镁对高脂高糖膳食诱导大鼠肥胖的影响及其机理探讨

                 作者：彭晓莉　吕晓华　李茂全 

【摘要】  　　探讨补镁对高脂高糖膳食诱导大鼠肥胖模型形成的影响及作用机制。方法 以雄性SD大鼠为实验对象，用高脂高糖诱导大鼠肥胖模型。将大鼠按体重随机分为6组：A组为普通饲料组、B组为低镁饲料组、C组为高脂高糖饲料组、D组为低剂量补镁组、E组为中剂量补镁组，F组为高剂量补镁组。第9周末处死动物，腹主动脉取血测血糖、血清TC、TG、HDL、VLDL，放射免疫法测血清胰岛素，免疫组织化学方法测定大鼠脂肪组织和骨骼肌肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和骨骼肌一氧化氮合酶(NOS)表达。结果 膳食中补充镁的大鼠体重、脂体比、脂肪细胞面积低于高脂高糖饲料组（P＜0.05），HDL、TC、TG、血糖和胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)与高脂高糖饲料组大鼠相比出现降低（P＜0.05），VLDL升高（P＜0.05），补镁大鼠骨骼肌TNF-α的表达，脂肪组织和骨骼肌NOS的表达降低（P＜0.05）。结论 在高脂高糖饲料诱导大鼠肥胖的同时补镁能有效预防肥胖的发生，改善脂代谢和胰岛素抵抗状态。镁可能通过对TNF-α和NOS表达的调节发挥作用。

【关键词】  镁；肥胖；胰岛素抵抗；肿瘤坏死因子-α；一氧化氮合酶

    Abstract：To explore the effect of Mg on the obesity in rats fed with high fat and sucrose diet.Methods SD rats were randomly divided into six groups and respectively fed with different diets.Obese rat model was induced by high fat and sucrose diet.At the end of experiment,the rats were sacrificed.The blood glucose,serum TC,TG,HDL,VLDL were measured respectively.The level of TNF-α and NOS were measured with immuno-chemistry technique.Results the body weight,the body-fat ratio,the adipocyte areas of Mg supplementation groups were lower significantly than group C(P＜0.05).HDL,TC,TG,VLDL,the blood glucose,HOMA-IR of Mg supplementation groups were lower,VLDL of Mg supplementation groups was higher significantly than group C(P＜0.05).TNF-α expression in skeletal muscle of Mg supplementation groups was decreased significantly than group C(P＜0.05).NOS expression in skeletal muscle and fat tissue of Mg supplementation groups was decreased significantly than group C(P＜0.05).Conclusion Mg can control the development of obesity,meliorate metabolism and insulin resistance,probably through regulating the level of TNF-α and the activity of NOS.

    Key words:magnesium;obesity;insulin resistance;tumor necrosis factor-α;nitric oxide synthase

     肥胖者需要比体重正常者更多的与物质能量代谢密切相关的矿物质和维生素，以缓解机体过高的能量代谢负荷，纠正机体糖、脂类及激素代谢紊乱，维持正常的物质代谢和能量代谢［1］。镁（Magnesium，Mg）是人体必需的常量元素之一，催化和激活体内300多种酶系，参与体内所有能量代谢过程，在能量的运输、贮存及利用过程中发挥重要作用。高脂血症、高血压、糖尿病、肥胖等患者可能因为机体镁消耗增多、胃肠道和肾的镁丢失等因素导致体机镁缺乏和低镁血症［2,3］。有报道补镁能改善蔗糖喂养大鼠的血压增高和胰岛素抵抗状态［4］，而补镁对肥胖的直接影响目前未见报道。本研究根据饮食诱导肥胖的特点和现有的高脂配方设计高脂高糖饲料，建立肥胖大鼠模型，同时在饲料中补充不同剂量的镁，观察补镁对高脂高糖饲料诱导大鼠肥胖的影响。

    1  材料与方法

    1.1  饲料配方

    普通饲料由华西实验动物中心提供。低镁饲料配方：100 g 普通饲料中含71%面粉、24%玉米蛋白粉、0.5%赖氨酸、0.5%蛋氨酸，其中镁的含量为420 mg/kg。低镁饲料配方：每100 g基础饲料加入21%蛋黄粉，8%猪油，8%蔗糖。普通饲料能量为15 010 kJ/kg，高脂饲料能量为17 330 kJ/kg。

    1.2  动物及分组

    刚断乳雄性Spraque-Dawley大鼠90只，体重60～80 g，由四川省医学院实验动物中心提供（实验动物许可证号（川）2004-16SCXK）。动物分笼饲养，自由摄食和饮用蒸馏水。按体重将动物随机分为6组，每组15只。普通饲料组以普通饲料喂养，低镁饲料组给予低镁饲料，高脂高糖饲料组给予高脂高糖饲料，低、中、高三个补镁剂量组分别给予含镁500 mg/kg、1 000 mg/kg、2 000 mg/kg的高脂饲料

    1.3  实验方法

    动物按体重分组，禁食12 h后取血，给予不同饲料，每周称体重一次。以高脂饲料组大鼠体重大于低镁饲料组，差异具有统计学意义（Ｐ＜0.05）为肥胖模型建立标准，结束实验。结束实验时，动物禁食12 h，急性放血处死，取血，分离血清，密封，－20℃冰箱保存。取附睾及肾周脂肪组织并称重，计为内脏脂肪组织重量。各大鼠均取后腿相同部位骨骼肌，称重。制备脂肪组织和骨骼肌的石蜡切片备用。

    1.4  主要试剂和仪器

    氧化镁，分析纯（纯度≥98.00%），成都科龙化工试剂厂。兔抗鼠多克隆TNF-α，武汉博士德生物工程有限公司产品。兔抗人多克隆eNOS，Santa Cruz Biotechology。兔抗人多克隆iNOS，Santa Cruz Biotechology。生物素化羊抗兔IgG，武汉博士德生物工程有限公司产品。显微照像系统，Leica公司。

    1.5  主要检测指标

    1.5.1  大鼠肥胖指标  体重、脂体比、脏器系数

    1.5.2  脂肪组织病理切片测定脂肪细胞大小  内脏脂肪组织经10%福尔马林浸泡、石蜡包埋后作病理切片，HE染色，光镜下观察组织形态，用Simple PCI图像分析软件测定内脏脂肪细胞面积。

    1.5.3  胰岛素抵抗相关指标  自动生化仪测定空腹血糖，放免法测定胰岛素。胰岛素抵抗指数（homeostasis model assessment-insulin resistance index，HOMA-IR）公式为：HOMA-IR＝空腹胰岛素×空腹血糖/22.5。

    1.5.4  血脂  自动生化仪检测血清总胆固醇（total cholesterol，TC）、甘油三脂（triglyceride，TG）、高密度脂蛋白（high-density lipoprotein，HDL）、极低密度脂蛋白（very low-density lipoprotein，VLDL）。

    1.5.5  免疫组织化学染色  脂肪组织和骨骼肌的石蜡切片进行免疫组织化学染色，细胞胞浆呈现棕色或棕色颗粒者为阳性，不显色者为阴性。以PBS代替一抗作为空白对照，其结果应为阴性。用图像分析软件Simple PCI对免疫组化染色片进行半定量分析，灰度值越低，表达越高。

    1.6  统计分析

    实验数据以±ＳＤ表示，用SPSS 10.0 for Windows统计软件统计分析，成组资料多重t检验及两组比较t检验比较组间差别。

    2  结果

    2.1  补镁对高脂高糖膳食喂养大鼠肥胖相关指标的影响    由表1可见，高脂高糖饲料组终重、增重、脂肪细胞面积高于低镁饲料组，差异具有统计学意义（Ｐ＜0.05）。实验结束时中剂量补镁组大鼠终重、增重、脂体比、脂肪细胞面积低于高脂高糖饲料组，差异具有统计学意义（Ｐ＜0.05）。高剂量补镁组终重、增重、脂体比低于高脂高糖饲料组，差异有统计学意义（Ｐ＜0.05）；低、中剂量补镁组脂肪细胞面积低于高脂高糖饲料组，差异有统计学意义（Ｐ＜0.05）。

    2.2补镁对高脂高糖膳食喂养大鼠血脂和胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）的影响    由表2可见，与低镁饲料组比较，高脂高糖饲料组大鼠血清TC、TG、VLDL水平升高，HDL水平降低，差异有统计学意义（Ｐ＜0.05），血糖、HOMA-IR增高，差异具有统计学意义（Ｐ＜0.05）。低、中剂量补镁组TC、TG水平低于高脂高糖饲料组，差异有统计学意义（Ｐ＜0.05）；中剂量补镁组VLDL、血糖、胰岛素水平、HOMA-IR低于高脂高糖饲料组，差异有统计学意义（Ｐ＜0.01）。高剂量补镁组血糖水平高于低镁饲料组，表1  补镁对高脂高糖膳食喂养大鼠肥胖的影响表2  补镁对高脂高糖膳食喂养大鼠血脂和IR的影响差异具有统计学意义（Ｐ＜0.01）。

    2.3  补镁对高脂高糖膳食 注：与低镁饲料组比较：aＰ＜0.05，bＰ＜0.01；与高脂高糖饲料组比较：cＰ＜0.05，dＰ＜0.01

    由表3可见，高脂高糖饲料组脂肪组织和骨骼肌TNF-α表达高于低镁饲料组，差异有统计学意义（Ｐ＜0.05），低剂量补镁组脂肪组TNF-α表达低于高脂高糖饲料组，差异有统计学意义（Ｐ＜0.05），补镁三个剂量组骨骼肌TNF-α表达低于高脂高糖饲料组，差异有统计学意义（Ｐ＜0.05）。骨骼肌TNF-α表达与膳食镁摄入量呈负相关（r=-0.604，P=0.001）。

    2.4  补镁对高脂高糖膳食喂养大鼠脂肪组织和骨骼肌一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）的影响    由表4可见，高脂高糖饲料组骨骼肌iNOS、eNOS表达高于低镁饲料组，差异具有统计学意义（Ｐ＜0.05）。中、高剂量补镁组骨骼肌iNOS、eNOS表达低于高脂高糖饲料组，差异具有统计学意义（Ｐ＜0.05）。补镁三个剂量组脂肪组织eNOS表达低于高脂高糖饲料组，差异具有统计学意义（Ｐ＜0.01）。脂肪组织eNOS表达与膳食镁摄入量呈负相关（r=-0.447，P=0.022），骨骼肌iNOS表达与膳食镁摄入量呈负相关（r=-0.418，P=0.023）。表4  补镁对高脂高糖膳食喂养大鼠脂肪组织和骨骼肌NOS的影响（灰度值）

    3  讨论

    3.1  补镁对高脂高糖膳食诱导大鼠肥胖和IR的影响    本实验高脂高糖饲料能引起大鼠肥胖，肥胖大鼠模型建立成功，补镁降低高脂高糖诱导下大鼠体重的增加、脂肪组织增生及脂肪细胞体积的增大，改善大鼠因高脂高糖膳食引起的脂代谢紊乱和IR抵抗状态。补镁对脂肪组织的作用可能与镁参与脂肪分解关键酶甘油三酯脂酶的激活，调控脂肪分解有关。膳食中补充镁可能使大鼠细胞内镁浓度升高，提高ATP活性、促进过多的甘油三酯降解成甘油和脂肪酸，从而提高能量代谢，促进脂肪分解，改善脂代谢。此外，镁在调节胰腺β细胞对葡萄糖刺激的反应中起着重要作用［3］，低镁状态下胰岛素激活酪氨酸激酶的能力出现降低［4］。镁的补充可以提高胰腺β细胞对葡萄糖刺激的反应性，增加酪氨酸激酶的活性，提高葡萄糖刺激胰岛素释放的生理效能和胰岛素作用于受体后的效应。镁还可通过增加丙酮酸酶、糖原合成酶等糖代谢关键酶的活性，提高糖代谢，改善IR。

    3.2  补镁对高脂高糖膳食诱导肥胖大鼠脂肪组织和骨骼肌TNF-α的影响    为了研究TNF-α在肥胖导致的胰岛素抵抗中的作用，Uysal利用无TNF-α编码功能的肥胖小鼠模型，对TNF-α缺乏和TNF-α正常的肥胖小鼠进行了研究，实验12周时TNF-α缺乏小鼠空腹胰岛素水平明显低于TNF-α正常小鼠，并且后者胰岛素水平是前者的4倍，TNF-α正常小鼠出现明显的IR［5］。TNF-α抑制胰岛素受体和胰岛素受体底物-1（IRS-1，insulin receptor substrate-1）的酪氨酸磷酸化［6］，促进IRS-1丝氨酸位点的磷酸化，将具有多种功能的船坞蛋白转变成胰岛素受体酪氨酸激酶的抑制物，阻碍胰岛素受体信号传递。Stephens观察在正常和胰岛素刺激两种状态下TNF-α对脂肪细胞IRS-1和葡萄糖转运子4（sugar transporter-4，GLUT-4）mRNA表达水平的影响，发现TNF-α作用后的脂肪细胞胰岛素刺激细胞葡萄糖摄取的能力显著下降，IRS-1及GLUT-4 mRNA表达水平下降分别高于80%和50%，出现明显IR［7］。本实验补镁降低骨骼肌TNF-α表达可能是镁促进胰岛素生理作用，改善肥胖相关IR的途径之一，镁抑制骨骼肌TNF-α表达的机制尚不清楚。

    3.3  补镁对高脂高糖膳食诱导肥胖大鼠脂肪组织和骨骼肌NOS的影响    NO是一种具有多种生物活性的小分子化合物，通过影响脂肪生成、胰岛素介导的葡萄糖摄入和脂肪分解参与脂肪组织的生物学功能。NOS是催化NO合成的关键酶，其活性变化直接调节NO生成量及其生物学效应。eNOS、iNOS是NOS的两种亚型，研究发现iNOS降低骨骼肌磷脂酰-3激酶和脂蛋白酶B的活性和骨骼肌细胞胰岛素受体-1的蛋白表达，促进肥胖相关的IR［8］，iNOS缺乏能改善高脂诱导的骨骼肌IR状态［9］。eNOS活性增强能使实验动物脂肪组织NO增多，局部影响脂肪组织的脂解作用［10］。NOS抑制剂L-NG-硝基精氨酸甲酯能降低实验动物食物摄入量，降低实验动物体重，控制实验动物肥胖生成［11］。本实验补镁对大鼠脂肪组织和骨骼肌总的作用是降低NOS的表达，减少NO的合成，类似NOS抑制剂的作用，即调节脂代谢，促进组织对胰岛素的利用，改善IR。镁对NOS的作用可能是镁调节肥胖相关病理变化的途径之一。

    从本次实验结果来看，补镁对高脂高糖诱导下大鼠的作用主要是促进其脂肪代谢、抑制脂肪组织和脂肪细胞的增生。TNF-α水平和NOS活性的降低表明镁预防大鼠肥胖的途径之一是通过调节脂肪细胞本身的生理活性来抑制脂肪组织和细胞增生，进一步证实脂肪组织在肥胖形成过程中起着积极的作用。

【】
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