胰岛素抵抗指胰岛素的分泌量在正常水平时,刺激靶细胞摄取和利用葡萄糖的生理效应显著减弱,或是靶细胞维持摄取利用葡萄糖的正常生理效应需要超常量的胰岛素。它是2型糖尿病在发生发展过程中的重要特征,也是代谢综合征的关键环节,与肥胖、高脂血症、高血压和心血管疾病等密切相关。研究表明,脂肪组织与胰岛素抵抗有着密切的联系。肥胖导致脂肪细胞分化异常,细胞过度肥大,从而导致胰岛素抵抗的发生。脂肪组织分化异常还引起脂肪细胞的脂解过程不受胰岛素抑制,大量FFA从脂肪组织分泌到血液中,从而对其他组织器官的胰岛素敏感性造成影响。脂肪组织还能分泌抵抗素、炎性细胞因子等物质来调节机体的能量代谢,在胰岛素抵抗的发生发展过程中发挥重要作用。由此可以推断,脂肪细胞分化的正常化是改善胰岛素抵抗的关键。从运动对糖尿病的防治研究中可以发现,运动的确起到了改善胰岛素抵抗、预防和治疗糖尿病的功效。一些实验研究也已证实,脂肪组织可能是产生胰岛素抵抗的始动部位,那么脂肪细胞分化在运动改善胰岛素抵抗中是否起到连接作用?分化中哪些变化会对胰岛素抵抗产生影响?通过脂肪细胞分化在运动影响胰岛素抵抗中的变化可以进一步了解其内部机制。因此,本研究目的在于:探讨脂肪细胞分化的分子机制,分析脂肪细胞分化及其一系列形态和机能变化在胰岛素抵抗中的影响作用,进一步了解运动改善脂肪细胞分化异常和胰岛素抵抗的机理,为防治肥胖相关代谢综合征运动处方的制定提供必要的理论依据。本研究通过设计动物实验来探讨高脂膳食和运动训练对大鼠脂肪细胞分化和胰岛素抵抗的影响,并分析脂肪细胞分化变化在胰岛素抵抗形成中的作用机制。一方面在大鼠高脂膳食干预胰岛素抵抗模型形成过程中给予进行跑台训练,通过对比模型组和干预组的空腹血糖、血胰岛素含量、胰岛素敏感指数、抵抗指数等指标来判断跑台训练对胰岛素抵抗的改善效果,同时检测脂肪组织分化程度、脂肪组织分化标志转录因子PPARγ和C/EBPα的蛋白表达、脂肪细胞切片比较数量和体积等分化指标,并进行相关检验,探讨脂肪细胞分化在运动改善胰岛素抵抗中的作用机理;另一方面在大鼠模型形成中,选取不同阶段,检测不同时间跑台训练和高脂膳食干预大鼠脂肪组织分化各指标的变化情况,从而探讨不同干预因素对脂肪细胞分化的影响作用,进而初步了解脂肪细胞分化的阶段性变化规律,为脂肪细胞分化与胰岛素抵抗关系的阐明提供依据。第一部分8周跑台运动对高脂膳食大鼠脂肪细胞分化和胰岛素敏感性的影响Sprague-Dawley(SD)纯系雄性大鼠30只随机分为四组:对照组(C)10只,喂以普通饲料,不进行跑台训练;高脂组(H)10只,喂以高脂饲料,不进行跑台训练;高脂运动组(HE)10只,喂以高脂饲料,进行跑台训练(60min/d,跑速20 m/min,5d/w);运动组(E)10只,喂以普通饲料,进行跑台训练。8周末处死,对比各组的空腹血糖、血胰岛素含量、胰岛素敏感指数(ISI)、抵抗指数(HOMA-IR)等指标来判断跑台训练对胰岛素抵抗的改善效果,同时检测脂肪组织分化程度、脂肪组织分化标志转录因子PPARγ和C/EBPα的蛋白表达、脂肪细胞切片比较数量和体积等分化指标,结果如下:1、血清学指标:各组间血糖浓度无显著性差异(P>0.05);H组血清胰岛素浓度与C组和HE组相比均有升高趋势,但未达到显著性差异,E组低于C组、H组和HE组,差异均显著(分别为P<0.05、P<0.01、P<0.05,);H组ISI和HOMA-IR与C组比较均具有显著性差异(分别为P<0.01和P<0.05),H组的ISI低于HE组,E组高于C组和HE组,但均不具有显著性差异;HOMA-IR以H组最高,E组低于C组和HE组,不具有显著性差异。2、脂肪组织各蛋白表达:PPARγ:E组高于C组,差异具有显著性(P<0.01),显示运动可以促进PPARγ增加。H组高于C组,HE组较H组低,但均无统计学意义。C/EBPα:H组高于其他各组,差异具有高度显著性(P<0.01);E组高于C组,HE组低于H组,表明运动可以促进C/EBPα的增加。PI3K:E组高于C组,差异具有显著性(P<0.05);H组较各组都高,与C组、HE组相比差异均具有显著性(分别为P<0.01、P<0.05);E组较HE组高,但无统计学意义,总体显示运动可以促进PI3K表达。PKBser473:以H组最高,C组低于E组,各组间无显著性差异,表现趋势同PI3K。3、脂肪组织分化程度、增殖指数脂肪细胞分化程度:E组最高,且与其他各组相比差异具有显著性(P<0.01),HE组高于H组,H组略高于C组,但均无显著性差异。增殖指数:C组最高,与H组和E组相比具有显著性差异(分别为P<0.01和P<0.05);HE组高于H组和E组(P<0.05)。4、脂肪细胞形态学观察:E组脂肪细胞体积小于C组,差异具有显著性(P<0.01),细胞数量高于C组;H组细胞体积小于C组(P<0.01),数量也增加(P<0.01),提示高脂膳食对脂肪细胞的形态改变,但与运动的影响相比,还需结合其他指标来分析;HE组与H组相比脂肪细胞体积较大(P<0.01),且数量减少。5、大鼠脂肪组织ISI与各指标的相关性分析:ISI和HOMA-IR的r值达到-0.97。在胰岛素抵抗相关指标中,PI3K与ISI相关系数为0.50,而PKB仅为-0.04;而在脂肪细胞分化相关指标中,具有显著性差异的指标有内脏脂肪垫重量和内脏脂肪%,相关系数分别为-0.42和-0.39,脂肪分化程度、增殖指数、PPARγ、脂肪细胞的直径、面积、体积等指标与ISI的相关系数较低;C/EBPα与ISI相关性为中度相关,相关系数为-0.55;脂肪细胞数量与ISI呈现高度相关,相关系数为0.95。第二部分不同阶段运动与高脂喂养干预下大鼠脂肪细胞分化的相关变化Sprague-Dawley(SD)纯系雄性大鼠160只,分四个阶段进行实验(2、4、6、8周),每个阶段40只大鼠随机分为四组:对照组(C)10只,喂以普通饲料,不进行跑台训练;高脂组(H)10只,喂以高脂饲料,不进行跑台训练;高脂运动组(HE)10只,喂以高脂饲料,进行跑台训练;运动组(E)10只,喂以普通饲料,进行跑台训练。各阶段分别取材,检测血清TG、TC、FFA、HDL、LDL等指标、脂肪组织分化程度、脂肪组织分化标志转录因子PPARγ和C/EBPα的蛋白表达、脂肪细胞切片比较数量和体积等相关的分化指标,结果如下:1、大鼠各阶段内脏脂肪垫重量、相对重量:2周组C组和E组无显著性差异,H组高于HE组,差异具有显著性(P<0.05),H组高于C组,但无统计学差异;4周组H组高于C组(P<0.01),HE组低于H组, E组与C组间无差异,E组略低;6周运动组均低于其相应对照组(C vs E,P<0.05; H vs HE,P<0.01),C组高于H组,但无统计学意义;8周运动组运动低于其相应对照组(P<0.01),H组高于C组,差异具有高度显著性(P<0.01)。C组和E组随周数的延长均逐渐增加,而H组和HE组出现了先升高再降低后又急剧升高的趋势。2、血清学指标:H组的TC、TG、LDL、FFA均高于C组和HE组,在不同阶段分别表现非常显著和显著性差异(P<0.01和P<0.05),HDL出现升-降-升的趋势,在4周具有显著性差异(P<0.01);E组的除HDL、FFA外的各指标低于C组,但只有2周LDL表现显著性差异(P<0.01)。3、脂肪细胞分化能力:2、4、6周各组相比并无显著性差异,8周E组高于其他各组(P<0.05),HE组也有所提高,但无统计学意义。纵向比较来看,C组和H组均变化不大;HE组和E组均上升,以E组上升幅度较大(P<0.01)。4、脂肪组织增殖指数:2周各组增殖比例较高,但互相比较无显著差异,其中以H组最高,E组最低;4周时,E组高于C组,差异具有显著性(P<0.05),H组和HE、C组间无显著差异;6周各组相比无显著性差异,但E组仍较各组略高,HE组略低于H组;8周E组低于C组,差异具有显著性(P<0.05),HE高于H组,且差异具有显著性(P<0.05),H组低于C组,差异具有显著性(P<0.01)。从纵向比较来看,各组在2周都有较高的水平,4、6、8周明显下降,趋于平稳;下降最明显的是H组。5、脂肪组织蛋白表达PPARγ的变化:2周E组高于各组,与各组比较均有显著性差异(P<0.01),其他各组间无显著差异,HE组最低;4周时,各组间比较无显著性差异,但E组仍高于C组,HE组略高于H组,但无显著性差异;6周时,各组间比较仍无显著性差异,E组略高于C组,HE组较H组低;8周运动组均较其相应对照组高,E组与C组相比差异具有显著性(P<0.01)。从纵向比较来看,C组呈现逐渐上升趋势,到六周时又略有下降;H组和HE组均表现为逐步增加,且HE组的增幅较大;E组呈现先降低后升高的趋势。C/EBPα的变化:2周E组最高,且与各组比较具有高度显著性差异(P<0.01),C组最低,H组高于C组,但差异不具有显著性,HE组高于H组,差异具有显著性(P<0.05);4周各组相比并无显著性差异,E组高于C组, HE组低于H组,H组仍高于C组;6周,各组间相比仍无显著性差异,运动组均略高于其相应对照组,H组略低于C组;8周H组C/EBPα急剧增加,高于其他各组,与C组相比差异具有显著性(P<0.05),E组高于C组,HE组较H组略低。从纵向比较来看,C组呈现持续上升趋势,在8周达到最高;H组变化趋势与C组基本相同,但在6周时有所回落,到第8周出现急剧增加;E组普遍高于C组,但在2-6周基本处于下降趋势,到8周又有所回升,但未达到2周时水平;HE组与E组变化态势基本一致,但在第8周的急剧增加超过了2周时的水平。6、脂肪细胞形态学观察:2周E组的脂肪细胞体积最小,数量最多,与H组和HE组比较具有显著性差异(P<0.01),H组细胞体积高于C组,细胞数少,差异具有高度显著性(P<0.01),HE组细胞数量高于H组(P<0.01),细胞体积也大于H组,但差异不具有显著性;4周各组相比各项指标均无显著性差异,E组的细胞体积和数量均高于C组,HE组细胞体积大于H组,细胞数量小于H组,H组的细胞数量高于C组,细胞体积小于C组;6周H组的细胞数量和体积均高于C组,但差异不显著,运动组的细胞数量与体积均高于其相应对照组,E组的细胞数量和体积均大于HE组,其中数量比较差异具有显著性(P<0.05);8周时E组细胞体积小于C组(P<0.01),脂肪细胞数量大于C组,HE组体积大于H组,数量少,差异具有高度显著性(P<0.01);H组脂肪细胞数量高于C组,体积小于C组,差异均具有高度显著性(P<0.01)。纵向比较来看,C组细胞体积波动性升高的趋势,在8周达到最高;H组先下降后又稳步回升;E组在2-6周基本处于下降趋势,到8周又有所回升,但未达到2周时水平;HE组与E组变化态势基本一致,但在第8周的急剧增加超过了2周时的水平。结论1、8周的高脂膳食可以降低大鼠胰岛素敏感性,造成大鼠胰岛素抵抗的现象,其可能机制为:①增加大鼠体重和内脏脂肪重量;②降低细胞内脂肪合成,增加血清TG和TC;③过度增加脂肪细胞分化转录因子PPARγ和C/EBPα的表达,使脂肪细胞分化异常;④降低脂肪组织增殖能力,但使脂肪细胞数量积累到较大基数,为脂肪细胞体积增大做前期准备;⑤使血清FFA异常增加,可能加重其胰岛素抵抗。2、运动能够改善高脂膳食造成的胰岛素功能下降,可能的改善机制为:①降低大鼠体重和内脏脂肪重量;②增加细胞内脂肪合成,降低血清TG和TC;③增加脂肪细胞分化转录因子PPARγ和C/EBPα的表达,促进脂肪细胞分化能力增强;④提高脂肪组织增殖能力,增加脂肪细胞数量,减小脂肪细胞体积;⑤增加血清FFA,促进机体脂代谢。3、运动和高脂膳食的作用需要一定时间的积累,各指标变化在4周和6周出现拐点。