早期游泳运动对OF大鼠体重编程作用影响的效果与机制研究

摘要

运动对机体能量调控和肥胖防治的作用是毋庸置疑的，但是运动终止后的肥胖反弹也一直是困扰运动医学界的难题。“肥胖早期起源”的流行病学资料和动物实验研究有力证实了围产期营养和激素环境对肥胖发生具有持久性的影响，在此期间由于发育环境变化引发的婴幼儿超重和肥胖会伴随其进入成年期。可见，围产期是肥胖预防的关键期，肥胖预防需要从源头抓起。那么孕期运动能否对出生后营养过度引发的单纯性肥胖起到预防作用，早期运动对出生后营养过度引发的儿童单纯性肥胖的防治效果是否具有持久性？这是目前肥胖运动防治领域有待研究的迷人课题。 本研究采用哺乳期小窝喂养方法复制过度喂养大鼠模型(the overfeeding rat，OF大鼠)，以孕期游泳运动、孕期结合幼龄期游泳运动为干预手段，以下丘脑弓状核NPY、POMC和LRb、血leptin、血insulin水平以及内脏脂肪细胞凋亡指数为主要研究指标，探讨早期游泳运动对子代OF大鼠体重编程作用影响的效果及其潜在机制。本实验分为三部分。 第一部分孕期游泳运动对OF子鼠发育和代谢水平的影响 目的：探究孕期游泳运动能否对OF子鼠的生理发育、神经行为发育和血代谢水平产生影响。方法：将80只SD雌性大鼠(270-280g)，按照雌雄比2:1合笼，在确定妊娠后第3天，母鼠开始孕期游泳运动至分娩结束(10min/day，6days/week)。在母鼠分娩后第2天随机将每窝子鼠喂养数目调整为4只和10只，获得孕期安静正常喂养对照组(CNC，n=16窝)、孕期安静小窝喂养对照组(CSC，n=15窝)和孕期游泳运动小窝喂养组(ESC，n=22窝)。在哺乳期，每组随机抽取10窝分别进行生理发育指标和神经行为发育监测；断乳后按照体重配比原则随机从每组抽取8只子鼠，获得孕期安静正常喂养断乳后对照组(CNCO，n=8)、孕期安静小窝喂养断乳后OF对照组(CSCO，n=8)和孕期游泳运动小窝喂养断乳后OF组(ESCO，n=8)。采用酶化学法测定母鼠和子鼠的血糖和血脂，放射免疫法测定母鼠和子鼠的血insulin、血leptin、母鼠乳汁insulin和leptin；子鼠内脏脂肪垫和内脏器官、母鼠内脏脂肪垫称重。结果：孕期游泳运动对母鼠分娩体重、空腹血清胰岛素(FINS)、空腹血糖(FBS)、胰岛素血糖比(IGR)、血清leptin、乳汁insulin、乳汁leptin、血清甘油三酯(TG)和血清总胆固醇(TC)没有显著降低效果(P>0.05)；孕期游泳运动可显著增加OF子鼠出生后第14天的负向地性反射(P<0.05)、出生后21天记忆行为(P<0.05)和自主活动次数(P<0.05)；孕期游泳运动对断乳后OF子鼠体重、Lee指数、内脏脂肪垫体重比、内脏器官体重比没有显著降低效果(P>0.05)；孕期游泳运动对断乳后OF子鼠的血清leptin、FINS水平没有显著降低效果(P>0.05)。结果提示：孕期低强度游泳运动对OF大鼠神经反射、记忆行为和自主活动水平下降有一定的改善效果，但对断乳后OF子鼠体重编程作用没有显著改善效果。 第二部分孕期游泳运动对断乳后OF大鼠下丘脑弓状核NPY、POMC及LRb表达的影响 目的：探求孕期游泳运动能否对断乳后OF大鼠下丘脑弓状核食欲和能量调控产生影响。方法：本部分实验模型同上，断乳后从动物模型中按体重配比随机抽取获得本部分实验动物，孕期安静正常喂养断乳后对照组(CNC1，n=8)、孕期安静小窝喂养断乳后OF对照组(CSC1，n=8)和孕期游泳运动小窝喂养断乳后OF组(ESC1，n=8)。断乳后次日取材，采用原位杂交检测NPYmRNA、POMCmRNA和LRbmRNA表达；免疫组化技术检测下丘脑弓状核NPY和POMC蛋白表达：放射免疫法测定血清insulin、血清leptin；酶化学法检测血清血糖和血脂。结果：断乳后ESC1组大鼠的体重、Lee指数、内脏脂肪垫体重比、血清leptin、FIN、FBS、IGR、TG和TC与断乳后CSC1对照组OF大鼠相比没有显著降低(P>0.05)；CSC1对照组OF大鼠的下丘脑弓状核POMCmRNA和POMC蛋白阳性表达显著高于断乳后CNC1对照组(P<0.01和P<0.01)，而孕期游泳运动可进一步显著增加断乳后ESCI组OF大鼠下丘脑弓状核POMCmRNA和POMC阳性表达(P<0.01和P<0.01)；与CSC1对照组OF大鼠相比，孕期游泳运动对断乳后ESC1组OF大鼠下丘脑弓状核NPYmRNA和NPY蛋白表达升高没有显著影响(P>0.05和P>0.05)，对下丘脑弓状核LRbmRNA表达降低也没有显著影响(P>0.05)。结果提示：孕期运动可以进一步增强中枢对过度摄乳的抑制反应即POMC基因表达和蛋白合成增加，但是孕期游泳运动对断乳后OF大鼠体重编程作用没有显著预防效果。 第三部分早期游泳运动对幼龄OF大鼠体重编程作用的影响 目的：探求早期游泳运动能否对断乳后幼龄OF大鼠中枢食欲肽的表达、内脏脂肪积累、脂肪细胞凋亡具有长期的影响。方法：本部分实验模型同上，断乳后从动物模型中按体重配比随机抽取获得本部分实验分组，孕期安静断乳后7周安静对照组(CNC2，n=8)、孕期安静断乳后7周安静OF对照组(CSC2，n=8)、孕期游泳运动断乳后7周安静OF组(ESC2，n=8)、孕期结合断乳后7周游泳运动OF组(ESE1，n=8)和孕期游泳运动断乳后3周游泳运动结合4周安静OF组(ESE2，n=8)。7周递增游泳运动方案采用20min起，一周内递增到45min，然后每周递增15min，至第7周达到80min，每天运动一次，每周运动6天。10周龄末禁食，次日取材，分别采用免疫组化和原位杂交技术检测下丘脑弓状核NPY和POMC基因和蛋白表达，放射免疫法测定血清insulin、血清leptin；酶化学法检测血清血糖和血脂：流式细胞术检测腹后壁脂肪细胞凋亡指数和脂肪细胞数目；组织学HE染色检测脂肪细胞大小。结果：①体成分和摄食量：单纯孕期游泳运动ESC2组OF大鼠的体重、内脏脂肪垫重、内脏脂肪垫体重比和摄食量与CSC2对照组OF大鼠相比没有显著性降低(P>0.05)：孕期结合断乳后游泳运动ESE1组和ESE2组OF大鼠的体重(P<0.01和P<0.05)、内脏脂肪垫重(P<0.01和P<0.05)、内脏脂肪垫体重比(P<0.05和P<0.05)均显著低于CSC2对照组OF大鼠；ESE1组与ESE2组OF大鼠的体重、内脏脂肪垫量、内脏脂肪挚体重比和摄食量相比均无显著差异(P>0.05)。②血清指标：单纯孕期游泳运动ESC2组OF大鼠的血清学指标与CSC2安静对照组OF大鼠相比无显著性改善(P>0.05)；ESE1组OF大鼠的FINS、IGR、leptin和TG指标均显著低于CSC2安静对照组OF大鼠(P<0.05)；ESE2组OF大鼠的FINS、leptin和TG指标与ESE1组OF大鼠相比均无显著差异(P>0.05)。③食欲肽：与CSC2对照组OF大鼠相比，ESE1组和ESE2组OF大鼠下丘脑弓状核NPY和POMC蛋白阳性表达均显著升高(P<0.01)；ESE2组和ESE1组OF大鼠下丘脑弓状核NPY和POMC蛋白刚性表达水平不具有显著性差异(P>0.05)。④脂肪细胞指标：与CSC2安静对照组OF大鼠相比，断乳后ESE1组和ESE2组OF大鼠的腹后壁脂肪细胞凋亡指数显著升高(P<0.01和P<0.01)，而脂肪细胞数目则显著降低(P<0.01和P<0.01)，但脂肪细胞面积均无显著差异(P>0.05)；ESE2组OF大鼠的腹后壁脂肪细胞凋亡指数、细胞数目和细胞面积与ESE1组OF大鼠差异无显著性(P>0.05)。结果提示：单纯孕期游泳运动没有长期的降低OF大鼠内脏脂肪积累和改善体重编程作用的效果；孕期结合断乳后7周的早期游泳运动具有改善10周龄子代OF大鼠内脏脂肪积累和体重编程作用的效果；孕期结合断乳后3周游泳锻炼对OF大鼠内脏脂肪积累和体重编程作用改善效果可以保持4周不反弹。 全文结论：①低强度孕期游泳运动对哺乳期过度喂养诱发的OF大鼠过度摄乳、体重过度增加、内脏脂肪积累增加和糖脂代谢异常没有显著改善效果，但对子代OF大鼠出生后d14神经反射、d21记忆行为和d21自主活动的发育减缓具有改善作用，还具有进一步增强断乳后OF大鼠过度摄乳的中枢抑制反应即下丘脑弓状核POMCmRNA和POMC蛋白表达增加。②低强度孕期游泳运动对子代OF大鼠体重过度增加的编程作用无显著预防效果。这一效果的潜在机制是单纯孕期游泳运动子代OF大鼠的血insulin和leptin水平没有与下丘脑弓状核抑食欲肽POMCmRNA和POMC蛋白表达增加产生协同作用。③孕期结合幼龄期游泳运动对OF大鼠体重编程作用的改善效果具有持久性。这一效果的潜在机制是孕期结合断乳后3周游泳运动OF大鼠的血leptin水平与下丘脑弓状核POMC神经肽表达持续增加产生协同作用，并且还与内脏成熟脂肪细胞凋亡指数持续4周不下降和内脏成熟脂肪细胞数目无显著增加有关。④中枢肽-循环激素-脂肪细胞三者协同调控是早期游泳运动对OF大鼠体重编程作用具有持久的改善效果的关键。 本研究首次从“肥胖及其慢性代谢性疾病早期起源”的角度探究早期游泳运动对子代哺乳期小窝喂养OF大鼠体重编程作用影响的效果与机制，提出早期游泳运动对过度喂养型儿童肥胖后续运动防治具有有益的影响，为儿童超重/肥胖的运动防治理论与实践开辟了新的思路。

目录

文摘

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论文说明:缩略词表

声明

引 言

1 文献综述

1.1肥胖及其相关慢性代谢性疾病早期起源的证据

1.1.1肥胖早期起源的流行病学研究证据

1.1.2肥胖早期起源的动物实验研究证据

1.2肥胖及其相关慢性代谢性疾病早期起源的理论研究

1.2.1 印痕假说

1.2.2编程假说

1.2.3节俭基因假说和节俭表型假说

1.2.4预见性适应反应学说

1.3早期营养过剩编程作用机制研究

1.3.1 神经内分泌系统的适应性变化

1.3.2脂肪组织和脂肪细胞代谢的适应性改变

1.4运动在能量稳态和体重控制中的作用

1.4.1运动与安静代谢率

1.4.2运动与瘦素

1.4.3运动终止后对机体体脂积累和中枢神经肽表达的影响

1.5 问题的提出

2研究内容

2.1 研究一孕期游泳运动对OF子鼠发育和代谢水平的影响

2.1.1实验材料与方法

2.1.2实验结果

2.1.3讨论

2.1.4小结

2.2研究二 孕期游泳运动对断乳后OF大鼠下丘脑弓状核神经肽NPY、POMC及LRb表达的影响

2.2.1实验材料与方法

2.2.2实验结果

2.2.3讨论

2.2.4 小结

2.3研究三早期游泳运动对幼龄OF大鼠体重编程作用的影响

2.3.1实验材料与方法

2.3.2实验结果

2.3.3讨论

2.3.4小结

3全文总结

4研究展望

5参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果