重复性“饥饿/再投喂”大鼠体重控制与能量平衡调节的初步研究
【摘要】 目的:经过重复性“饥饿/再投喂”摄食方式的处理，探讨大鼠有关体重调节的瘦素（leptin）、生长激素（GH）和甲状腺激素（T4）与肥胖发生机制的关系。方法:设计“重复性饥饿1 d/再投喂1 d，持续6 w”的饲喂（基础饲料和高脂饲料）处理动物模型，用放射免疫的方法测定血清中leptin、GH、T4的水平。结果:幼年大鼠血清leptin含量相对比成体低，隔天饲喂基础饲料组和高脂饲料组中大鼠体重减轻，而leptin水平明显高于对照组，且与体重明显呈负相关；幼年处理组GH比对照组略高，但成年大鼠处理组随着体重减轻，GH水平却有下降；幼年和成年处理组T4水平都有增加。结论:Leptin与神经内分泌系统组成一个双向闭合环路，leptin与GH、T4共同作用于下丘脑发挥体重调节功能。
【关键词】 能量平衡 大鼠 瘦素 甲状腺激素 生长激素 饥饿 再投喂
A primary study on controlling body weight and energy balance in repeated fasting/refeeding rats LIU Chong-bin, SHENTU Yang-ping, ZHANG Yu-Qing, et al. Department of Physiology, Wenzhou Medical College, Wenzhou 325035
Abstract: Objective:To explore the relationship among controlling body weight, energy balance and mechanisms of obesity associated with leptin, GH and T4 after repeating fasting/refeeding rats. Methods: A model of repeating fasting/refeeding rats (common feed and high fat feed) was designed, using irradiation immunity to determine the contents of leptin, GH and T4. Results: The level of leptin of young rats was lower than that of adult rats, the body weight of rats after repeating fasting/refeeding was lighter than that of the controls, but the level of leptin of serum was higher than that of the controls and it was obvious negative correlated with body weight. The growth hormone of serum was slightly higher in young rats than that in the contral group. but decreasing with the lowering of body weight in adult rats. The contents of T4 increaseed in young and adult rats. Conclusion: Two closed loop Leptin and neuroendocrinological system make up of a two-direction closed loop. Leptin, GH and T4 together effect on hypothalamus to play its functions for control body weight.
Key words: energy balance; rat; leptin; GH; T4; repeating fasting/refeeding
动物及人类的身体能量平衡与体重控制是环境因素和遗传因素相互作用的结果[1，2]。关于哺乳动物及人类的身体能量平衡调节，目前认为脂肪细胞分泌的信号分子瘦素（leptin）经循环系统运输到下丘脑发挥作用，通过降低食欲、提高交感神经系统兴奋性而控制体重[3，4]。后来发现肥胖人体内leptin往往还保持较高水平，说明该激素可能失去了对体重增长的调节能力，即产生了leptin抗性[5，6]。在肥胖患者中，leptin抗性发生的机制还未阐明，其中一些原因可能是leptin受体异常或者受体后信号转导分子异常以及其他的激素影响等所致[6，7]。由此表明，体重控制不是一个独立因子控制的，而可能是涉及下丘脑采食中枢和能量平衡调节中枢多种内分泌因子以及体内多种内分泌激素协同作用的结果。Kim和Scarpace[8]发现，经过重复性“禁食/再投喂”（饥饿1 d再投喂1 d，如此重复42 d）这种摄食方式的处理，能激活大鼠体内leptin调节能量平衡以控制体重这一调节系统, 但之后没有进一步的研究报道。
1 材料和方法
1.1 动物与分组处理 分别以清洁级幼鼠和性成熟SD大鼠为研究对象（温州医学院实验动物中心提供）。动物随机分组，每组6只，雌雄各半。在动物房对实验鼠进行“饥饿1 d后，再投喂1 d，重复性持续6 w”的饲喂处理（幼鼠和性成熟大鼠分别饲喂基础饲料或高脂、高能饲料），对照组每天饲喂一次基础饲料，持续6 w。幼鼠和成鼠分别使用同批繁殖的实验大鼠，以控制个体变异，提高结果的精度。对照组与实验组除进食条件不同外，其余生态因子（饮水、光照、温度、湿度、人为干扰等）均相同。
1.2 饲料配方 基础饲料：玉米粉24%，高粱粉15%，豆饼粉10%，豆粉5%，麦麸14%，鱼肝油1%，酵母1%（g/100 g）等。高脂饲料：以基础饲料补足100 g混成含10%猪油和1%的胆固醇的高能、高脂饲料，食用前一天配好，低温保存。动物自由饮食和饮水。
1.3 试剂盒和仪器 人生长激素（GH）放射免疫分析药盒、甲状腺素（T4）放射免疫分析药盒和瘦素（leptin）放射免疫分析药盒均购自北京北方生物技术研究所。放射免疫分析采用SN-695B型智能放免γ测量仪（上海核所日环光电仪器有限公司生产）。
1.4 实验方法 实验前，测量每组幼鼠和性成熟SD大鼠的体重和体长（从大鼠的鼻尖至肛门的长度）；实验结束后，同样测量每组大鼠体重和体长，并Lee指数即动物肥胖评定指数。计算公式：Lee =[体重（g）]1/3×1000/体长(cm）。禁食12 h后，用脲脂腹腔麻醉，分别从大鼠腹主动脉采取血样，室温下离心（2000 r/min，离心15 min）分离血清，冰冻保存。用放免的方法测定每组血清中leptin[9]、生长激素和甲状腺激素的水平。
1.5 统计学处理方法 运用SPSS软件包，两组之间比较采用t检验，多组之间比较采用方差分析，两组数据的相关分析采用变量相关分析。
2 结果
2.1 实验组和对照组的体重和Lee指数比较见表1。
2.2 实验组和对照组leptin、T4、GH水平比较
2.2.1 实验组和对照组leptin比较：总计各组时间点血清中leptin水平发现，幼体血清leptin含量（见图1）相对比成体（见图2）低；基础饲料组和高脂饲料组（隔天饲喂）中大鼠随着体重减轻（见表1），血清中leptin水平却都有增加（P<0.05）；高脂饲料组大鼠幼体和成体中，leptin水平明显高于对照组（P=0.000），其水平与体重明显负相关（r=0.489，P=0.000）。
2.2.2 实验组和对照组GH比较：对基础饲料组和高脂饲料组（隔天饲喂）大鼠幼体的研究中发现，GH水平与对照组略有增加（见图3，P>0.05）；而在基础饲料组和高脂饲料组（隔天饲喂）大鼠成体的研究中发现，GH水平随大鼠体重减轻而下降（见图4，P<0.05）。
2.2.3 实验组和对照组T4比较：对基础饲料组和高脂饲料组（隔天饲喂）大鼠幼体和成体的研究中发现，随大鼠体重减轻，T4水平增加（见图5和图6，P<0.05）。
3 讨论
不同的进食方式比如饥饿与再投喂对动物摄食与生长影响的研究已有较多报道。在动物及人的研究中均发现饥饿降低了血清中leptin水平，继饥饿后急性恢复进食（acute refeeding）后leptin水平又有所回升或恢复至对照水平[10～14]，这反映出leptin水平与身体能量调节有一定相关性。但在有些动物的研究中显示继饥饿之后一旦再得到食物后，动物可能会出现食欲显著增强、生长显著加快、体脂迅速积累（甚至超过正常对照组）的补偿生长现象[15～18]，尚不知leptin是否对这种恢复进食时出现的食欲加剧增强、过量进食以致于体重迅速上升等反弹现象缺乏调节作用。我们在对基础饲料组和高脂饲料组（饥饿1 d后，再投喂1 d，重复性持续6 w）中大鼠的幼体和成体研究中发现，大鼠的体重相对于对照组体重减轻（见表1），特别在隔天饲喂高脂饲料组中（P<0.01）。但血清中leptin水平却都有增加（P<0.05），其中高脂饲料组大鼠中，leptin水平明显高于对照组（见图1和图2，P=0.000），其水平与体重明显呈负相关（r=0.489, P=0.000）。我们推断，经过重复性饥饿1 d/再投喂1 d的饲喂处理后，机体可能激活了大鼠体内leptin，尤其很可能激活了leptin受体调节能量平衡以控制体重这一调节系统，使leptin水平升高，并发挥其对能量平衡的调节作用以控制机体的体重。
实验中我们还发现，大鼠幼体GH水平与对照组略有上升（见图3，P>0.05），这可能与幼体正在的生长有关。在对大鼠成体的研究中发现，基础饲料组和高脂饲料组（隔天饲喂）大鼠随着体重减轻，GH水平却下降（见图4，P<0.05）。GH的低分泌可能是由于生长激素释放激素（GHRH）释放降低，或者是由于下丘脑生长抑素（GHRIH）活性增强等原因导致。在小鼠与人体研究中证实GH能抑制leptin的产生[19]。但Ottosson等[20]在离体条件下观察GH对人体脂肪组织内脂蛋白酯酶（lipoprotein lipase，LPL）影响时发现，GH可有效抑制脂肪组织内脂蛋白酯酶活力的作用，从而有利于脂肪组织内脂肪分解。Leptin是脂肪蓄积的信号，也可能调节能量代谢方面与垂体-甲状腺轴相互作用。以前对动物的研究表明，leptin是鼠促甲状腺激素释放激素 (TRH) 的上调因子，肥胖者增加的leptin水平，可以增加TSH的产生[21]。我们对基础饲料组和高脂饲料组（隔天饲喂）大鼠幼体和成体的研究中发现，随着大鼠体重减轻，T4水平在增加（见图5和图6，P<0.05）。这说明甲状腺素对血清leptin的分泌起一定促进作用，甲状腺素和leptin共同参与机体的进食，体重和能量代谢调节。它们的调节机制可能是：甲状腺素通过影响体脂含量而调节血清leptin的水平，TSH与脂肪细胞膜上的受体结合后可直接发挥对leptin的调节作用，正常生理浓度的甲状腺素可能是leptin水平所必需的。
本研究结果表明，leptin与神经内分泌系统组成一个双向闭合环路，一方面它作用于下丘脑、胰腺、肾上腺、甲状腺、性腺等发挥调节功能，同时又受这些神经内分泌器官的负反馈调节，表现出许多重要功能。更多的实验从leptin在下丘脑中的受体及与激素的关系着手，可能对认识人类肥胖发生的机制及肥胖症的防治带来一些新的启示。
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