OMEGAWAVE常壓高氧暴露對(duì)肥胖型糖尿病大鼠模型葡萄糖代謝的影響

研究概述

廣島大學(xué)醫(yī)科學(xué)研究所的Naoto Fujita團(tuán)隊(duì)在《Journal of Diabetes Research》上發(fā)表了一項(xiàng)題為“Hyperbaric Normoxia Improved Glucose Metabolism and Decreased Inflammation in Obese Diabetic Rat"的研究，探討了常壓高氧對(duì)肥胖型2型糖尿病大鼠的影響。

摘要

常壓高氧處理可改善與肥胖相關(guān)的2型糖尿病中的高血糖和高胰島素血癥，但其作用方式尚不清楚。本研究的目的是探討規(guī)律性的1.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（ATA）常壓高氧處理對(duì)肥胖型2型糖尿病大鼠葡萄糖耐受性的影響，重點(diǎn)關(guān)注脂肪組織和骨骼肌中的炎性細(xì)胞因子。研究使用Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty（OLETF）大鼠作為肥胖型2型糖尿病模型，Long-Evans Tokushima Otsuka（LETO）大鼠作為健康對(duì)照。大鼠被隨機(jī)分為未處理組和常壓高氧處理組，處理組接受1.3 ATA壓力、8小時(shí)/天、5天/周、持續(xù)16周的處理。結(jié)果顯示，糖尿病大鼠的血糖水平高于健康對(duì)照大鼠。然而，在接受1.3 ATA處理的糖尿病大鼠中，葡萄糖負(fù)荷后30分鐘和60分鐘的血糖水平低于未處理的糖尿病大鼠。處理組糖尿病大鼠空腹和葡萄糖負(fù)荷后120分鐘的胰島素水平也低于未處理組。常壓高氧處理還增加了骨骼肌中白細(xì)胞介素-10（IL-10）的表達(dá)，并降低了脂肪組織中腫瘤壞死因子α（TNFα）的表達(dá)。這些結(jié)果提示，常壓高氧處理的糖尿病大鼠體內(nèi)TNFα的下調(diào)和IL-10的上調(diào)參與了脂肪組織與骨骼肌之間的交互對(duì)話，并改善了葡萄糖耐受不良。

材料與儀器

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物：雄性OLETF大鼠（肥胖型2型糖尿病模型）、雄性LETO 大鼠（健康對(duì)照）、雄性Sprague-Dawley 大鼠（用于輔助實(shí)驗(yàn)）。

主要試劑與試劑盒：

血糖測(cè)定試劑盒、胰島素ELISA測(cè)定試劑盒、甘油三酯(TAG)測(cè)定試劑盒、游離脂肪酸(FFA)測(cè)定試劑盒 、TRIzol 試劑 、High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit 、TaqMan Gene Expression Assays 、PCR Fast Advanced Master Mix

主要儀器與設(shè)備：

常壓高氧暴露艙、分光光度計(jì)、酶標(biāo)儀、低溫高速離心機(jī)、分光光度計(jì)、實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀、低溫恒溫器、光學(xué)顯微鏡與圖像分析軟件、 Omegawave BOM-L1TRSF 近紅外組織血氧儀

Omegawave BOM-L1TRSF 近紅外組織血氧儀

實(shí)驗(yàn)過程

動(dòng)物分組與處理：將24周齡的OLETF糖尿病大鼠和LETO健康對(duì)照大鼠分別隨機(jī)分為未處理組（Diabetes組和Control組）和常壓高氧處理組（Diabetes HB組和Control HB組）。處理組大鼠從24周齡至40周齡，每天暴露于1.3 ATA的常壓高氧環(huán)境中8小時(shí)（模擬睡眠時(shí)間），每周5天，共持續(xù)16周。

口服葡萄糖耐受試驗(yàn)：在最后一次處理結(jié)束48小時(shí)后，所有大鼠禁食12小時(shí)，經(jīng)口灌胃葡萄糖（2 g/kg體重）。在灌胃前（空腹）、灌胃后30、60和120分鐘，從尾靜脈采血，測(cè)定血糖和胰島素濃度。

輔助實(shí)驗(yàn)：另取一組Sprague-Dawley大鼠，在1.3 ATA環(huán)境中暴露60分鐘，比較暴露前后的血糖變化，以評(píng)估常壓高氧處理的即時(shí)效應(yīng)。

組織取材：OGTT結(jié)束48小時(shí)后，處死大鼠，取附睪脂肪組織、跖肌和比目魚肌，稱重并凍存以備后續(xù)分析。

血液生化分析：使用空腹血漿樣本，通過分光光度法測(cè)定甘油三酯和游離脂肪酸濃度。

組織學(xué)分析：

對(duì)附睪脂肪組織進(jìn)行石蠟包埋、切片和蘇木精-伊紅染色，使用ImageJ軟件測(cè)量脂肪細(xì)胞直徑。

對(duì)跖肌和比目魚肌進(jìn)行冰凍切片和ATP酶染色，以區(qū)分肌纖維類型，并使用ImageJ測(cè)量主要類型肌纖維的橫截面積。

基因表達(dá)分析：使用TRIzol試劑從脂肪和肌肉組織中提取總RNA，反轉(zhuǎn)錄為cDNA后，通過實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)IL-6、TNFα、IL-1β和IL-10的mRNA表達(dá)水平，并以18S rRNA作為內(nèi)參進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)：另取一批36周齡的OLETF和LETO大鼠，在輕度麻醉下，將Omegawave BOM-L1TRSF 近紅外組織血氧儀探頭置于腓腸肌外側(cè)，監(jiān)測(cè)從常壓（1ATA）切換至1.3 ATA過程中，肌肉組織氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白、總血紅蛋白和組織氧飽和度的變化。

圖 2 采用近紅外光譜法（NIRS）測(cè)定的腓腸肌血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)時(shí)間變化曲線

A：氧合血紅蛋白（Oxy-Hb）濃度變化。B：脫氧血紅蛋白（Deoxy-Hb）濃度變化。C：總血紅蛋白（Total-Hb）濃度變化。

在拉長(zhǎng)收縮（LC）過程中，三組大鼠（LC 組：實(shí)線；LC + 加熱組：虛線；LC + 冰敷組：雙實(shí)線）的 Oxy-Hb（A）和 Total-Hb（C）均較基線水平升高（*P<0.05，與基線相比）。在熱療 / 冰敷及后續(xù)恢復(fù)階段，僅 LC + 加熱組的 Oxy-Hb 和 Total-Hb 持續(xù)維持在高于基線的水平（*P<0.05，與基線相比），且在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)高于 LC 組（bP<0.05）和 LC + 冰敷組（aP<0.05）。Deoxy-Hb（B）在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中無變化?？v坐標(biāo)：血紅蛋白濃度（μmol/L）；橫坐標(biāo)：實(shí)驗(yàn)進(jìn)程（LC 重復(fù)次數(shù)、熱療 / 冰敷時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

研究結(jié)果表明，規(guī)律性的1.3 ATA常壓高氧處理能夠在一定程度上改善肥胖型2型糖尿病大鼠的葡萄糖耐受性，表現(xiàn)為OGTT中部分時(shí)間點(diǎn)的血糖和胰島素水平低于未處理組。這種作用可能與脂肪組織中促炎因子TNFα表達(dá)的下降以及骨骼肌中抗炎因子IL-10表達(dá)的上升有關(guān)，提示常壓高氧處理可能通過調(diào)節(jié)脂肪-肌肉組織間的炎性狀態(tài)來影響糖代謝。但同時(shí)，該處理對(duì)肥胖、高脂血癥及骨骼肌質(zhì)量的減少未產(chǎn)生影響。

參考文獻(xiàn)

1.Osborn o,olefsky j m.the cellular and signaling networks linking the immune system and metabolism in disease[j].nature medicine,2012,18(3):363-374.

2.Hotamisligil g s.inflammation and metabolic disorders[j].nature,2006,444(7121):860-867.

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