有氧運動聯合二甲雙胍改善2型糖尿病大鼠胰島素抵抗及其對血清內脂素的影響

孫 焱，李立強，劉 勇，徐 倩，任仕廣，付 麗，段利濤，白 真

有氧運動聯合二甲雙胍改善2型糖尿病大鼠胰島素抵抗及其對血清內脂素的影響

孫 焱1，李立強1，劉 勇1，徐 倩1，任仕廣1，付 麗1，段利濤1，白 真2

（1.華東交通大學體育與健康學院江西省體質健康與運動干預重點實驗室，江西 南昌，330013；2.寧波大學體育學院，浙江 寧波，315211。）

目的：本研究旨在通過觀察6周有氧運動、二甲雙胍及其兩者聯合干預，對2型糖尿?。═2DM）大鼠胰島素抵抗的改善作用，及對血清內脂素（Visfatin）的影響，為有氧運動聯合二甲雙胍方案在2型糖尿病的治療中的效果，提供試驗依據。方法：選用8周齡SD雄性健康大鼠共計50只，隨機挑選10只大鼠為正常對照組（C組），用標準普通飼料進行喂養。剩余的40只大鼠進行T2DM動物模型塑造。造模成功后的大鼠隨機分為：糖尿病對照組（DM）、糖尿病運動組（DME）、糖尿病藥物組（DMM）、糖尿病藥物+運動組（DMME），進行6周的干預。6周后，檢測各組大鼠 TG、TC、FBG、FINS 和 Visfatin 的含量。結果：（1）與C組相比，DM組TC和TG水平均表現出極顯著升高（P＜0.01）；與DM組相比，DME組、DMM組、DMME組TC水平均顯著性降低（P＜0.05）；與DM組相比，DME組、DMM組、DMME組TG含量均呈下降趨勢，其中DMM組具有極顯著性差異（P＜0.01）。（2）與C組相比，DM組胰島素抵抗指數（HOMA-IR）顯著升高（P＜0.05）；與DM組相比，DME組、DMM組、DMME組胰島素抵抗指數均呈下降趨勢，其中以DME組、DMME組下降顯著（P＜0.05）。（3）與C組相比，DM組Visfatin水平極顯著升高（P＜0.01）；與DM組相比，DME組、DMM組、DMME組Visfatin水平均呈下降趨勢，其中以DMME組下降趨勢最為明顯，但無顯著性差異（P＞0.05）。結論：（1）有氧運動、二甲雙胍及二者聯合均能在一定程度上糾正T2DM大鼠糖脂代謝的紊亂，改善T2DM大鼠胰島素抵抗。（2）有氧運動、二甲雙胍二者聯合干預的效果有優于單一干預的趨勢。

2型糖尿??；內脂素；有氧運動；二甲雙胍；胰島素抵抗

隨著人民生活水平的不斷提高，經濟高速發展，物資極度豐富，極大的增強了人民群眾的幸福感和獲得感，但隨之而來的人們生活習慣和飲食結構的巨大變化卻也給國人帶來了新的健康問題。慢性代謝性疾病的發病率逐年上升，尤其是糖尿病。據最新流行病學調查數據顯示，中國大陸糖尿病患者總人數估計為1.298億，有大概50%的成年人血糖指數異常，而且糖尿病發病年齡有越來越年輕的趨勢[1]。糖尿病的高發現狀，給中國的公共衛生帶來了極大的負擔，成為了一個十分嚴重的公共衛生問題。

二甲雙胍作為一個經典的降糖藥，應用于臨床已有60余年歷史，是目前全球應用最廣泛的口服降糖藥之一，為全球防控糖尿病的核心藥物。二甲雙胍以其降糖效果好，副作用小，且價格便宜而成為2型糖尿?。═2DM）患者的首選降糖藥[2]。而運動作為目前提倡的控制血糖的“五駕馬車”之一，一直在防治T2DM中發揮著重要的作用。

本研究分別觀察二甲雙胍、有氧運動及二者聯合干預對T2DM大鼠模型的糖脂代謝和胰島素抵抗的改善，以及對血清內脂素（Visfatin）的影響，從而為有氧運動聯合二甲雙胍對T2DM的干預效果提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 實驗動物與飼養

8周齡Sprague-Dawley（SD）大鼠，雄性，50只，體重（200±20）g。購置于南昌大學醫學院動物研究中心。大鼠分籠飼養，每籠5只，自由飲食。室溫：25±5℃，濕度：50-60%。自然光照。適應性喂養1周。每天更換墊料、清洗籠具、飲水瓶，確?；\內干燥清潔。所用墊料為高壓滅菌，動物房內定期用紫外線燈照射消毒。

1.2 動物分組及T2DM造模

50 只SD大鼠隨機分為為正常對照組（N=10，C 組）、T2DM造模組（N=40，G組）。實驗進行之前稱體重、進行剪尾部采血測血糖。C組喂以普通嚙齒類動物普通飼料。G組喂以高糖高脂飼料（56.5%常規飼料、10%豬油、8%蛋黃粉、25%蔗糖、0.5%膽酸鈉加工制成）。

G 組大鼠高糖高脂持續喂養4周后，禁食12h，鏈脲佐菌素（STZ）（使用前將STZ粉末溶解在PH=4的0.1mmol/L 的檸檬酸鈉緩沖液內，30mg/kg，1次/天，每兩天一次，持續2次）注射于大鼠的左下腹腔內，一星期后測其血糖值，空腹血糖值≥16.7mmol/L則認定為T2DM大鼠，對照組注射同劑量的檸檬酸緩沖液。最終確定造模成功大鼠數量為37只。

造模成功的大鼠隨機分為4組：糖尿病對照組（DM組）；糖尿病運動組（DME組），進行有氧運動干預；糖尿病藥物組（DMM組），每天給與二甲雙胍；糖尿病藥物+運動組（DMME組），同時給予二甲雙胍和有氧運動干預。干預時間為6周。

1.3 運動方案

DME和DMME組大鼠采用跑臺作為運動方式。具體方案為：每天進行30min的跑臺運動，速度20m/min，6次/W，持續6周。

1.4 給藥方案

DMM和DMME組大鼠灌胃給予藥物二甲雙胍，200 mg/kg.d，早晚各一次、給藥6周。每日監控大鼠飲水量和進食量，每周根據大鼠體重變化調整一次藥物劑量。

1.5 取材方法

各組大鼠取材前禁食過夜，24h后取材。麻醉前，取尾靜脈血，測血糖值。大鼠腹腔注射20%烏拉坦進行麻醉（1mg/kg體重）。腹主動脈取血，離心（4℃，3000r/min，10min），吸取上清液，-40℃冰箱保存，待測各項指標。

1.6 指標測試

1.6.1 大鼠體重 高度精密電子天平（準確度為0.01g）測定。

1.6.2 血糖（FBG）羅氏活力型血糖儀測試。

1.6.3 胰島素（FINS）放射免疫分析法。（試劑盒購于南京森貝伽生物公司）

1.6.4 甘油三酯（TG）、總膽固醇（TC）全自動生化分析儀（Roche Modular DPP公司）

1.6.5 胰島素抵抗指數（HOMA-IR）HOMA-IR＝（空腹血糖×空腹胰島素）／22.5

1.6.6 內脂素（Visfatin）采取ELISA方法測定（試劑盒購于江蘇建成生物工程研究所）。

1.7 數據處理

2 結 果

2.1 試驗干預前、后各組大鼠TC、TG含量的變化情況

由表1可以看出，試驗干預前，與C組相比，其余各組實驗大鼠TC、TG的水平均極顯著高于C組（P＜0.01）。試驗干預后，與DM組相比，DME組、DMM組、DMEM組TC水平均呈顯著性降低（P＜0.05），TG水平只有DMM組極顯著下降（P＜0.01），其余各組TG水平都有下降趨勢，但未見顯著性差異。

表1 運試驗干預前、后各組大鼠TC、TG含量的變化情況（±s mmol / L）

*P＜0.05，**P＜0.01C group；#P＜0.05，##P＜0.01DM group

BI: Before Intervention, AI:After Intervention

2.2 試驗干預前、后各組大鼠空腹血糖值（FBG）、胰島素值（FINS）和胰島素抵抗指數（HOMA-IR）的變化情況

由表2可以看出，試驗干預前，與C組相比，其余各組的FBG和FINS值都極顯著升高（P＜0.01），HOMA-IR顯著升高（P＜0.05），且各組組間無差異。

干預后，與DM組相比，DME組、DMM組、DMME組的FBG均出現顯著下降（P＜0.05），其中DMME組較DME組、DMM組下降趨勢更明顯。但無顯著性差異（P＞0.05）。與DM組相比，DME組、DMM組及DMME組FINS水平均呈升高趨勢，其中DMM組、DMEM組具有顯著性差異（P＜0.05），DME組雖有升高趨勢但無顯著性差異（P＞0.05）。與DM組相比，DME組、DMM組、DMME組HOMA-IR均呈下降趨勢；其中以DME組、DMME組下降較顯著（P＜0.05），DMM組雖有下降趨勢但無顯著性差異（P＞0.05）。

表2 實驗干預前、后各組大鼠空腹血糖水平（FBG）、胰島素水平（FINS）和胰島素抵抗指數（HOMA-IR）的變化情況（±s）

*P＜0.05，**P＜0.01C group；#P＜0.05，##P＜0.01DM group

BI:Before Intervention, AI:After Intervention

2.3 各組大鼠試驗干預后血清內脂素（Visfatin）水平變化

由表3可知，試驗干預后與C組相比，DM組Visfatin水平極顯著升高（P＜0.01）；與DM組相比，DME組、DMM組、DMME組Visfatin水平均較DM組呈下降趨勢。但無顯著性差異（P＞0.05），其中以DMME組下降趨勢最明顯。

表3 各組大鼠試驗干預后血清內脂素（Visfatin）水平變化（±s）

*P＜0.05，**P＜0.01C group

3 討 論

3.1 有氧運動聯合二甲雙胍對2型糖尿病糖脂代謝及胰島素抵抗的改善作用

胰島素抵抗是2型糖尿病的主要病理機制。二甲雙胍可通過提高肌肉、脂肪組織對胰島素的敏感度，減輕胰島素抵抗，同時抑制肝葡萄糖的釋放，抑制肝臟糖異生及糖原分解，抑制腸道對葡萄糖的吸收來發揮降糖作用的[3]。因為二甲雙胍不需要最終通過胰島素來發揮作用，所以二甲雙胍單獨應用不會發生嚴重低血糖。

運動通過誘導糖脂代謝變化來改善T2DM的糖脂代謝紊亂。通過運動，骨骼肌增強對葡萄糖和脂肪酸的攝取和氧化，從而降低血脂和血糖水平[4-8]。研究表明，運動導致的骨骼肌脂肪酸和葡萄糖的攝取主要是通過骨骼肌細胞上跨膜蛋白FAT/CD36和GLUT4的易位增加來實現的[7]，這個過程是不須通過胰島素介導的。

本研究結果顯示，單獨口服二甲雙胍或有氧運動就能顯著改善2型糖尿病大鼠的糖脂代謝，降低血脂和血糖水平，降低胰島素抵抗指數。二者聯合，對血糖、血脂和胰島素抵抗指數有更好的改善趨勢，但這種趨勢并沒有統計學意義，這可能是因為干預周期相對較短，而運動對血糖、血脂的控制效果相對滯后，藥物和運動兩者的協同作用還未完全顯現的原因。延長干預周期，藥物+運動的效果可能會更加顯著。這種聯合干預顯示更好效果的趨勢也與前人的研究結果相一致[9,10]。這也提示，有氧運動和二甲雙胍在改善2型糖尿病大鼠的胰島素抵抗上可能存在協同效應，而且運動對胰島素抵抗改善效應可能需要長期的堅持。

有意思的是，最新研究發現，二甲雙胍可通過激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK），來改善肌肉、脂肪、肝臟的能量代謝[11-13]，而AMPK也是運動發揮代謝調節效應及適應的關鍵信號分子[14]。提示運動和二甲雙胍可能有著共同的信號轉導途徑，而AMPK作為運動和二甲雙胍共同的信號分子，由其介導的信號轉導通路可能是今后研究的熱點。

3.2 有氧運動聯合二甲雙胍對2型糖尿病血清內脂素（Visfatin）的影響

內脂素（Visfatin）是 Fukuhara 等于 2005 年利用PCR技術從人體內臟脂肪組織中分離出來的一種新的脂肪因子，它能與胰島素受體結合，起到類胰島素的作用，具有降血糖和降血脂的功能[15]。國內外大量研究表明；肥胖及2型糖尿病患者血清Visfatin水平高于健康人群[16]。目前大多數的觀點認為：肥胖和糖尿病人群血清Visfatin的升高是人體對持續高血糖狀態的一種代償機制。在胰島素敏感性下降，出現胰島素抵抗時，Visfatin以一種非胰島素依賴的機制，直接激活胰島素受體，啟動下游的信號轉導通路，發揮類胰島素的作用，代償性的起到降低血糖、血脂的作用，改善糖脂代謝。這種升高的Visfatin可以被看作是機體對胰島素功能缺陷的代償。

對于運動對Visfatin的影響，大部分的研究結果都支持有氧運動能顯著降低肥胖和糖尿病人群的Visfatin水平。Dong-il Seo等的研究顯示，12周的有氧運動+抗阻練習在顯著改善肥胖中年女性的糖脂代謝的同時，可顯著降低其血清Visfatin水平，他們認為，這種Visfatin水平的下降是由于運動導致的內臟脂肪含量下降引起的[17]。Alireza Moravveji等將36名BMI 大于 25 的健康久坐超重女大學生隨機分為運動組和對照組，運動組進行8周的有氧運動，發現與對照組相比運動組的血清Visfatin水平顯著下降[18]。

本研究結果顯示，2型糖尿病組大鼠（DM組）與健康對照組（D組）相比，血清內脂素水平極顯著增高（37.78±1.01ng/ml vs 21.10±0.57ng/ml），這與國內外大部分的研究結果相一致。而經過6周的干預，與糖尿病對照組（DM組）相比，無論是藥物干預組（DMM組）、運動干預組（DME組）還是運動聯合藥物干預組（DMME組），血清內脂素水平都有下降趨勢，且以DMME組下降趨勢最明顯。提示有氧運動、二甲雙胍或是二者聯合都可以降低內脂素的水平，但二者聯合干預的效果最佳。

4 小 結

有氧運動、二甲雙胍及二者聯合均能在不同程度上改善T2DM大鼠的糖脂代謝，提高胰島素敏感性，減輕胰島素抵抗，降低血清內脂素水平，二者聯合干預有效果更好的趨勢。然而這種聯合干預效果背后的機制仍不太清楚，有待進一步的研究。

[1] Li Y, Teng D, Shi X, et al .Prevalence of diabetes recorded in mainland China using 2018 diagnostic criteria from the American Diabetes Association: national cross sectional study[J]. BMJ. 2020, 369: m997.

[2] 中華醫學會糖尿病學分會. 中國2型糖尿病防治指南（2013年版）[J].中華內分泌代謝雜志，2014，30（10）：447～498.

[3] 王 慧，皇甫建，肖 瑞. 二甲雙胍降糖作用及降糖外作用的研究進展[J]. 醫學研究雜志，2018，47（04）：179～182.

[4] Mougios V. Exercise Biochemistry. Champaign, IL: Human Kinetics; 2020.

[5] Hayashi T, Wojtaszewski JF, Goodyear LJ. Exercise regulation of glucose transport in skeletal muscle[J]. Am J Physiol. 199, 273(06): E1039～E1051.

[6] Lundsgaard AM, Fritzen AM, Kiens B. Molecular regulation of fatty acid oxidation in skeletal muscle during aerobic exercise[J]. Trends Endocrinol Metab. 2018, 29(01): 18～30.

[7] Krook A, Bj?rnholm M, Galuska D, et al. Characterization of signal transduction and glucose transport in skeletal muscle from type 2 diabetic patients[J]. Diabetes. 2000, 49(02): 284～292.

[8] Kennedy JW, Hirshman MF, Gervino EV, et al. Acute exercise induces GLUT4 translocation in skeletal muscle of normal human subjects and subjects with type 2 diabetes[J]. Diabetes. 1999, 48(05): 1192～1197.

[9] Linden MA, Fletcher JA, Morris EM, 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(03): 300～310.

[10] Smith AC, Mullen KL, Junkin KA, 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(01): 172～181.

[11] Viollet B, Guigas B, Sanz Garcia N, et al. Cellular and molecular mechanisms of metformin: an overview[J]. Clinical science. 2012, 6: 253～70.

[12] Foretz M, Guigas B, Bertrand L, et al. Metformin: from mechanisms of action to therapies[J]. Cell metabolism. 2014, 6: 953～66.

[13] Coughlan KA, Valentine RJ, Ruderman NB, et al. AMPK activation: a therapeutic target for type 2 diabetes?[M]. Diabetes, metabolic syndrome and obesity : targets and therapy. 2014: 241～53.

[14] 張 潔，傅 力. AMPK在機體骨骼肌運動代謝適應方面的研究進展[J].生理科學進展. 2016，47（05）：391～394.

[15] Fukuhara A, Matsuda M, Nishizam M, et al. Visfatin: a protein secreted by visceral fat that mimics the effects of insulin[J]. Science. 2005, 307(5708): 426～430.

[16] 詹曉梅，邱珍艷，陳文鶴. 肥胖與2型糖尿病患者內脂素水平及運動干預效果評價[J].中國運動醫學雜志. 2012，31（07）：628～635+627.

[17] Dong-il Seo , Wi-Young So, Sung Ha, et al. Effects of 12 weeks of combined exercise training on visfatin and metabolic syndrome factors in obese middle-aged women[J]. J Sports Sci Med. 2011, 10(01): 222～226.

[18] Alireza Moravveji, Mansour Sayyah, Elham Shamsnia, et al. Comparing the prolonged effect of interval versus continuous aerobic exercise on blood inflammatory marker of Visfatin level and body mass index of sedentary overweigh/fat female college students[J]. AIMS Public Health. 2019, 6(04): 568～576.

Effects of Aerobic Exercise Combined with Metformin on Insulin Resistance in Type 2 Diabetic Rats and Its Effect on Serum Visfatin

SUN Yan1, LI Liqiang1, LIU Yong1, et al

(1.School of P.E and Health, East China Jiaotong University, Physical Health and Exercise Intervention Key Lab, Nanchang Jiangxi, 330013, China; 2.School of P.E, Ningbo University, Ningbo Zhejiang, 315211, China.)

Objective：The aim of this study was to observe the effects of 6 weeks aerobic exercise, metformin and their combined intervention on insulin resistance in type 2 diabetes mellitus (T2DM) rats and the effect of serum Visfatin, so as to provide experimental evidence for the effect of aerobic exercise combined with metformin in the treatment of type 2 diabetes. Methods: A total of 50 8-week-old SD male healthy rats were selected, and 10 rats were randomly selected as the normal control group (Group C). The remaining 40 rats were modeled as T2DM animal model.Rats after successful modeling were randomly divided into diabetic control group (DM), diabetic exercise group (DME), diabetic drug group (DMM), diabetic drug +exercise group (DMME) for 6 weeks' intervention.After 6 weeks, the contents of TG, TC, FBG, FINS and Visfatin were measured. Results: (1) Compared with group C, the levels of TC and TG in DM group increased significantly (P < 0.01); Compared with DM group, TC levels in DME group, DMM group and DMME group decreased significantly (P < 0.05); Compared with DM group, TG content in DME group, DMM group and DMME group decreased, and there was a very significant difference in DMM group (P < 0.01). (2) Compared with group C, HOMA-IR in DM group was significantly higher (P < 0.05); Compared with DM group, the HOMA-IR indexes of DME group, DMM group and DMEM group showed a downward trend.Among them, DME group and DMEM group decreased significantly (P < 0.05). (3) Compared with group C, the expression of Visfatin in DM group was significantly higher (P < 0.01); Compared with DM group, the Visfatin levels in DME group, DMM group and DMEM group showed a downward trend, especially in DMEM group, but there was no significant difference (P>0.05). Conclusions: (1) Aerobic exercise, metformin and their combination can correct the disorder of glucose and lipid metabolism and improve insulin resistance in T2DM rats to a certain extent. (2) The effect of combined intervention of aerobic exercise and metformin is better than that of single intervention.

Type 2 diabetes; Visfatin; Aerobic exercise; Metformin; Insulin resistance

G804.22

A

1007―6891（2024）01―0026―04

10.13932/j.cnki.sctykx.2024.01.06

2021-03-24

2022-04-27

國家社科基金資助項目（15BTY035）；江西省社科基金資助項目（19TY06）。

孫炎（1974-），男，博士，副教授，研究方向：體質健康，慢病的運動干預。