OMEGAWAVE常压高氧暴露对肥胖型糖尿病大鼠模型葡萄糖代谢的影响

生物医药 IF=3.4

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研究概述

广岛大学医科学研究所的Naoto Fujita团队在《Journal of Diabetes Research》上发表了一项题为“Hyperbaric Normoxia Improved Glucose Metabolism and Decreased Inflammation in Obese Diabetic Rat"的研究，探讨了常压高氧对肥胖型2型糖尿病大鼠的影响。

摘要

常压高氧处理可改善与肥胖相关的2型糖尿病中的高血糖和高胰岛素血症，但其作用方式尚不清楚。本研究的目的是探讨规律性的1.3个标准大气压（ATA）常压高氧处理对肥胖型2型糖尿病大鼠葡萄糖耐受性的影响，重点关注脂肪组织和骨骼肌中的炎性细胞因子。研究使用Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty（OLETF）大鼠作为肥胖型2型糖尿病模型，Long-Evans Tokushima Otsuka（LETO）大鼠作为健康对照。大鼠被随机分为未处理组和常压高氧处理组，处理组接受1.3 ATA压力、8小时/天、5天/周、持续16周的处理。结果显示，糖尿病大鼠的血糖水平高于健康对照大鼠。然而，在接受1.3 ATA处理的糖尿病大鼠中，葡萄糖负荷后30分钟和60分钟的血糖水平低于未处理的糖尿病大鼠。处理组糖尿病大鼠空腹和葡萄糖负荷后120分钟的胰岛素水平也低于未处理组。常压高氧处理还增加了骨骼肌中白细胞介素-10（IL-10）的表达，并降低了脂肪组织中肿瘤坏死因子α（TNFα）的表达。这些结果提示，常压高氧处理的糖尿病大鼠体内TNFα的下调和IL-10的上调参与了脂肪组织与骨骼肌之间的交互对话，并改善了葡萄糖耐受不良。

材料与仪器

实验动物：雄性OLETF大鼠（肥胖型2型糖尿病模型）、雄性LETO 大鼠（健康对照）、雄性Sprague-Dawley 大鼠（用于辅助实验）。

主要试剂与试剂盒：

血糖测定试剂盒、胰岛素ELISA测定试剂盒、甘油三酯(TAG)测定试剂盒、游离脂肪酸(FFA)测定试剂盒 、TRIzol 试剂 、High-Capacity cDNA Reverse Transcription Kit 、TaqMan Gene Expression Assays 、PCR Fast Advanced Master Mix

主要仪器与设备：

常压高氧暴露舱、分光光度计、酶标仪、低温高速离心机、分光光度计、实时荧光定量PCR仪、低温恒温器、光学显微镜与图像分析软件、 Omegawave BOM-L1TRSF 近红外组织血氧仪

Omegawave BOM-L1TRSF 近红外组织血氧仪

 实验过程

动物分组与处理：将24周龄的OLETF糖尿病大鼠和LETO健康对照大鼠分别随机分为未处理组（Diabetes组和Control组）和常压高氧处理组（Diabetes HB组和Control HB组）。处理组大鼠从24周龄至40周龄，每天暴露于1.3 ATA的常压高氧环境中8小时（模拟睡眠时间），每周5天，共持续16周。

口服葡萄糖耐受试验：在最后一次处理结束48小时后，所有大鼠禁食12小时，经口灌胃葡萄糖（2 g/kg体重）。在灌胃前（空腹）、灌胃后30、60和120分钟，从尾静脉采血，测定血糖和胰岛素浓度。

辅助实验：另取一组Sprague-Dawley大鼠，在1.3 ATA环境中暴露60分钟，比较暴露前后的血糖变化，以评估常压高氧处理的即时效应。

组织取材：OGTT结束48小时后，处死大鼠，取附睾脂肪组织、跖肌和比目鱼肌，称重并冻存以备后续分析。

血液生化分析：使用空腹血浆样本，通过分光光度法测定甘油三酯和游离脂肪酸浓度。

组织学分析：

对附睾脂肪组织进行石蜡包埋、切片和苏木精-伊红染色，使用ImageJ软件测量脂肪细胞直径。

对跖肌和比目鱼肌进行冰冻切片和ATP酶染色，以区分肌纤维类型，并使用ImageJ测量主要类型肌纤维的横截面积。

基因表达分析：使用TRIzol试剂从脂肪和肌肉组织中提取总RNA，反转录为cDNA后，通过实时定量PCR检测IL-6、TNFα、IL-1β和IL-10的mRNA表达水平，并以18S rRNA作为内参进行标准化。

血流动力学监测：另取一批36周龄的OLETF和LETO大鼠，在轻度麻醉下，将Omegawave BOM-L1TRSF 近红外组织血氧仪探头置于腓肠肌外侧，监测从常压（1ATA）切换至1.3 ATA过程中，肌肉组织氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、总血红蛋白和组织氧饱和度的变化。

图 2  采用近红外光谱法（NIRS）测定的腓肠肌血流动力学指标时间变化曲线

A：氧合血红蛋白（Oxy-Hb）浓度变化。B：脱氧血红蛋白（Deoxy-Hb）浓度变化。C：总血红蛋白（Total-Hb）浓度变化。

在拉长收缩（LC）过程中，三组大鼠（LC 组：实线；LC + 加热组：虚线；LC + 冰敷组：双实线）的 Oxy-Hb（A）和 Total-Hb（C）均较基线水平升高（*P<0.05，与基线相比）。在热疗 / 冰敷及后续恢复阶段，仅 LC + 加热组的 Oxy-Hb 和 Total-Hb 持续维持在高于基线的水平（*P<0.05，与基线相比），且在多个时间点高于 LC 组（bP<0.05）和 LC + 冰敷组（aP<0.05）。Deoxy-Hb（B）在整个实验过程中无变化。纵坐标：血红蛋白浓度（μmol/L）；横坐标：实验进程（LC 重复次数、热疗 / 冰敷时间、恢复时间）。

实验结论

研究结果表明，规律性的1.3 ATA常压高氧处理能够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，表现为OGTT中部分时间点的血糖和胰岛素水平低于未处理组。这种作用可能与脂肪组织中促炎因子TNFα表达的下降以及骨骼肌中抗炎因子IL-10表达的上升有关，提示常压高氧处理可能通过调节脂肪-肌肉组织间的炎性状态来影响糖代谢。但同时，该处理对肥胖、高脂血症及骨骼肌质量的减少未产生影响。

参考文献

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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