李 俊，王少兵，許桂清 ，姬麗麗，劉一平

有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍對(duì)糖尿病大鼠血清IL-1β、TNF-α和MCP-1的影響

李 俊1，2，王少兵2，許桂清2，姬麗麗2，劉一平2

目的：評(píng)價(jià)有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍對(duì)糖尿病大鼠血管炎癥反應(yīng)的影響。方法：對(duì)糖尿病大鼠（通過(guò)高脂飲食+腹腔注射鏈脲佐菌素制備）分別進(jìn)行8周有氧運(yùn)動(dòng)、二甲雙胍與二甲雙胍和運(yùn)動(dòng)聯(lián)合治療干預(yù)，檢測(cè)干預(yù)后糖尿病大鼠糖脂代謝、血管內(nèi)皮和血管炎癥標(biāo)志物的相關(guān)指標(biāo)，并探討影響血管炎癥反應(yīng)的途徑。結(jié)果：糖尿病對(duì)照組血清IL-1β、TNF-α和MCP-1濃度均明顯高于正常對(duì)照組，二甲雙胍組血清IL-1β、TNF-α和MCP-1濃度與糖尿病對(duì)照組相比沒(méi)有明顯變化，運(yùn)動(dòng)組大鼠血清IL-1β、TNF-α和MCP-1濃度顯著低于糖尿病對(duì)照組，二甲雙胍+運(yùn)動(dòng)組血清TNF-α濃度明顯低于糖尿病對(duì)照組、二甲雙胍組和運(yùn)動(dòng)組，MCP-1濃度明顯低于糖尿病對(duì)照組。3個(gè)干預(yù)組血清IL-10濃度均高于糖尿病對(duì)照組，但僅有二甲雙胍+運(yùn)動(dòng)組具有顯著性差異。結(jié)論：有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍+運(yùn)動(dòng)聯(lián)合干預(yù)均能有效緩解糖尿病大鼠血管炎癥反應(yīng)。

糖尿?。挥醒踹\(yùn)動(dòng)；二甲雙胍；炎癥

糖尿病是一種以高血糖為主要特征的非傳染性慢性疾病，糖尿病誘導(dǎo)的血管病變是導(dǎo)致糖尿病致殘、致死的主要原因， 因此，抑制和緩解糖尿病血管病癥在糖尿病的預(yù)防和治療中顯得尤為重要。臨床研究認(rèn)為，動(dòng)脈粥樣硬化是引起糖尿病血管病癥的直接原因， 而血管炎癥在動(dòng)脈粥樣斑塊形成過(guò)程中 發(fā)揮關(guān)鍵作用［14，22］，慢性炎癥反應(yīng)貫穿于整個(gè)血管病變的發(fā)病過(guò)程［18］。大量證據(jù)顯示，肥胖、高血糖、胰島素抵抗能夠誘導(dǎo)慢性炎癥的發(fā)生，2型糖尿病患者循環(huán)血液中炎癥因子濃度明顯升高［12］。因此，緩解血管炎癥對(duì)預(yù)防和治療糖尿病血管并發(fā)癥具有十分重要的意義。

我國(guó)對(duì)2型糖尿病的臨床治療上主要以降血糖為主，二甲雙胍是最常用的雙胍類藥物，其主要通過(guò)減少肝臟糖異生、抑制腸粘膜細(xì)胞吸收葡萄糖發(fā)揮降糖作用。除此之外，二甲雙胍還可以通過(guò)增加外周組織胰島素敏感性，降低血液胰島素水平［20］。糖尿病血管并發(fā)癥除了與血糖水平有關(guān)，還受到其他多種因素影響，目前仍然需要尋找新的方法和手段來(lái)彌補(bǔ)糖尿病治療的不足。除了臨床干預(yù)外，生活方式改變，尤其是運(yùn)動(dòng)，已被認(rèn)為是控制2型糖尿病常用的推薦方法。大量實(shí)驗(yàn)表明，規(guī)律性有氧運(yùn)動(dòng)除了可以調(diào)節(jié)血糖平衡，同時(shí)還具有心血管保護(hù)作用［10］，但其作用的機(jī)制還并不十分清楚。本研究試圖通過(guò)有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍這兩種不同的干預(yù)手段對(duì)血管炎癥標(biāo)志物：促炎因子白介素-1β（IL-1β）、腫瘤壞死因子（TNF-α）、單核細(xì)胞趨化因子（MCP-1）和抗炎因子白介素-10（IL-10）的影響作用，評(píng)價(jià)有氧運(yùn)動(dòng)、二甲雙胍以及兩者聯(lián)合治療對(duì)糖尿病大鼠血管炎癥反應(yīng)的影響，并探討其影響的可能途徑。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

6周齡清潔級(jí)雄性SD大鼠45只［吳氏實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，合格證號(hào)：SCXK（閩）2012～0001］，體重在200～250 g，分籠飼養(yǎng)，自由進(jìn)食飲水。室溫控制在22oC～24oC，濕度在50%～70%，晝夜循環(huán)12 h：12 h。

1.2 糖尿病大鼠制備

適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后，隨機(jī)選取6只作為正常組，并以普通飼料喂養(yǎng)；其余39只為糖尿病組，采取高脂飼料喂養(yǎng)（15%蔗糖，15%豬油，5%蛋黃粉，0.2%膽酸鈉，64.8%基礎(chǔ)飼料）。

4周喂養(yǎng)后，大鼠禁食12 h，高脂飲食組大鼠腹腔注射鏈脲佐菌素（STZ，溶于0.1 mol/L檸檬酸緩沖液），注射劑量為30 mg/kg，正常組同時(shí)也腹腔注射相同容量的檸檬酸緩沖液。注射后注意觀察大鼠的攝食，飲水和排尿變化。STZ注射后第3、7、14天，大鼠尾部采血測(cè)定血糖，最終空腹血糖值大于11.1 mmol/L，確定為糖尿病。

1.3 研究設(shè)計(jì)

1.3.1 實(shí)驗(yàn)分組

正常對(duì)照組（Con）6只；糖尿病模型組 分為4組：糖尿病對(duì)照組（DM）7只，糖尿病二甲雙胍干預(yù)組（DM+Met）7只，糖尿病運(yùn)動(dòng)干預(yù)組（DM+Exe）9只和糖尿病藥物運(yùn)動(dòng)干預(yù)組（DM+Exe+Met）9只。Con組和DM組不進(jìn)行任何干預(yù)；DM+Exe進(jìn)行8周運(yùn)動(dòng)干預(yù)；DM+Met組進(jìn)行8周藥物干預(yù)；DM+Exe+Met組同時(shí)給予二甲雙胍和運(yùn)動(dòng)2種干預(yù)8周。

1.3.2 運(yùn)動(dòng)方案

運(yùn)動(dòng)采用游泳方式。正式運(yùn)動(dòng)干預(yù)前，先進(jìn)行1周適應(yīng)性游泳訓(xùn)練，第1次游泳時(shí)間為15 min，之后逐次增加10 min，共5次。正式干預(yù)為1小時(shí)/天，5天/周，共8周時(shí)間。第1～4周無(wú)負(fù)重游泳，第5～8周負(fù)重1%體重負(fù)荷。游泳池為圓形塑料桶，尺寸為60 cm（直徑）×75 cm（高），水深45～50 cm，水溫控制在32oC～35oC，每桶容納3只大鼠同時(shí)游泳。游泳過(guò)程中，時(shí)刻監(jiān)控大鼠游泳狀況，防止大鼠溺水淹死。游泳完畢后，及時(shí)用干毛巾擦干大鼠身體，并用吹風(fēng)機(jī)烘干。

1.3.3 給藥方法

給予喂食二甲雙胍藥物，藥物劑量及喂養(yǎng)方法參考已有研究［13，17］，將藥物溶入飲水瓶中，第1周劑量為150 mg?kg-1?天-1，第2周為300 mg?kg-1?天-1，第3周調(diào)整為400 mg.kg-1.day-1，該劑量一直保持到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。每日監(jiān)控大鼠飲水量，每周根據(jù)體重變化調(diào)整一次藥物劑量。DM+Met組和DM+Exe+Met組給藥方案相同。

1.3.4 樣本制備

最后1次運(yùn)動(dòng)結(jié)束后24 h處死動(dòng)物，處死前12 h禁食。血液標(biāo)本以4oC，3 500 r.min-1離心10 min，取上清液，－20oC保存。迅速剝離主動(dòng)脈，取約5 mm血管放置事先配好的4%多聚甲醛溶液中固定，其余放入冷凍管中，置于－80oC保存。

1.4 血清樣本檢測(cè)

血糖采用血糖儀檢測(cè)（羅氏卓越血糖儀及配套試紙），總膽固醇（TC）、甘油三酯（TC）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）、高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）采用相應(yīng)試劑盒檢測(cè)（南京建成生物工程研究所），胰島素（Insulin）、IL-1β、IL-10、 MCP-1、TNF-α采用ELISA檢測(cè)法測(cè)定（南京建成生物工程研究所），以上指標(biāo)檢測(cè)均按照試劑盒說(shuō)明書進(jìn)行操作。

1.5 HE染色

取出固定好的主動(dòng)脈組織，濃度梯度乙醇脫水，二甲苯透明，浸蠟后進(jìn)行石蠟包埋。將組織樣本切片4 um，涂于載玻片上。按照HE染色操作步驟，二甲苯脫蠟，梯度乙醇復(fù)水，蘇木素-伊紅染色，乙醇脫水，二甲苯透明，樹膠封片，最后顯微鏡拍照。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

運(yùn)用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件，數(shù)據(jù)采用平均數(shù)+標(biāo)準(zhǔn)誤表示，組間差異采用T檢驗(yàn)或one-way ANOVA，P＜0.05認(rèn)為具有顯著性差異。

2 研究結(jié)果

2.1 糖尿病模型

STZ注射2周后最終符合糖尿病模型大鼠共32只，造模成功率為80%（表1）。糖尿病模型組注射STZ后，大鼠飲水量明顯上升，尿量增加，體重呈現(xiàn)先低后高的變化趨勢(shì)。糖尿病模型組大鼠空腹血糖（FPG）明顯升高，空腹胰島素(FINS)也明顯高于正常對(duì)照組，已完全超出正常胰島素分泌范圍，且胰島素敏感性指數(shù)（ISI）顯著低于正常對(duì)照組，說(shuō)明糖尿病模型組胰島素敏感性降低。從這些參數(shù)來(lái)看，糖尿病模型組大鼠已具有明顯的糖尿病特征。

表1 STZ注射后糖尿病模型的基本參數(shù)（±S）Table 1 Basic Parameter of Diabetic Model after STZ Injection（±S）

表1 STZ注射后糖尿病模型的基本參數(shù)（±S）Table 1 Basic Parameter of Diabetic Model after STZ Injection（±S）

注：Body weight：體重；Food intake：攝食量；Water intake：飲水量；FBG：空腹血糖；FINS：空腹胰 島素；ISI：胰島素敏感指數(shù)=ln(FBG×FINS)-1。

正常對(duì)照組（n=6）糖尿病模型組（n=32） P Body weight(g)483.3+7.42 NS Food intake(g/天) 489.9+9.37 34+0.92 NS Water intake(mL/天) 33.5+0.54 173.6+7.03 ＜0.01 FBG(mmol/L) 48.5+1.68 22.9+0.93 ＜0.01 FINS(mU/L) 5.3+0.21－5.99+0.08 ＜0.01 20.5+1.28 ＜0.01 ISI 13.7+1.18－4.34+0.25

2.2 有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍對(duì)大鼠糖脂代謝的影響

圖1顯示了STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠8周干預(yù)期內(nèi)的空腹血糖值的變化。從圖中可以看出，所有糖尿病大鼠血糖值隨時(shí)間推移均呈下降趨勢(shì)，尤其是4～6周血糖值下降較 為明顯，部分可能是由于損傷的胰島β細(xì)胞自我修復(fù)的結(jié)果。8周干預(yù)后，DM+Exe+Met組空腹血糖值最低，而DM組血糖值最高。

表2顯示了8周有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍干預(yù)后大鼠糖脂代謝的基本指標(biāo)。從表中可以看出，DM組大鼠總膽固醇（TC）和甘油三酯（TG）明顯高于Con組，經(jīng)過(guò)干預(yù)后，DM+Exe和DM+Exe+Met組大鼠出現(xiàn)了不同程度的下降，但數(shù)據(jù)上并沒(méi)有呈現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)性差異（P＞0.05），DM+Met組沒(méi)有表現(xiàn)出任何變化。糖尿病對(duì)照組高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）水平明顯低于正常組，通過(guò)有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍干預(yù)后，糖尿病大鼠HDL-C和LDL-C出現(xiàn)了一定程度的緩解狀態(tài)。在血糖代謝方面，DM組FBG、FINS明顯高于Con，胰島素敏感指數(shù)較低，DM+Met和DM+Exe+Met組大鼠空腹血糖下降幅度較為明顯，DM+Exe組雖然血糖低于糖尿病對(duì)照組，但沒(méi)有表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)性差異。3種干預(yù)方式均明顯改善了糖尿病大鼠胰島素水平，其中，DM+Exe+Met組在增加胰島素敏感性上的效果更加突出。

圖1 糖尿病大鼠干預(yù)周期內(nèi)空腹血糖變化Figure 1 Fast Glucose Change in Period of Intervention for Diabetic Rats

表2 8周有氧運(yùn)動(dòng)和二甲胍干預(yù)片大鼠糖脂代謝指標(biāo)（±S）Table 2 Indicators of Glycolipid Metabolism in Rats（±S）

表2 8周有氧運(yùn)動(dòng)和二甲胍干預(yù)片大鼠糖脂代謝指標(biāo)（±S）Table 2 Indicators of Glycolipid Metabolism in Rats（±S）

注：a ，P＜ 0.05，A，P＜0.01 vers us Con group；b，P＜0.05，B，P＜0.01 versus DM group。

Con DM DM±Met DM±Exe DM±Exe±Met TC(mmol/L) 1.89±0.25 2.65±0.28a 2.67±0.16a 2.32±0.29 2.57±0.17aTG(mmol/L) 0.73±0.08 1.15±0.04A 1.14±0.11A 0.97±0.08a 0.98±0.05aLDL-C(mmol/L) 0.68±0.07 0.82±0.06 0.70±0.05 0.63±0.03 0.72±0.06 HDL-C(mmol/L) 1.14±0.07 0.81±0.13a 0.96±0.06 0.85±0.12a 0.97±0.09 FBG(mmol/L) 4.9±0.21 16.7±0.61A 12.8±1.09AB 14.2±1.22A 11.9±0.98ABFINS(mU/L) 14.5±1.13 21.2±0.97A 15.3±1.38B 15.2±1.28B 13.4±1.03BISI －4.26±0.1 －5.8±0.09A －5.34±0.31A －5.28±0.24A －5.14±0.23ab

2.3 有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍對(duì)主 動(dòng)脈血管形態(tài)的影響

大鼠主動(dòng)脈經(jīng)HE染色后于顯微鏡下觀察血管的形態(tài)（圖2）。可以看出，Con組血管內(nèi)側(cè)壁光滑平整，內(nèi)皮細(xì)胞完整，平滑肌細(xì)胞排列整齊，而DM組與正常對(duì)照組相比，血管內(nèi)膜粗糙，內(nèi)皮細(xì)胞有脫落現(xiàn)象，損傷較為嚴(yán)重，且血管中層平滑肌細(xì)胞排列不整齊。DM+Met和DM+Exe+Met組與正常對(duì)照組相比，內(nèi)皮細(xì)胞輕微損傷，平滑肌細(xì)胞排列整齊，DM+Exe組血管內(nèi)皮細(xì)胞較正常組具有一定程度損傷，平滑肌細(xì)胞排列不規(guī)則，但與DM組相比，病變有所緩解。

圖2 有氧運(yùn)動(dòng)與藥物干預(yù)對(duì)STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠主動(dòng)脈形態(tài)的影響 HE染色 （200X）Figure 2 Effects of Aerobic Exercise and Metformin on Aortic Morphology of STZ-treated Rats

2.4 血糖代謝指標(biāo)與炎癥因子之間關(guān)系

表3列舉了血糖代謝指標(biāo)與炎癥因子相關(guān)性結(jié)果，從表中可以看出，F(xiàn)BG與MCP-1成正相關(guān)（r=0.449，P＜0.05），F(xiàn)INS分別與IL-1β（r=0.417，P＜0.05），MCP-1（r=0.532，P＜0.01）成正相關(guān)，ISI分別與IL-1β（r=-0.401，P＜0.05），TNF-α（r=-0.503，P＜0.01）成負(fù)相關(guān)。

表3 血糖代謝指標(biāo)與炎癥因子相關(guān)性Table 3 The Correlation of Glucose Metabolism

2.5 有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍對(duì)大鼠血清炎癥標(biāo)志物的影響

8周干預(yù)后對(duì)大鼠血清炎癥指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，從圖3中可以看出，DM 組血清IL-1β， TNF-α和MCP-1均明顯高于正常組（P＜0.01）。從干預(yù)結(jié)果來(lái)看，干預(yù)組糖尿病大鼠IL -1β，TNF-α和MCP-1都有下降的趨勢(shì)，但變化程度并不相同。DM+Met組降低幅度 較小，DM+Exe組IL-1β，TNF-α和MCP-1水平顯著低于DM組（P＜0.05），DM+Exe+Met組血清TNF-α濃度明顯低于DM組、DM+Met組和DM+Exe組（P＜0.05），MCP-1濃度明顯低于DM組（P＜0.05）。IL-10具有抗炎癥效應(yīng)，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示結(jié)果來(lái)看，Con組和DM組血清IL-10濃度較低，DM+Met組和DM+Exe+Met組 血清IL-10濃度明顯高于正常對(duì)照組（P＜0.05），其中DM+Exe+Met組明顯高于DM組（P＜0.05）。

3 討論與分析

3.1 糖尿病模型的構(gòu)建

2型糖尿病是以高血糖為主要特征的代謝性疾病，其發(fā)病的主要原因是胰島素分泌失調(diào)和外周組織對(duì)胰島素敏感性下降［28］。高脂喂養(yǎng)并以小劑量STZ處理是構(gòu)建2型糖尿病模型最常用的方法之一，由于該模型的發(fā)病機(jī)制與人類糖尿病較為類似，因此常被作為糖尿病病理性治療的研究模型。大量研究表明，高脂喂養(yǎng)4周以上的肥胖大鼠已出現(xiàn)胰島素抵抗現(xiàn)象，而小劑量STZ能夠輕微破壞胰島β細(xì)胞，使胰島素分泌相對(duì)不足。本研究經(jīng)4周高脂膳食喂養(yǎng)，并以30 mg/kg STZ處理后，大鼠血糖濃度明顯上升，尿量升高， 并出現(xiàn)體重暫時(shí)降低現(xiàn)象（數(shù)據(jù)未列）。經(jīng)檢測(cè)，糖尿病大鼠空腹胰島素水平明顯高于正常對(duì)照組，且胰島素敏感性顯著降低，說(shuō)明已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的外周胰島素抵抗現(xiàn)象，使得胰島素分泌代償性地增加，該模型符合2型糖尿病病理性特征。

3.2 影響糖尿病大鼠血管炎癥的因素

高血糖、胰島素抵抗、脂質(zhì)代謝紊亂、內(nèi)皮功能紊亂等因素均可能誘導(dǎo)血管炎癥反應(yīng)的發(fā)生。高血糖以及高糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激可以直接激活NF-κB炎癥信號(hào)通路，引起多種炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子的過(guò)度釋放，造成血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，同時(shí)，受損的內(nèi)皮細(xì)胞激活免疫系統(tǒng)促使炎癥細(xì)胞向損傷部位聚集，并釋放大量的炎癥介質(zhì)，促使血管發(fā)生炎癥反應(yīng)。我們的數(shù)據(jù)顯示了空腹血糖和MCP-1呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明隨著血糖升高，MCP-1濃度不斷增加，證實(shí)了高血糖與炎癥之間的關(guān)系。除此之外，本研究還發(fā)現(xiàn)，空腹胰島素與IL-1β，TNF-α和MCP-1呈顯著正相關(guān)，胰島素敏感指數(shù)與IL-1β，TNF-α呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明胰島素抵抗與炎癥密切相關(guān)。之前研究認(rèn)為，胰島素不僅可以通過(guò)調(diào)節(jié)血糖間接發(fā)揮抗炎作用，還能夠直接抑制炎癥介質(zhì)的生成，減輕機(jī)體的炎癥損傷［1］。但當(dāng)胰島素抵抗時(shí)，由于胰島素濃度的升高，直接或間接地誘導(dǎo)炎癥因子表達(dá)的增加，因此也可以認(rèn)為胰島素抵抗是一個(gè)炎癥過(guò)程，這與本研究結(jié)果相似。脂質(zhì)代謝紊亂也是誘導(dǎo)身體炎癥的重要原因，雖然我們數(shù)據(jù)顯示出糖尿病對(duì)照組表現(xiàn)出明顯的脂質(zhì)代謝紊亂狀態(tài)，但代謝指標(biāo)與炎癥因子之間沒(méi)有顯示出明顯的相關(guān)性（數(shù)據(jù)未列），而且3種方式的干預(yù)也沒(méi)有明顯改善脂質(zhì)代謝水平。除此之外，血管內(nèi)皮損傷也會(huì)引起血管炎癥的發(fā)生。一方面，血管內(nèi)皮損傷將導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能紊亂，而內(nèi)皮功能紊亂與慢性炎癥密切相關(guān)［27］；另一方面，血管腔內(nèi)壁受損的內(nèi)皮細(xì)胞激活免疫反應(yīng)，誘導(dǎo)炎性細(xì)胞向損傷部位遷移，導(dǎo)致炎性細(xì)胞浸潤(rùn)［3］。本研究HE染色結(jié)果可以看出，糖尿病組血管結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的病理性改變，尤其是糖尿病對(duì)照組內(nèi)皮細(xì)胞受損較為嚴(yán)重，同時(shí)糖尿病對(duì)照組血管炎癥標(biāo)志物濃度最高，進(jìn)一步證實(shí)了血管內(nèi)皮損傷與血管炎癥有關(guān)。

圖3 大鼠血清炎 癥因子IL-1β，TNF-α，MCP-1和IL-10（±S）Figure 3 Serum Inflammatory Factors in Rats：IL-1β，TNF-α，MCP-1 and IL-10（±S）

3.3 有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍對(duì)糖尿病大鼠血清IL-1β、TNF-α、MCP-1的影響作用

盡管目前對(duì)2型糖尿病的研究取得了一些進(jìn)展，但對(duì)糖尿病的發(fā)病機(jī)理還并不十分清楚。從糖耐量受損向糖尿病轉(zhuǎn)變過(guò)程中，胰島β細(xì)胞功能起著決定性作用。目前認(rèn)為，2型糖尿病胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能異常存在著以下幾種機(jī)制：氧化應(yīng)激，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，胰腺淀粉樣物沉積，肌肉、肝臟、胰腺異位脂質(zhì)沉積，脂毒性和糖毒性等［7］。雖然無(wú)法確定哪一種機(jī)制在糖尿病發(fā)病中最為重要，但這些細(xì)胞應(yīng)激都能夠誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)［8］。炎癥參與了2型糖尿病及并發(fā)癥的發(fā)病過(guò)程，認(rèn)為2型糖尿病屬于自身炎癥性疾?。?］。炎癥因子主要是由胰腺、脂肪、肝臟等組織細(xì)胞分泌并釋放到循環(huán)血液中，因此，循環(huán)血液中炎癥因子濃度并不能反映特異性組織的炎癥狀態(tài)，但血管是儲(chǔ)存和運(yùn)輸血液的主要器官，血管腔內(nèi)的內(nèi)皮細(xì)胞不斷受到循環(huán)血液的刺激，可以認(rèn)為循環(huán)血液中炎癥因子濃度以及內(nèi)皮損傷程度可以反映出血管炎癥狀態(tài)。本研究選取了促炎因子，趨化因子和抗炎癥因子3種類型細(xì)胞因子以及血管內(nèi)皮損傷程度來(lái)反映血管炎癥狀態(tài)。促炎因子IL-1β和TNF-α主要由單核巨噬細(xì)胞分泌，在血管炎癥反應(yīng)和促動(dòng)脈粥樣硬化中發(fā)揮重要作用，是炎癥因子級(jí)聯(lián)反應(yīng)的啟動(dòng)因子，通過(guò)激活 內(nèi)皮細(xì)胞炎癥信號(hào)通路，促使下游炎癥因子和細(xì)胞粘附分子的釋放，形成炎癥反應(yīng)的正反饋循環(huán)，加劇血管的炎癥反應(yīng)。趨化因子MCP-l是由單核巨噬細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等多種細(xì)胞產(chǎn)生，主要功能是趨化單核細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞，誘導(dǎo)單核細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)粘附分子，誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞尤其是單核細(xì)胞向血管炎癥部位遷移，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的形成［4］?？寡滓蜃覫L-10是由免疫和非免疫細(xì)胞分泌的一種抗炎因子，主要生物功能是抑制炎癥因子的產(chǎn)生，對(duì)單核細(xì)胞粘附內(nèi)皮細(xì)胞具有抗炎作用［26］。

本研究發(fā)現(xiàn)，單純二甲雙胍干預(yù)雖然能夠降低IL-1β，TNF-α和MCP-1水平，但影響幅度較小，近期的研究也顯示了相同的結(jié)果［13］，說(shuō)明二甲雙胍無(wú)法有效緩解糖尿病炎癥反應(yīng)。有氧運(yùn)動(dòng)與二甲雙胍運(yùn)動(dòng)聯(lián)合干預(yù)可以不同程度地降低血清IL-1β，TNF-α和MCP-1炎癥因子水平，說(shuō)明有氧運(yùn)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍聯(lián)合干預(yù)可以改善血管炎癥反應(yīng)，但對(duì)不同炎癥因子的影響并不相同。之前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期規(guī)律性運(yùn)動(dòng)可以降低血清IL-1β，TNF-α和MCP-1，緩解機(jī)體炎癥反應(yīng)［15，23］。從我們研究的數(shù)據(jù)來(lái)看，單純運(yùn)動(dòng)組血清IL-1β濃度明顯降低，二甲雙胍運(yùn)動(dòng)組濃度雖然有所下降，但在統(tǒng)計(jì)意義上沒(méi)有差異，這可能是由于二甲雙胍通過(guò)某種作用降低了運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的效應(yīng)，但機(jī)制卻不清楚。有氧運(yùn)動(dòng)與二甲雙胍運(yùn)動(dòng)聯(lián)合干預(yù)均可以顯著降低血清TNF-α濃度，但二甲雙胍運(yùn)動(dòng)組干預(yù)效果更為顯著，降低幅度明顯大于單純運(yùn)動(dòng)組。脂肪組織是血液循環(huán)中TNF-α的主要來(lái)源，長(zhǎng)期規(guī)律運(yùn)動(dòng)可以降低體重，二甲雙胍同樣也有控制體重作用，二者聯(lián)合干預(yù)可以更加有效地減少脂肪積累，從而減少脂肪細(xì)胞分泌TNF-α。對(duì)促炎因子MCP-1的影響上，運(yùn)動(dòng)與二甲雙胍和運(yùn)動(dòng)聯(lián)合干預(yù)均能明顯降低血清MCP-1水平。雖然認(rèn)識(shí)到運(yùn)動(dòng)對(duì)緩解機(jī)體炎癥有一定的作用，但其機(jī)制還并不清楚。有研究認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)可以直接抑制內(nèi)皮細(xì)胞NF-κB炎癥信號(hào)的激活，降低TLR4信號(hào)，減少粘附分子表達(dá)［9，16］。除此之外，運(yùn)動(dòng)還具有抗炎效應(yīng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，骨骼肌細(xì)胞分泌大量IL-6，研究證明，IL-6具有抗炎作用，能夠抑制TNF-α和IL-1β分泌，同時(shí)還能促進(jìn)抗炎因子如IL-10和IL-1ra分泌［21］。本研究對(duì)IL-10進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有氧運(yùn)動(dòng)、二甲雙胍及二甲雙胍運(yùn)動(dòng)組血清IL-10濃度均比糖尿病對(duì)照組高，但僅有二甲雙胍運(yùn)動(dòng)聯(lián)合干預(yù)組具有顯著性差異。說(shuō)明二甲雙胍和運(yùn)動(dòng)聯(lián)合干預(yù)具有直接抗炎作用。Babbitt等對(duì)高血壓人群進(jìn)行6個(gè)月的有氧干預(yù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有氧運(yùn)動(dòng)可以增加IL-10濃度，但沒(méi)有顯著性差異，與本研究結(jié)果相似。除此之外，該研究還發(fā)現(xiàn)最大攝氧量變化可以預(yù)測(cè)IL-10變化，認(rèn)為心肺耐力改善與血清IL-10增加有關(guān)［5］。Ribeiro等檢測(cè)了有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌梗死血清炎癥狀態(tài)影響，認(rèn)為有氧運(yùn)動(dòng)可以增加IL-10濃度，具有抗炎效應(yīng)［24］。

3.4 有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍影響糖尿病大鼠血管炎癥反應(yīng)的途徑

本研究數(shù)據(jù)同樣說(shuō)明了高血糖、胰島素抵抗和血管內(nèi)皮損傷可能與血管炎癥有關(guān)，那么，有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍是否有可能通過(guò)降低血糖，改善胰島素抵抗，緩解內(nèi)皮損傷來(lái)間接影響血管炎癥。數(shù)據(jù)顯示，二甲雙胍、有氧運(yùn)動(dòng)及二甲雙胍運(yùn)動(dòng)聯(lián)合治療均可以改善血糖，但二甲雙胍和二甲雙胍運(yùn)動(dòng)組與有氧運(yùn)動(dòng)組相比在控制血糖方面具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。二甲雙胍主要是通過(guò)降低肝臟糖異生作用來(lái)維持血糖平衡［20］，其作用機(jī)制還并不十分清楚。運(yùn)動(dòng)可以增加骨骼肌對(duì)血糖的吸收來(lái)降低血糖［11］，骨骼肌收縮導(dǎo)致骨骼肌和循環(huán)血液中IL-6濃度顯著增加，研究發(fā)現(xiàn)，肌源性IL-6能夠增加骨骼肌葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（GLUT4）轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)葡萄糖的吸收，改善血糖代謝［6］。數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍和運(yùn)動(dòng)聯(lián)合治療在改善糖尿病大鼠胰島素水平，增加胰島素敏感性上的作用要優(yōu)于單純藥物和運(yùn)動(dòng)的治療效果，這說(shuō)明二甲雙胍和運(yùn)動(dòng)聯(lián)合治療在改善胰島素敏感性上可能存在著疊加效應(yīng)，這與之前的研究結(jié)果一致［17，25］。運(yùn)動(dòng)能夠通過(guò)影響胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路逆轉(zhuǎn)胰島素抵抗的發(fā)生，改善胰島素敏感性［2］，二甲雙胍可能是通過(guò)激活骨骼肌AMPK信號(hào)來(lái)增加外周胰島素敏感性［19］?？梢哉J(rèn)為，有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍可能部分是通過(guò)降低血糖、胰島素間接影響糖尿病大鼠血清IL-1β，TNF-α和MCP-1濃度。

血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷既是血管炎癥的原因也是結(jié)果，本研究數(shù)據(jù)顯示，二甲雙胍、有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍運(yùn)動(dòng)聯(lián)合治療均能明顯緩解血管內(nèi)皮損傷，說(shuō)明二甲雙胍和運(yùn)動(dòng)對(duì)血管結(jié)構(gòu)和功能起到一定的保護(hù)作用。這可能是因?yàn)榻档脱情g接緩解了高糖誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮損傷，同時(shí)，有氧運(yùn)動(dòng)還可以提高內(nèi)源性抗氧化能力，減少血管氧化應(yīng)激，緩解ROS誘導(dǎo)的內(nèi)皮損傷。由此可見，二甲雙胍和有氧運(yùn)動(dòng)也有可能是通過(guò)減少血管內(nèi)皮損傷來(lái)緩解血管炎癥。

4 結(jié)論

有氧運(yùn)動(dòng)能夠有效地緩解糖尿病大鼠血管炎癥，二甲雙胍抗炎效果并不明顯，但二甲雙胍與運(yùn)動(dòng)聯(lián)合治療能夠顯著降低糖尿病大鼠血管炎癥反應(yīng)。有氧運(yùn)動(dòng)和二甲雙胍可能是通過(guò)改善胰島素敏感性，降低血糖，減輕機(jī)體糖應(yīng)激，減少血管內(nèi)皮損傷來(lái)緩解糖尿病大鼠血管炎癥反應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 劉高華，李嘉，高峰.胰島素的抗炎作用—不僅依賴于血糖控制［J］.生理科學(xué)進(jìn)展，2011，4 2（5）：366-370.

［2］ 米春娟，任維，高峰.運(yùn)動(dòng)改善心血管胰島素敏感性及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制［J］.生理科學(xué)進(jìn)展，2012，43（4）：306-309.

［3］ 王春梅.黃連素對(duì)2型糖尿病血管內(nèi)皮功能障礙的保護(hù)作用及機(jī)制研究［D］.吉林：吉林大學(xué)，2010：7-10.

［4］ 夏婷婷. MCP-1等炎癥因子在胰島素抵抗促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展中關(guān)系的研究［D］. 沈陽(yáng)：中國(guó)醫(yī)科大學(xué)，2007：6-7.

［5］ BABBITT D M，DIAZ K M，F(xiàn)EAIRHELLER D L，et al. Endothelial activation microparticles and inf l ammation status improve with exercise training in African Americans［J］. Int J Hypertens，2013：1-8.

［6］ CAREY A L，STEINBERG G R，MACAULAY S L，et al. Interleukin-6 increases insulin-stimulated glucose disposal in humans and glucose uptake and fatty acid oxidation in vitro via AMP-activated protein kinase［J］. Diabetes，2006，55(10)：2688-2697.

［7］ DONATH M Y，SHOELSON S E. Type 2 diabetes as an inf l ammatory disease［J］. Nat Rev Immunol，2011，11(2)：98-107.

［8］ DONATH M Y，SCHUMANN D M，F(xiàn)AULENBACH M，et al. Islet inflammation in type 2 diabetes：from metabolic stress to therapy［J］. Diabetes Care，2008，31：161-164 .

［9］ FRANCESCOMARINO S D，SCICIARTILLI A，VALERIO V D，et al. The effect of physical exercise on endothelial function［J］. Sports Med，2009，39 (10)：797-812.

［10］ GOLBIDI S，LAHER I. Exercise and the aging endothelium［J］. J Diabetes Res，2013，(22)：1-12.

［11］ HANSEN M，PALS?E M K，HELGE J W，et al. The effect of metformin on glucose homeostasis during moderate exercise［J］. Diabetes Care，2015，38(2)：293-301.

［12］ HERDER C，BRUNNER E J，WITTE D R，et al. Elevated levels of the anti-inflammatory interleukin-1 receptor antagonist precede the onset of type 2 diabetes：the whitehall II study［J］. Diabetes Care，2009，32(3)：421-423 .

［13］ JENKINS N T，PADILLA J，ARCE-ESQUIVEL A A，et al. Effects of endurance exercise training，metformin，and their combination on adipose tissue leptin and IL-10 secretion in OLETF rats［J］. J Appl Physiol，2012，113(12)：1873-83.

［14］ KOCH E，PIRCHER J，CZERMAK T. The endothelial tyrosine phosphatase SHP-1 plays an important role for vascular haemostasis in TNFα-induced inflammation in vivo［J］. Mediat Inf l amm，2013，(1)：1-11.

［15］ LEMOS E T D，PINTO R，OLIVEIRA J，et al. Differential effects of acute (extenuating) and chronic(training) exercise on inflammation and oxidative stress status in an animal model of type 2 diabetes mellitus［J］. Mediat Inf l amm，2011，(1)：1-8.

［16］ LEE J，CHO J Y，KIM W K. Anti-inf l ammation effect of Exercise and Korean red ginseng in aging model rats with diet-induced atherosclerosis［J］. Nutr Res Pract，2014，8(3)：284-291.

［17］ LINDEN M A，F(xiàn)LETCHER J A，MORRIS E M，et al. Combining metformin and aerobic exercise training in the treatment of type 2 diabetes and NAFLD in OLETF rats［J］. Am J Physiol Endocrinol Metab，2013，306(3)：300-310.

［18］ MATHUR N，PEDERSEN B K. Exercise as a mean to control low-grade systemic Inf l ammation［J］. Mediat Inf l amm，2008，(1)：1-6.

［19］ NATALI A，F(xiàn)ERRANNINI E. Effects of metformin and thiazolidinediones on suppression of hepatic glucose production and stimulation of glucose uptake in type 2 diabetes：a systematic review［J］. Diabetologia，2006，49(3)：434-441.

［20］ PHIELIX E，SZENDROEDI J，RODEN M. The role of metformin and thiazolidinediones in the regulation of hepatic glucose metabolism and its clinical impact［J］. Trends Pharmacol Sci，2011，32(10)：607-616.

［21］ PEDERSEN B K，F(xiàn)EBBRAIO M A. Muscles，exercise and obesity：skeletal muscle as a secretory organ［J］. Nat Rev Endocrinol，2012，8(8)：457-465.

［22］ PETERSEN A M，PEDERSEN B K. The anti-inf l ammatory effect of exercise［J］. J Appl Physiol，2005，98(4)：1154-1162.

［23］ PLAISANCE E P，GRANDJEAN P W. Physical activity and high sensitivity C- reactive protein［J］. Sports Med，2006，36(5)：443-458.

［24］ RIBEIRO F，ALVES A J，TEIXEIRA M，et al. Exercise training increases interleukin-10 after an acute myocardial infarction：a randomised clinical trial［J］. Int J Sports Med，2012，33(3)：192-198.

［25］ SMITH A C，MULLEN K L，JUNKIN K A，et al. Metformin and exercise reduce muscle FAT/CD36 and lipid accumulation and blunt the progression of high-fat diet-induced hyperglycemia［J］. Am J Physiol Endocrinol Metab，2007，293：172-181.

［26］ SIKKA G，MILLER K L，STEPPAN J，et al. Interleukin 10 knockout frail mice develop cardiac and vascular dysfunction with increased age［J］. Exp Gerontol，2013，48(2)：128-135.

［27］ VILA E，SALAICES M. Cytokines and vascular reactivity in resistance arteries［J］. Am J Physiol Heart Circ Physiol，2005，288(3)：1016–1021.

［28］ ZHANG M，LV X Y，LI J，et al. The characterization of high-fat diet and multiple low-dose streptozotocin induced type 2 diabetes rat model［J］. Exp Diabetes Res，2008，(6) ：1-9.

Effects of Aerobic Exercise and Metformin on Serum IL-1β，TNF-α and MCP-1 in Diabetic Rats

LI Jun1，2，WANG Shao-bing2，XU Gui-qing2，JI Li-li2，LIU Yi-ping2

Objective：To evaluate the effects of aerobic exercise and metformin on vascular inf l ammatory reaction in diabetic rats. Methods：Diabetic rates，prepared through high-fat diet and intraperitoneal STZ injections，were treated with aerobic exercise，metformin and the combination of aerobic exercise and metformin respectively for 8 weeks. After receiving interventional treatment，diabetic rats were tested to obtain relevant indicators such as glycolipid metabolism，vascular endothelium and vascular inf l ammatory markers. Based on the experiment，the approach to inf l uencing vascular inf l ammatory reaction is explored. Results：Serum concentrations of IL-1β，TNF-α and MCP-1 in DM group were signif i cantly higher than those in Con group；serum concentrations of IL-1β，TNF-α and MCP-1 in DM+Met group had no obvious change compared with those in DM g roup；serum concentration s of IL-1β，TNF-α and MCP-1 in DM+Exe group were evidently lower than those in DM group；serum concentration of TNF-α in DM+Exe+Met group was greatly lower than it in DM，DM+Met and DM+ Exe groups，and MCP-1 was lower markedly than it in DM group. Serum concentration of IL -10 in three interventional grou ps was higher than it in Con group，but there was a signif i cant discrepancy only in the DM+Exe+Met group. Conclusion：Both aerobic exercise and the combination of aerobic exercise and metformin can effectively relieve the vascular inf l ammator y reaction in diabetic rats.

diabetes mellitus；aerobic exercise；metformin；inf l ammation

G804.7

A

1002-9826（2017）03-0041-08

10. 16470/j. csst. 201703007

2016-11-29；

2017-03-25

福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2016J01150）；南京信息工程大學(xué)126工程資助項(xiàng)目（2016tyb003）。

李俊，男，副教授，在讀博士研究生，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)與健康，Email：njxx gcdx lj@aliyun.com。

劉一平，女，教授，博士，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)與心血管保護(hù)，Email：ypliu1966@126.com。

1. 南京信息工程大學(xué) 體育文化研究基地，江蘇 南京210044；2. 福建師范大學(xué) 體育科學(xué)學(xué)院 國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)機(jī)能評(píng)定重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350117

1. Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China；2.Fujian Normal University，F(xiàn)uzhou 350117，China.