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选题背景:习近平总书记在十九大报告中提出“实施健康中国战略”,指出人民健康是民族昌盛和国家富强的重要标志(1)。2019年国务院印发“关于实施健康中国的行动意见”倡议合理膳食和实施全民健身是干预健康的两个重要行动(2)。目前,过度饮食或/和饮食结构不合理导致的肥胖症和相关代谢性疾病是人类面临的严峻健康问题,定期进行身体活动有助于改善超重/肥胖及相关的慢性疾病,提高生活质量和幸福感。如何科学地选择运动方案及适宜的运动负荷是学者们追求的目标,也是全民健身行动和运动处方制订的核心问题。HIIT指“短时间高强度训练之间穿插低强度训练或休息”,其与中等强度持续训练(MICT)相比,在改善机体血糖、心肺耐力和减脂方面存在优势。HIIT和MICT在减脂效果方面有部位差异性,HIIT减少腹部内脏脂肪堆积更为有效。解偶联蛋白1(UCP1)介导脂肪组织以产热方式消耗能量是减脂的研究方向,HIIT与MICT减脂的差异性是否与UCP1有关?其中,脂肪组织巨噬细胞影响UCP1蛋白产生,HIIT和MICT是否差异性诱导巨噬细胞变化?研究目的:UCP1是脂肪组织产热的标志性蛋白,也是白色脂肪组织棕色化的重要标志。通过观察高脂膳食雌性小鼠腹股沟皮下、子宫周围内脏白色脂肪组织和肩胛下棕色脂肪组织形态学及UCP1蛋白表达的变化,探究高脂膳食对雌性小鼠不同部位脂肪组织形态学和UCP1蛋白的影响;选取高脂膳食超重小鼠结合HIIT或MICT运动干预,比较两种运动方案对各部位脂肪组织形态学和UCP1蛋白表达影响的差异,探究其是否与HIIT和MICT差异性诱导脂肪组织巨噬细胞变化有关。以改善UCP1蛋白表达为切入点,从局部免疫学层面分析HIIT与MICT对其影响的不同,为减肥运动处方的制订提供理论依据,为全民健身运动提供可选择的运动方案。研究方法:(1)3周龄雌性C57BL/6J小鼠(9.62±1.04g)100只,随机分为高脂膳食组(90只)和普通膳食组(CON,10只),自然光照,自由饮水,饲养温度26±2℃。15周后,从高脂膳食组筛选出体重超过CON组均值10%的小鼠作为高脂对照组(HFD,10只),继续高脂膳食12周,通过观测体重、体脂、脂肪和肝组织的形态学指标,及脂肪组织UCP1蛋白表达的变化,分析高脂膳食对雌性小鼠不同部位脂肪组织形态学和产热能力的影响。(2)从高脂膳食15周雌性C57BL/6J小鼠中,选择体重超过CON组均值10%的小鼠30只,按照完全随机原则分为高脂对照组(HFD,10只)、中等强度持续训练组(MICT,10只)、高强度间歇训练组(HIIT,10只)持续高脂膳食。运动干预为跑台运动,坡度25°,MICT采用50~70%VO2peak的运动强度,每次持续运动45min;HIIT为1min高强度90~100%VO2peak+2min低强度50~70%VO2peak,每次跑动距离与MICT组相等。5次/周,共12周。最后一次运动结束48小时后,取小鼠腹股沟皮下和子宫周围内脏白色脂肪组织、肩胛下棕色脂肪组织,通过观测脂肪组织形态学和UCP1蛋白表达的变化,分析雌性小鼠持续高脂膳食结合HIIT或MICT训练后,不同部位脂肪组织形态学和产热能力的差异。(3)研究HIIT与MICT诱导巨噬细胞调控脂肪组织UCP1蛋白表达的差异性。采用脂肪组织免疫组织化学染色、Real-time PCR检测、流式细胞技术和蛋白免疫印迹法,观察小鼠皮下和内脏部位白色脂肪组织巨噬细胞表型及相关蛋白TNF-α、IL-10和IL-6表达的变化,分析HIIT与MICT诱导巨噬细胞调控UCP1蛋白表达的差异性。研究结果:1.高脂膳食影响雌性小鼠脂肪组织形态学变化和UCP1产热蛋白表达。与CON组相比,(1)HFD小鼠腹股沟皮下脂肪、子宫周围内脏脂肪重量明显增加(P<0.01),肩胛下棕色脂肪组织重量无统计学差异(P=0.20);脂肪组织HE染色显示,HFD小鼠皮下和内脏白色脂肪细胞体积变大,细胞横截面积显著性增加(P<0.01),棕色脂肪组织内大脂滴空泡明显增多。(2)HFD小鼠血清TC和LDL-C显著升高(P<0.05);肝脏内TG和TC含量显著增加(P<0.01),HE染色显示肝细胞胞质疏松或空泡状,油红O染色显示肝组织内红色脂滴明显增多。(3)HFD小鼠皮下白色脂肪组织和肩胛下棕色脂肪组织UCP1蛋白表达明显下降(P<0.05),内脏白色脂肪组织有下降趋势,但无统计学意义。提示高脂膳食增加雌性小鼠各部位脂肪组织和肝组织的储脂量,降低脂肪组织产热蛋白UCP1表达,脂肪组织产热下降。2.运动改善高脂膳食对雌性小鼠不同部位脂肪组织形态学和UCP1产热蛋白表达的影响。(1)与HFD组相比,MICT小鼠皮下脂肪和内脏脂肪重量显著减少(P<0.05),HIIT减少更为显著(P<0.01),其中内脏脂肪重量在HIIT和MICT组间有差异(P<0.05),肩胛下棕色脂肪组织重量在组间无差异。脂肪组织HE染色显示,MICT和HIIT小鼠皮下和内脏脂肪细胞体积变小,细胞横截面积显著减小(P<0.01),HIIT减小更为明显,与MICT组有显著性差异(P<0.05);MICT和HIIT减少棕色脂肪组织内大脂滴形成,HIIT效果更好。(2)与HFD组相比,高脂膳食不变的情况下,血浆LDL-C在MICT组有下降趋势,在HIIT组显著下降(P<0.01),组间有显著性差异(P<0.05);肝脏TG含量,在MIC T组有减少趋势,在HIIT组显著下降(P<0.01),HE染色显示运动改善肝细胞内空泡状现象,HIIT比MICT明显,油红O染色显示MICT和HIIT组肝内红色脂滴明显减少,HIIT优于MICT。(3)与HFD组相比,内脏脂肪组织UCP1蛋白表达在MICT组有下降趋势,但无显著差异,在HIIT组显著升高,且与MICT组有显著差异(P<0.05);皮下脂肪组织UCP1蛋白表达在MICT和HIIT组有上升趋势,但无统计学意义;棕色脂肪组织蛋白UCP1表达在MICT和HIIT组有升高现象,HIIT组有统计学意义(P<0.05),MICT和HIIT组间无差异。提示运动减少高脂膳食小鼠各部位脂肪组织和肝组织的储脂量,相同运动距离的HIIT比MICT效果更好,HIIT明显增加内脏和肩胛下脂肪组织产热蛋白UCP1的表达,脂肪组织产热增加。3.HIIT与MICT差异性诱导巨噬细胞调控UCP1蛋白表达。(1)内脏脂肪组织内巨噬细胞的变化。与HFD组相比,(1)MICT和HIIT显著减少组织炎性CLS数量(P<0.01),HIIT减少更明显,与MICT组有显著性差异(P<0.05)。(2)免疫组织化学分析,用CD11c标记M1巨噬细胞,CD206标记M2型巨噬细胞,结果显示MICT和HIIT显著减少组织内M1巨噬细胞数量(P<0.01),HIIT效果更明显,与MICT组有显著差异(P<0.05);MICT和HIIT增加M2型巨噬细胞数量(P<0.01),但MICT和HIIT组间无显著性差异。(3)Real-time PCR分析M1和M2表型巨噬细胞相关基因相对表达量。M1型:TNF-αm RNA相对表达量在MICT组显著下降(P<0.05),在HIIT组下降更为显著(P<0.01),与MICT有差异(P<0.05);i NOS m RNA相对表达量在MICT和HIIT组显著下降(P<0.05),但两组间无差异。M2型:Arg1 m RNA和YM1 m RNA相对表达量在MICT和HIIT组显著升高,HIIT与MICT组间有统计学差异(P<0.01)。(4)流式细胞技术分析,用F4/80和CD11c标记M1巨噬细胞,用F4/80和CD206标记M2型巨噬细胞。M1型巨噬细胞百分比在MICT组显著下降(P<0.05),在HIIT组下降非常显著(P<0.01),与MICT组有差异(P<0.05);M2型巨噬细胞百分比在MICT和HIIT组有升高现象,但无统计学差异。提示HIIT与MICT减少内脏脂肪组织M1型巨噬细胞数量,增加M2型;HIIT与MICT相比,对M1型巨噬细胞的减少更为明显。(2)皮下脂肪组织内巨噬细胞的变化。与HFD组相比,(1)MICT和HIIT明显减少组织CLS数量(P<0.01),但HIIT与MICT组间无差异。(2)免疫组织化学分析,用CD11c标记M1巨噬细胞,CD206标记M2型巨噬细胞,MICT和HIIT明显减少巨噬细胞M1型数量(P<0.01),增加M2型数量(P<0.01),但HIIT与MICT组间无显著性差异。(3)Real-time PCR分析M1和M2表型巨噬细胞相关基因相对表达量。M1型:TNF-αm RNA相对表达量在MICT中显著下降(P<0.05),在HIIT组有下降趋势,但无统计学意义,i NOS m RNA相对表达量在MICT和HIIT组内均有明显下降(P<0.01),但两组间无差异;M2型:Arg1 m RNA相对表达量在MICT和HIIT组内均明显升高(P<0.01),但两组间无差异,YM1 m RNA相对表达量在MICT和HIIT组间变化不明显。提示HIIT与MICT改变皮下脂肪组织巨噬细胞表型变化,M1表型减少,M2表型增加,HIIT与MICT组间无差异。(3)巨噬细胞相关细胞因子调控白色脂肪组织棕色化。与HFD组相比,内脏脂肪组织TNF-αm RNA和蛋白相对表达量,在MICT组明显下降(P<0.05),在HIIT组下降更为明显(P<0.01),且与MICT组有显著差异(P<0.05);IL-10 m RNA相对表达量,MIC T组明显上升(P<0.05),HIIT组上升更明显(P<0.01),且与MICT组有显著差异(P<0.05),IL-10蛋白表达在MICT组和HIIT组有上升趋势,但无统计学意义;IL-6 m RNA相对表达量在HIIT与MICT组均明显降低(P<0.01),但HIIT与MIC T组间无显著性差异,IL-6蛋白相对表达量,在MICT组明显减少(P<0.05),在HIIT组变化不明显,但HIIT与MICT相比,组间差异具有显著性(P<0.05)。提示,HIIT与MICT相比,能显著降低脂肪组织TNF-αm RNA和蛋白表达量,减少其对UCP1蛋白表达的抑制,有助于内脏白色脂肪组织棕色化。与HFD组相比,皮下脂肪组织TNF-αm RNA相对表达量在MICT组显著下降(P<0.05),在HIIT组变化不明显,TNF-α蛋白表达在MICT和HIIT组有下降趋势,但无统计学差异;IL-10 m RNA相对表达量在HIIT与MICT组升高非常显著(P<0.01),但组间无显著性差异,IL-10蛋白表达在MICT组显著上升(P<0.05),HIIT组上升更为明显(P<0.01),但与MICT也无显著性差异;IL-6 m RNA和蛋白相对表达量,在HIIT和MICT组无显著性变化。提示,HIIT和MICT显著增加皮下脂肪组织IL-10蛋白表达,可能抑制UCP1蛋白表达,不利于皮下白色脂肪组织棕色化。研究结论:1.高脂膳食增加雌性小鼠不同部位脂肪组织和肝脏储脂量,影响皮下白色脂肪组织和棕色脂肪组织UCP1表达,减少组织产热生成。与同等运动距离的MICT相比,HIIT明显减少高脂膳食雌性小鼠内脏部位脂肪组织和肝脏储脂量,增加内脏白色脂肪组织UCP1蛋白表达。2.相对于MICT,HIIT明显减少雌性小鼠内脏脂肪组织内巨噬细胞M1表型,降低内脏脂肪组织TNF-α表达,减少对UCP1蛋白表达的抑制;HIIT和MICT均增加雌性小鼠皮下脂肪组织内巨噬细胞M2表型和IL-10蛋白表达。3.12周MICT和HIIT诱导巨噬细胞极化调控雌性小鼠脂肪组织UCP1蛋白表达的结果有部位性差异。运动强度较高的HIIT,对雌性小鼠内脏脂肪组织UCP1蛋白表达的影响较为明显,为制订精准化减肥运动处方提供理论依据。