5周生酮饮食联合不同运动干预对肥胖小鼠的减肥效果及骨骼肌脂代谢的影响研究

【作者】 王晓斐； 张冰；

【机构】 北京师范大学； 清华大学；

【摘要】 研究目的:生酮饮食(Ketogenic Diet,KD)是指极低碳水化合物(通常小于20g/d或低于每天摄入总能量的5%)、高脂肪、适量蛋白质的饮食(Phinneyetal.,1983)。大量研究已经证实,生酮饮食与低脂肪高碳水化合物饮食相比,对肥胖人群的体重控制效果更具优势(Moreno et al.,2016;Castellana et al.,2020)。生酮饮食通过减少碳水化合物摄入,使机体活动的主要能量供应由葡萄糖转换为酮体,这一过程促进了体内脂肪的分解代谢(Brinkworth et al.,2009)。骨骼肌是机体内耗能较高的组织之一,肥胖会引发骨骼肌脂代谢紊乱。目前,生酮饮食结合运动对骨骼肌和心脏等耗能器官影响的研究还很有限。为此,本研究拟通过生酮饮食联合高强度间歇运动(High-intensity Interval Training,HIIT)和中等强度持续运动(Moderate-intensity Continuous Training,MICT)的实验设计,观察对肥胖小鼠的减肥效果,并采用生化技术监测骨骼肌脂代谢相关蛋白和基因的表达情况,探究生酮饮食结合运动调控骨骼肌脂代谢的可能机制。研究方法:建立营养性肥胖小鼠模型,200只健康雄性C57BL/6J小鼠被随机分为普通饮食组(16只)和高脂饮食组(184只)。普通饮食组的饲料是国家标准啮齿类动物干燥饲料,高脂饲料供能比为蛋白质20%、碳水化合物20%、脂肪60%。8周饲养后,选取高脂饮食组小鼠体重超过普通饮食组小鼠体重20%以上的40只小鼠作为建模成功的肥胖小鼠,建模标准参考Tsuduki T等人(2009)的研究。将40只肥胖小鼠随机分为正常饮食组(CON组)、生酮饮食组(KD组)、生酮饮食结合高强度间歇运动组(KH组)和生酮饮食结合中等强度持续运动组(KM组)。生酮饲料供能比为蛋白质10%、碳水化合物0%、脂肪90%。运动组小鼠跑步机坡度为0°,每周运动6天,持续5周。HIIT组和中等强度持续运动MICT组实验前均以5 m/min的速度进行3分钟热身运动。HIIT组进行10轮4 min高强度(85-90%2max)跑台运动,中间进行2 min主动休息(5m/min);MICT组进行与HIIT组运动距离相同的中等强度(65-70%2max)持续跑步运动不休息。HIIT和MICT的运动强度选择参考Haram等人(2009)的研究。5周运动干预期间,HIIT组和MICT组的运动速度逐渐递增,具体跑速通过小鼠每周最大摄氧量检测情况制定,小鼠最大摄氧量采用小鼠呼吸检测系统(TSE Systems)测量。(人体实验对比HIIT和MICT的训练效果时,采用功率车计算对外做功情况。动物实验无法实现,因此本实验控制两组运动距离一致,即运动量一致。)小鼠最大摄氧量测试方案参考Mohamed等人(2016)的研究方案,通过逐级递增运动负荷进行测试。5周干预期间测量小鼠体重、摄食量、Lee’s指数,体脂率。运动组小鼠末次运动后休息48h取材,取材前禁食12h,取血液、内脏脂肪、左右两测腓肠肌。测定血脂四项、内脏脂肪细胞形态及密度、骨骼肌组织中AMPKα、p AMPKα(Thr172)、PGC-1α、PPARα、CPT-1蛋白的表达和Acadl、Acox1 mRNA的表达。研究结果:1)与CON组相比,KD组小鼠总摄食量、Lee’s指数、体脂率和甘油三酯显著降低,内脏脂肪细胞密度、HDL-C、LDL-C、pAMPKα/AMPKα比值显著增加;2)与KD组相比,KH组小鼠Lee’s指数和甘油三酯显著降低,内脏脂肪细胞密度、总胆固醇、HDL-C、LDL-C、p AMPKα/AMPKα比值、PGC-1α、PPARα、CPT-1蛋白表达和Acadl、Acox1 mRNA表达均显著增加;3)与KD组相比,KM组小鼠甘油三酯显著降低,LDL-C、pAMPKα/AMPKα比值、PGC-1α、CPT-1蛋白表达和Acox1 mRNA表达显著增加;4)与KM组相比,KH组小鼠内脏脂肪细胞密度、p AMPKα/AMPKα比值和PPARα蛋白表达显著增加。研究结论:1)单纯生酮饮食干预能够有效减肥,但导致总胆固醇和LDL-C含量升高,单纯生酮饮食干预对肥胖小鼠骨骼肌脂代谢的影响不大;2)生酮饮食结合HIIT方案比结合MICT方案对小鼠的减肥效果更好,生酮饮食结合运动同样导致总胆固醇和LDL-C含量升高;3)生酮饮食结合HIIT方案比MICT方案更能有效增强小鼠骨骼肌脂代谢水平,这主要是通过增强AMPK-PGC-1α-PPARα介导的脂代谢通路实现的。更多还原