控作用

3.2.1 有氧運動促進Adrβ3和COX2的表達以增加BAT活性

BAT被毛細血管網(wǎng)包繞，豐富的血液供應和BAT細胞內(nèi)部豐富的線粒體使BAT能夠大量產(chǎn)熱，增加機體能耗從而調(diào)節(jié)機體能量代謝平衡[15]。有研究發(fā)現(xiàn)，移植BAT可提高肥胖小鼠機體代謝水平，增加脂肪的氧化，降低肝臟TG水平[16]。BAT細胞表面廣泛分布著Adrβ3，其與去甲腎上腺素（norepinephrine/noradrenaline，NE）結合后，能夠促進脂類分解[17]，激活UCP1表達，增加產(chǎn)熱作用，激活BAT[18-19]。Adrβ3敲除可降低BAT的活性，增加WAT的儲量[20]，脂肪分化決定因子Shox2（short stature homeobox 2）敲除后可上調(diào)脂肪分解水平，并增加Adrβ3表達，表現(xiàn)出一定程度的肥胖抵抗性[21]。COX2作為BAT產(chǎn)熱的重要參數(shù)，可評判機體能量代謝水平，與UCP1、磷酸鳥苷（guanosine diphosphate，GDP）、碘甲腺原氨酸脫碘酶Ⅱ（deiodinase iodothyronine 2，DIO2）等指標反映BAT的整體功能狀態(tài)[22]。Adrβ3的激活被認為是寒冷刺激募集BAT和誘導WAT棕色化所必需的[23]，有氧運動作為另一種激活BAT的有效手段，其發(fā)揮作用的機制也與Adrβ3的激活密切相關。本研究中，有氧運動干預后BAT中Adrβ3、COX2和UCP1的表達均增加，BAT%增加，血脂水平降低，Lees指數(shù)下降，體脂和體重減少。說明有氧運動可通過上調(diào)交感神經(jīng)活性，激活Adrβ3-COX2通路以增加BAT活性。研究顯示，運動能夠增加小鼠BAT前體細胞的募集并增加BAT內(nèi)UCP1的表達[24]，而手術去除交感神經(jīng)后，模擬運動干預BAT細胞，Adrβ3表達不再增加，也不能產(chǎn)生促進UCP1表達的效果[25]，提示有氧運動對激活BAT中Adrβ3和COX2的表達發(fā)揮重要作用。

3.2.2 有氧運動增加Adrβ3和COX2的表達促進WAT棕色化

成人體內(nèi)有活性的BAT數(shù)量少，且BAT激活受到遺傳、生理狀態(tài)、環(huán)境等多種因素的影響，較難發(fā)揮減脂控重的作用[26]。但是，肥胖機體貯存有大量WAT，WAT的棕色化對促進能量代謝平衡更具吸引力和可行性[27]。經(jīng)典的肩胛BAT和WAT中的棕色脂肪樣細胞具有不同的來源[28-29]。分化來源接近WAT細胞的Brite脂肪細胞，是一類BAT細胞，能被Adrβ3明顯調(diào)控作用[30]。有研究顯示，WAT中BAT細胞數(shù)量增加更有可能影響機體全身的能量平衡，同時更易誘發(fā)小鼠的肥胖抵抗。而在偏瘦大鼠脂肪細胞中異丙腎上腺素刺激的前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）合成明顯高于肥胖者[31]。而PGE2是COX2下游發(fā)揮產(chǎn)熱功能的關鍵基因，提示COX2在能量平衡和肥胖的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[32]。研究顯示，寒冷可通過激活交感神經(jīng)而發(fā)揮促進WAT棕色化的作用，而施加COX2的抑制劑或干預COX2敲除小鼠則抑制WAT中UCP1含量的增加[33]。運動干預可能通過提高交感神經(jīng)興奮性以增加WAT內(nèi)Adrβ3數(shù)量，激活COX2的表達從而增加UCP1蛋白表達，誘導WAT內(nèi)的新生棕色脂肪細胞募集產(chǎn)生UCP1陽性的脂肪細胞[6， 34]。本研究顯示，有氧運動可顯著增加WAT中Adrβ3、COX2和UCP1的表達，降低高脂膳食大鼠的血脂水平，提高能量代謝以達到降低體重和減脂的目的（見圖8）。

4 結論

8周中等強度的有氧運動可降低高脂膳食大鼠的血脂水平，增加BAT百分含量，降低體脂含量和體重。有氧運動干預后WAT和BAT中Adrβ3、COX2和UCP1表達增加以促進WAT棕色化和BAT活化可能參與改善高脂膳食對機體的不良影響。

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