朱涵， 譚莎莎， 楊虹， 王凌*

(1.華中農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院，環(huán)境食品學教育部重點實驗室，武漢 430070；2.武漢市普愛醫(yī)院，武漢 430030)

丁酸鈉對飲食誘導肥胖大鼠的作用

朱涵1， 譚莎莎1， 楊虹2， 王凌1*

(1.華中農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院，環(huán)境食品學教育部重點實驗室，武漢 430070；2.武漢市普愛醫(yī)院，武漢 430030)

為建立由高脂飼料誘導的肥胖易感(obesity-susceptible, OS)和肥胖抵抗(obesity-resistant, OR)大鼠模型,并探討在高脂飼料中添加丁酸鈉對二者的作用，給予SD(Sprague-Dawley)大鼠高脂飼料飼喂3周后依據(jù)其體質(zhì)量增加量排序并再分組，上1/3作為OS組，下1/3作為OR組，繼續(xù)給予高脂飼料喂養(yǎng)12周，OS大鼠體質(zhì)量增加明顯，體質(zhì)指數(shù)、皮下脂肪、內(nèi)臟脂肪和體脂肪含量以及血清總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白、瘦素與對照組比較顯著增高，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，OR組各項指標與對照組比較在統(tǒng)計學上無顯著差異(P>0.05)。按照此造模方法從飼喂高脂飼料第4周起，丁酸鈉干預(obesity intervention with sodium butyrate, OI)組增加8 mmol/L丁酸鈉生理鹽水(0.9%氯化鈉)溶液1 mL 灌胃，1次/日；肥胖對照(obesity control, OC)組則用1 mL 0.9%氯化鈉溶液灌胃，1次/日，共干預16周。結(jié)果表明：添加丁酸鈉后，OI組大鼠體質(zhì)量增加、體質(zhì)指數(shù)、皮下脂肪、內(nèi)臟脂肪和體脂肪含量以及血清總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白、瘦素與OC組比較均顯著改善，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。說明SD大鼠對于高脂飼料具有不同的應(yīng)答能力，可獲得肥胖敏感及肥胖抵抗模型；對于高脂飲食敏感的SD大鼠，在其高脂飼料中添加丁酸鹽能夠改善其體質(zhì)量增加與體質(zhì)指數(shù)，減少體脂肪含量，降低血脂與血清瘦素水平。

丁酸鈉； 高脂飼料； 肥胖

Summary Obesity has been reported as an increasingly prevalent and highly heritable health problem leading to increased risks for several common diseases. Human obesity can be induced by genetic factors such as loss-of-function mutations in individual genes. The products of these genes are essential for normal body mass regulation in both laboratory animals and humans. Nevertheless, the role of gene-environment interactions in the etiology of obesity cannot be ignored. Diet is a major factor of our current obesogenic environment, and the interests have been aroused in rodent models of diet-induced obesity (DIO). The SD (Sprague-Dawley) rat model of DIO was been reported to exhibit a clear segregation into susceptible and resistant subpopulations shortly after being transferred to a high energy diet.

We established the obesity-susceptible (OS) and obesity-resistant (OR) rat model and examined the effect of butyric acid, a short chain fatty acid formed by fermentation in the large intestine, in the regulation of obesity in mice fed a high-fat diet. Male SD rats were divided into OS rats and OR rats after being fed with high fat diet for three weeks. Then both of them were fed with high fat diet for another 12 weeks. Measurements of body mass, body length, Lee’s index, and body mass index (BMI) were performed. After the rats were sacrificed, body fat content, serum total cholesterol (TC), triglyceride (TG), high density lipoprotein (HDL), low density lipoprotein (LDL) and serum leptin were measured.

The results showed that there were significant differences in body mass, BMI, body fat content, TC, TG, LDL and serum leptin between OS rats and control rats. But there were no significant differences between OR rats and control rats. In the OS rats, sodium butyrate was administrated in the high-fat diet at the concentration of 8 mmol/L for 16 weeks. Body mass, body length, Lee’s index, BMI, body fat content, TC, TG, HDL, LDL and serum leptin were investigated both in obesity intervention with sodium butyrate (OI) group and obesity control (OC) group. The values of body mass, BMI, body fat content, TC, TG, LDL and serum leptin for OI rats were significantly lower than OC rats. But there were no significant differences between OC rats and normal control rats.

In conclusion, the supplementation of sodium butyrate in the high-fat diet prevents the development of obesity in the obesity-susceptible SD rat.

人群中肥胖的發(fā)生具有異質(zhì)性，因而在研究時建立由飲食誘導的肥胖易感與肥胖抵抗動物模型已成為必要。Mercer等[1]發(fā)現(xiàn)給予高脂飼料后，部分SD(Sprague-Dawley)大鼠體質(zhì)量明顯增加，而部分未出現(xiàn)顯著增長，甚至與飼喂基礎(chǔ)飼料的對照組大鼠體質(zhì)量接近。SD大鼠對高脂飼料具有不同應(yīng)答能力的特性，可用來建立更類似人類由飲食誘導的肥胖發(fā)生的動物模型。

高纖維飲食人群肥胖以及與肥胖相關(guān)疾病的發(fā)病率較低纖維飲食人群低。而短鏈脂肪酸作為膳食纖維在結(jié)腸內(nèi)發(fā)酵的產(chǎn)物，在生理和病理過程中具有重要的臨床意義，其中丁酸是結(jié)腸上皮細胞最主要的能量來源，并且在腫瘤發(fā)生、炎性和免疫應(yīng)答等過程中發(fā)揮作用[2-3]。丁酸鈉同時具有親水性和親脂性，可用于丁酸對機體作用的實驗研究。本研究擬建立由高脂飲食誘導的肥胖易感及肥胖抵抗大鼠模型，探討丁酸鈉對它們的作用。

1 材料與方法

1.1 材料

雄性SD大鼠120只(21日齡)，無特定病原體動物(specific pathogen free animals, SPF)級，以及基礎(chǔ)飼料由武漢大學人民醫(yī)院動物實驗中心提供。丁酸鈉購自Sigma公司(美國)。

1.2 方法

1.2.1 高脂飼料配方 基礎(chǔ)飼料71.8%，蛋黃粉8%，豬油18%，膽固醇2%，膽酸鈉0.2%。

1.2.2 肥胖大鼠模型的建立 雄性SD大鼠60只(21日齡)，SPF級，適應(yīng)環(huán)境1周后，將其隨機分為2組：實驗組(50只)，給予高脂飼料；對照組(10只)，給予基礎(chǔ)飼料。自由飲水，攝食。3周后，實驗動物組根據(jù)體質(zhì)量增加量排序并再分組，上1/3(18只)作為肥胖易感(obesity-susceptible, OS)組，下1/3(18只)作為肥胖抵抗(obesity-resistant, OR)組，中間1/3留取靠近中位數(shù)的8只加入對照組，其余剔除。OS組和OR組繼續(xù)給予高脂飼料，對照組給予基礎(chǔ)飼料，繼續(xù)喂養(yǎng)12周。每周測量1次大鼠體質(zhì)量和體長，計算Lee指數(shù)和體質(zhì)指數(shù)(body mass index, BMI)。Lee指數(shù)=(體質(zhì)量/g)1/3×1 000/(體長/cm)。BMI=(體質(zhì)量/kg)/(體長/m)2。實驗結(jié)束后處死動物，取血，并留取內(nèi)臟脂肪組織(腎周、睪周和網(wǎng)膜)和皮下脂肪組織(肩胛、腋下和腹股溝)，稱質(zhì)量、留樣，計算體脂肪質(zhì)量分數(shù)。w(體脂肪)/%=(內(nèi)臟脂肪+皮下脂肪)/體質(zhì)量×100[4]。血樣采集后室溫放置1 h，3 000 r/min、4 ℃離心20 min，收集血清，置于-20 ℃冰箱保存；血脂采用酶法測定，血清瘦素采用大鼠專用試劑盒以酶聯(lián)免疫法測定。

1.2.3 丁酸鈉對肥胖大鼠模型的干預 雄性SD大鼠60只(21日齡)，SPF級，適應(yīng)環(huán)境1周后，依照建模步驟在飼喂3周后篩選出肥胖易感組(18只)及正常對照組。將肥胖易感組再隨機分為2組：丁酸鈉干預(obesity intervention with sodium butyrate, OI)組(9只)，繼續(xù)給予高脂飼料，并用8 mmol/L丁酸鈉生理鹽水(0.9%氯化鈉)溶液1 mL灌胃，1次/日；肥胖對照(obesity control, OC)組(9只)，繼續(xù)給予高脂飼料，并用0.9%氯化鈉溶液1 mL灌胃，1次/日。在正常對照組中隨機選取9只作為正常對照(normal control, NC)，給予基礎(chǔ)飼料。3組動物均自由飲水，攝食。喂養(yǎng)16周。每周測量1次大鼠體質(zhì)量和體長，計算Lee指數(shù)和BMI。在實驗結(jié)束后處死動物，取血，并留取內(nèi)臟脂肪組織(腎周、睪周和網(wǎng)膜)和皮下脂肪組織(肩胛、腋下和腹股溝)，稱質(zhì)量、留樣；計算體脂肪含量，測定血脂、血清和瘦素，方法同1.2.2節(jié)。

2 結(jié)果與分析

2.1 高脂飲食誘導肥胖易感及肥胖抵抗大鼠模型

實驗初始選擇的大鼠體質(zhì)量均在60 g左右，造模進行到第15周時，OS大鼠體質(zhì)量增加明顯，與對照組相比在統(tǒng)計學上有顯著差異(P<0.05)，Lee指數(shù)、BMI的變化趨勢與體質(zhì)量相一致，但Lee指數(shù)與對照組相比差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；OR組各項指標與對照組相比差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)(表1)。OS組大鼠皮下脂肪、內(nèi)臟脂肪和體脂肪含量與對照組相比顯著增高，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；OR組各項指標與對照組相比差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)(表2)。OS組大鼠血清總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白、血清瘦素與對照組相比顯著增高，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；OR組各項指標與對照組相比差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)(表3)。

表1 OS、OR及對照組大鼠體長、體質(zhì)量、Lee指數(shù)和體質(zhì)指數(shù)比較

表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差，n=18。OS：肥胖易感；OR：肥胖抵抗；CK:對照。*表示與對照組相比在P<0.05水平差異有統(tǒng)計學意義。

表2 OS、OR及對照組大鼠體脂肪含量比較

表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差，n=18。OS：肥胖易感；OR：肥胖抵抗；CK:對照。*表示與對照組相比在P<0.05水平差異有統(tǒng)計學意義。

表3 OS、OR及對照組大鼠血脂和血清瘦素比較

表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差，n=18。OS：肥胖易感；OR：肥胖抵抗；CK:對照；TC:血清總膽固醇；TG:甘油三酯；HDL:高密度脂蛋白；LDL:低密度脂蛋白。*表示與對照組相比在P<0.05水平差異有統(tǒng)計學意義。

2.2 丁酸鈉對高脂飲食誘導肥胖的干預作用

經(jīng)丁酸鈉干預后，OI組肥胖大鼠體質(zhì)量下降明顯，與OC組相比在統(tǒng)計學上有顯著差異(P<0.05)，與NC組比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；Lee指數(shù)、BMI的變化趨勢與體質(zhì)量相一致，但Lee指數(shù)與對照組比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)(表4)。OI組大鼠皮下脂肪、內(nèi)臟脂肪和體脂肪含量與OC組比較顯著降低，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，與對照組比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)(表5)。OI組大鼠血清總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白、血清瘦素與OC組比較顯著降低，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，與對照組比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)(表6)。

表4 OI、OC及NC組大鼠體長、體質(zhì)量、Lee指數(shù)和體質(zhì)指數(shù)比較

表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差。OI：丁酸鈉干預；OC：肥胖對照；NC：正常對照。*表示與肥胖對照組相比在P<0.05水平差異有統(tǒng)計學意義。

表5 OI、OC及NC組大鼠體脂肪含量比較

表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差。OI：丁酸鈉干預；OC：肥胖對照；NC：正常對照。*表示與肥胖對照組相比在P<0.05水平差異有統(tǒng)計學意義。

表6 OI、OC及NC組大鼠血脂和血清瘦素比較

表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差。OI：丁酸鈉干預；OC：肥胖對照；NC：正常對照；TC:血清總膽固醇；TG:甘油三酯；HDL:高密度脂蛋白；LDL:低密度脂蛋白。*表示與肥胖對照組相比在P<0.05水平差異有統(tǒng)計學意義。

3 討論

體質(zhì)量超標和肥胖作為全球的流行病，對健康的影響從慢性疾病到嚴重的并發(fā)癥乃至死亡，大大降低了生活與生命質(zhì)量。由于肥胖增加了高血壓、2型糖尿病、冠心病、結(jié)直腸癌、女性子宮內(nèi)膜癌及絕經(jīng)后乳腺癌、退行性關(guān)節(jié)病等相關(guān)伴發(fā)疾病的危險性，被認為是重要的公共健康問題[5-6]。機體能量平衡的調(diào)節(jié)受控于一個復雜的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可能被不同方式及不同環(huán)節(jié)所干擾從而引起肥胖。目前已有多種關(guān)于肥胖原因的機制，當然可能會有許多相互關(guān)聯(lián)的起因，其中最主要涉及遺傳與環(huán)境2個方面?；蜻z傳無疑是重要的，不同的個體其易感性不同。同一疾病的不同患者可能對藥物治療的反應(yīng)(應(yīng)答)不同，同樣，人群對于高脂、高能量、低纖維飲食這一肥胖的重要膳食危險因素的反應(yīng)(應(yīng)答)也有不同。研究發(fā)現(xiàn)，SD大鼠對高脂飼料具有不同的應(yīng)答能力[1,4]。本實驗以高脂飼料喂養(yǎng)SD大鼠3周后依據(jù)體質(zhì)量增加量排序分組，繼續(xù)給予高脂飼料飼喂12周，獲得體質(zhì)量、BMI、脂肪含量、血脂、血清瘦素水平差異顯著的肥胖易感及肥胖抵抗大鼠模型，為后續(xù)研究建立了由飲食誘導的并且具有接近人類肥胖發(fā)生異質(zhì)性特點的動物模型。

增加膳食纖維的攝入能夠預防和改善肥胖以及與肥胖相關(guān)疾病的發(fā)生。膳食纖維并不被哺乳動物胃及小腸內(nèi)的酶消化，而是被結(jié)腸內(nèi)的細菌酵解，其發(fā)酵的程度與纖維的類別和物理性狀以及宿主結(jié)腸內(nèi)菌群和菌相有關(guān)。膳食纖維中的多糖如魔芋葡甘聚糖等在結(jié)腸內(nèi)經(jīng)細菌分解產(chǎn)生短鏈脂肪酸，主要為乙酸、丙酸和丁酸等，對腸內(nèi)容物有影響，如pH可降至4.8～5.0，引起腸道內(nèi)菌群和菌相發(fā)生改變、膽酸鹽濃度改變及代謝的變化[7]。丁酸作為短鏈脂肪酸的主要成分，是結(jié)腸上皮細胞的主要能量來源，尤其是末段結(jié)腸黏膜細胞的最好能量來源，并可抑制結(jié)腸和直腸上皮細胞的過度增生及轉(zhuǎn)化，降低結(jié)、直腸癌的發(fā)病率以及預防和改善潰瘍性結(jié)腸炎。丁酸與鈉結(jié)合后形成的鈉鹽由于具有親水和親脂兩親性，被用于研究丁酸的作用機制。丁酸鈉能夠通過腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-alpha, TNF-α)或/及線粒體途徑誘導腫瘤細胞凋亡[8]，調(diào)節(jié)白細胞介素(interleukin, IL)、一氧化氮合酶 (nitric oxide synthase, NOS)以及環(huán)氧合酶-2(yclooxygenase-2, COX-2)等的表達在炎性反應(yīng)中發(fā)生作用，而肥胖(尤其是單純性肥胖)的發(fā)生也被認為一定程度上是細胞增殖和分化失控的結(jié)果，肥胖者體內(nèi)與脂肪細胞凋亡調(diào)節(jié)相關(guān)的因子被觀察到有一定的異常，如肥胖者脂肪組織和血中TNF-α可增加3～5倍[9]。炎性或免疫反應(yīng)的異常則被認為廣泛存在于肥胖以及相關(guān)慢性疾病或/及腫瘤的發(fā)生過程中,在腫瘤內(nèi)或其周圍微環(huán)境中，某些細胞分泌促炎性因子TNF-α、IL-1、IL-6和IL-8等，還分泌基質(zhì)降解酶、生長因子和活性氧，這些因子和活性氧導致DNA的損傷，最終導致癌癥發(fā)生。丁酸鈉的生物活性與抑制組蛋白去乙?；?histone deacetylase, HDAC)1、2相關(guān)。組蛋白去乙?；竿ㄟ^蛋白質(zhì)去乙?；饔眯揎椚旧w結(jié)構(gòu)，從而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。本文觀察了丁酸鈉對由高脂飲食誘導的肥胖敏感及肥胖抵抗大鼠體質(zhì)量、BMI、脂肪含量、血脂、血清瘦素水平的調(diào)控作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：對于高脂飲食敏感的SD大鼠，在其高脂飼料中添加丁酸鹽能夠預防肥胖及瘦素抵抗發(fā)生；而對于非敏感的SD大鼠，添加丁酸鹽類對其攝食、運動及脂肪代謝無影響。Gao等[10]研究發(fā)現(xiàn)，對于喂養(yǎng)導致肥胖的C57BL/6J小鼠，丁酸鹽類補充飼料可以預防和治療高脂飼養(yǎng)所導致的胰島素抵抗，其作用機制與促進能量消耗、誘導線粒體功能相關(guān)。在本實驗中丁酸鈉的作用機制尚待進一步研究。

4 結(jié)論

SD大鼠對于高脂飼料具有不同的應(yīng)答能力，干預3周后按照其體質(zhì)量增加量排序分組，繼續(xù)給予高脂飼料12周可獲得肥胖敏感及肥胖抵抗模型，該模型對添加丁酸鈉的飲食干預有不同響應(yīng)。對于高脂飲食敏感的SD大鼠，在其高脂飼料中添加丁酸鹽能夠改善體質(zhì)量增加與體質(zhì)指數(shù)，減少體脂肪含量，降低血脂與血清瘦素水平，而對肥胖抵抗SD大鼠的相應(yīng)指標無顯著影響。

[1] Mercer J G, Archer Z A. Diet-induced obesity in the Sprague-Dawley rat: Dietary manipulations and their effect on hypothalamic neuropeptide energy balance systems.BiochemicalSocietyTransactions, 2005,33:1068-1072.

[2] Waldecker M, Kautenburger T, Daumann H,etal. Inhibition of histone-deacetylase activity by short-chain fatty acids and some polyphenol metabolites formed in the colon.TheJournalofNutritionalBiochemistry, 2008,19(9):587-593.

[3] Santini V, Gozzini A, Ferrari G. Histone deacetylase inhibitors: Molecular and biological activity as a premise to clinical application.CurrentDrugMetabolism, 2007,8(4):383-393.

[4] 劉健敏,鄭龍,張煥玲,等.肥胖易感及肥胖抵抗動物模型的建立與評價.科學技術(shù)與工程,2012,12(28):7344-7346.

Liu J M, Zheng L, Zhang H L,etal. Establishment of obesity prone and obesity resistant rats induced by high-fat diet.ScienceTechnologyandEngineering, 2012,12(28):7344-7346. (in Chinese with English abstract)

[5] Finegood D T. Canada in context: Challenging our epidemics of obesity and obesity-related chronic diseases.HealthReports, 2009,20(4):9-10.

[6] Nelson R, Antonetti I, Bisognano J D,etal. Obesity-related cardiorenal syndrome.TheJournalofClinicalHypertension, 2010,12(1):59-63.

[7] Chen H L, Liu Y M, Wang Y C. Comparative effects of cellulose and soluble fibers (pectin, konjac glucomannan, inulin) on fecal water toxicity toward Caco-2 cells, fecal bacteria enzymes, bile acid, and short-chain fatty acids.JournalofAgriculturalandFoodChemistry, 2010,58(18):10277-10281.

[8] Wang L, Luo H S, Xia H. Sodium butyrate induces human colon carcinoma HT-29 cell apoptosis through a mitochondrial pathway.TheJournalofInternationalMedicalResearch, 2009,37(3):803-811.

[9] Qian H, Hausman D B, Compton M M,etal. TNFα induces and insulin inhibits caspase 3-dependent adipocyte apoptosis.BiochemicalandBiophysicalResearchCommunications, 2001,284(5):1176-1183.

[10] Gao Z G, Yin J, Zhang J,etal. Butyrate improves insulin sensitivity and increases energy expenditure in mice.Diabetes, 2009,58(7):1509-1517.

Effect of sodium butyrate on diet-induced obesity in the Sprague-Dawley rat. Journal of Zhejiang University (Agric. & Life Sci.), 2015,41(2):195-200

Zhu Han1, Tan Shasha1, Yang Hong2, Wang Ling1*

(1.KeyLaboratoryofEnvironmentCorrelativeDietology,MinistryofEducation,CollegeofFoodScienceandTechnology,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China; 2.Pu’aiHospitalofWuhan,Wuhan430030,China)

sodium butyrate; high-fat diet; obesity

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金(2011QC073)；湖北省自然科學基金(2013CFB197).

聯(lián)系方式：朱涵，E-mail:jiana1995@163.com

2014-09-19；接受日期(Accepted)：2014-12-02；網(wǎng)絡(luò)出版日期(Published online)：2015-03-20

R 151.3； TS 201.4

A

*通信作者(Corresponding author)：王凌,E-mail:wangling@mail.hzau.edu.cn

URL:http://www.cnki.net/kcms/detail/33.1247.S.20150320.2007.009.html