青年科学工作者论坛2010年第2期

粗杂粮对大鼠脂代谢紊乱干预作用的机制探讨

郭延波 翟成凯1王艳莉 张群 丁舟波 金鑫

东南大学公共卫生学院营养与食品卫生系，南京 210009

摘要: 目的 观察粗杂粮对大鼠脂代谢紊乱及其脂肪组织过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）mRNA表达水平的影响，探讨粗杂粮改善脂代谢紊乱的作用机制。方法 44只SPF级大鼠随机分为阴性对照组（给予常规饲料）和三个实验组（用高脂饲料6周），造模成功后分别给予高脂粗杂粮、高脂米面和高脂模型饲料共15周。结果 粗杂粮高脂组的血清总胆固醇（TC）、总甘油三酯（TG）、白细胞介素-6（IL-6）和C反应蛋白（CRP）显著低于高脂模型组（P<0.05），血清高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平显著高于高脂模型和米面高脂组（P<0.05），脂蛋白酯酶（LPL）和肝酯酶（HL）活性及肿瘤坏死因子（TNF-α）最接近阴性对照组水平；粗杂粮高脂组白色脂肪组织PPARγmRNA的表达水平明显高于高脂模型组和米面高脂组（P<0.05）。结论 本文条件下，复配式粗杂粮可以通过某些途径激活 PPARγ，促进脂肪细胞LPL和HL活性逐步恢复，使血脂水平下降；同时抑制和减少IL-6、TNF-α及CRP的产生，炎症反应减轻,脂代谢紊乱得到改善。

关键词：粗杂粮 PPARγ 膳食干预 脂代谢紊乱

中图分类号：R587.1  R332 文献标识码：A

Intervention of Coarse Cereals on lipid metabolism

in rats

Abstract: Objective To observe the effect of coarse cereals on improving the disorder of lipid  metabolism and the expression of PPARγ mRNA in white adipose tissue in rats to investigate the mechanism of coarse cereals on lipid metabolism disorder. Methods Forty four SPF rats were randomly divided into 4 groups: the negative control group was fed with normal diet and 3 experimental groups were fed with high-fat modeling diet for 6 weeks for model building .The 3 experimental groups, the coarse cereals group,rice-flour group and the hyperlipemia model group,were then fed with coarse cereals high-fat diet ,rice-flour high-diet and high-fat modeling diet respectively for another 15 weeks. Results Compared with the hyperlipemia modeling group, serum TG, TC,IL-6 and TNF-α in the coarse cereals group were declined significantly（P<0.05）, Serum HDL-C in coarse cereals group was higher than that in rice-flour group and hyperlipemia model group（P<0.05）,  LPL、HL and TNF-αin coarse cereal group were close to the negative control group.  Moreover, the expression of PPARγmRNA in white adipose tissue of the coarse cereals group was higher than other groups. Conclusion The Coarse cereals could activate PPARγ and enhance the activity of key enzymes in lipids metabolism, so as to reduce the level of TG relieve inflammation and improve lipid dysmetabolism eventually.

Keywords: Coarse cereals ;  PPARγ；Dietary intervention ; Disorder of lipid metabolism

我们的研究结果表明，粗杂粮能够显著改善实验大鼠的脂代谢紊乱^[1]，粗杂粮膳食干预可以有效的改善社区中老年人血脂异常，显著降低脂代谢人群TC、TG、LDL-C水平，增高HDL-C^[2--7]。然而粗杂粮改善血脂代谢紊乱的作用机制目前还不清楚。有研究表明脂质过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）是一类与脂肪形成、糖代谢、炎症及肿瘤发生等多种生物过程有关，具有复杂功能的核内受体转录因子^[8，9]，具有维持体内脂质水平稳定的功能。本文通过观察大鼠PPARγ、LPL、HL、IL-6、TNF-α、CRP 、TG、TC、

LDL-C、HDL-C的变化，探讨粗杂粮改善脂代谢紊乱的作用机制。

1. 材料与方法

1.1 动物与饲料

1.1.1 实验动物  SPF级近交系雄性SD大鼠44只，体重180g-200g，购自中国科学院上海实验动物中

心，动物生产许可证号：SCXK（沪）2003－0005，试验动物质量合格证号：0054886。各组饲料的配方见表1。

表1　 四组实验动物饲料配方的构成⁽¹⁾

Table 1 Dietary components of the four groups g/100g

组别	阴性对照组	粗杂粮组	米面组	高脂模型组
酪蛋白	23	18.5	18.5	18.5
玉米淀粉	29.5	0	0	27.3
蔗糖	31	0	0	28
纤维素	5	5	5	5
豆油	7	0	0	0
猪油	0	10	10	10
蛋黄粉	0	5	5	5
胆固醇	0	1.5	1.5	1.5
胆盐	0	0.2	0.2	0.2
混合矿物盐	3	3	3	3
混合维生素	1	1	1	1
DL-蛋氨酸	0.3	0.3	0.3	0.3
氯化胆碱	0.2	0.2	0.2	0.2
粳米	0	0	27.65	0
面粉（标准粉）	0	0	27.65	0
粗杂粮	0	55.3	0	0
供能（Kcal）	303	337	323	339

注： (1)各组饲料能量差异不超过四组平均值的10％；

阴性对照组供能比：蛋白质4.1%，脂肪20.8%，碳水化合物75.1%；

粗杂粮组供能比：蛋白质13.0%，脂肪36.5%，碳水化合物50.5%。

米面组供能比：蛋白质11.0%，脂肪37.3%，碳水化合物51.7%；

高脂模型组供能比：蛋白质4.7%，脂肪34.0%，碳水化合物61.3%；

1.1.2 受试样品  采用小麦、玉米、高粱、小米和黄豆等为原料,按预试验比例混合，磨成粉过60目筛制成复配式粗杂粮面粉；米面粉用粳米磨成粉，面粉为市售标准粉，二者按1：1混合成米面粉。

1.2 主要试剂

总胆固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白胆固醇、脂蛋白脂酶及肝脂酶等试剂盒等均购自南京建成生物工程研究所；肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6和CRP试剂盒购自北京科美东雅生物技术有限公司；RNA提取试剂TRIZOL( Biouniquer Technology )、半定量RT-PCR 试剂盒（Biouniquer Technology）、焦碳酸二乙酯（DEPC）、琼脂糖(Spain)、 溴化乙啶（EB）购自南京天为时代科技有限公司，逆转录酶AMV购自Promega 公司。

1.3 试验方法及检测指标

1.3.1 试验方法  受试大鼠适应性喂养一周后按体重随机分为阴性对照组、粗杂粮高脂组、米面高脂组和高脂模型组，每组11只，阴性对照组给予普通常规饲料, 其他三组给予高脂模型组饲料，连续6周。禁食12-14小时后晨间断尾取血。确定造模成功后，米面高脂组和粗杂粮高脂组大鼠分别饲以米面高脂饲料和粗杂粮高脂饲料，其余两组维持原饲料不变。每周称量大鼠体重及饲料消耗量，连续9周。动物禁食不禁水12 h，股动脉取血处死，3000rpm离心10分钟分离血清，-20℃冰箱保存，肾周脂肪组织贮存于-80℃冰箱备用。

1.3.2 检测指标及方法  Enzymatic-trinder法测定TC，甘油磷酸氧化酶法测定TG，胆固醇氧化酶法测定HDL-C，用Friede wald公式计算LDL-C，比色测定法测定HL 及L PL ^[10] ，放射免疫法测定TNF-α、IL-6。双抗夹心Elisa法测定CRP。

1.3.3 脂肪组织PPARγmRNA表达水平的测定：引物设计根据Genebank中β-actin 、PPARγmRNA的全序列及参考文献^[11]，并利用计算机辅助设计，由上海生工生物技术有限公司合成。

1.4 数据处理

采用SAS 8.0统计软件分析数据，数据以±S表示，采用one-way ANOVA 进行显著性检验，组间比较采用DUNNET-t检验，差异显著性设定为P＜0.05。

2. 结果

2.1粗杂粮对脂代谢紊乱大鼠血脂水平的影响

实验前，各组间TC、TG、HDL-C和LDL-C水平无显著性差异（P＞0.05），实验第15周，粗杂粮高脂组TC、TG、LDL-C水平显著低于高脂模型和米面高脂组（P＜0.05）；粗杂粮高脂组HDL-C水平显著高于高脂模型和米面高脂组（P＜0.05）。详见表2。

表2 粗杂粮对血脂水平的影响（±S）

Table_ 2 Effect of the coarse cereals on blood lipids of rates mmol/L

注：a 与阴性对照组相比 P＜0.05； b 与高脂模型组相比P＜0.05； c 与米面高脂组相比  P＜0.05

2．2 粗杂粮对脂代谢紊乱大鼠炎性因子的影响

实验前，各组TNF-α、IL-6、CRP水平无显著性差异（P＞0.05），实验第15周，高脂模型组大鼠IL-6、TNF-α、CRP水平显著高于阴性对照组（P＜0.05）；粗杂粮高脂组大鼠IL-6、CRP水平显著低于高脂模型和米面高脂组（P＜0.05），与阴性对照组最接近。见表3。

表3 粗杂粮对大鼠血清IL-6、TNF-α和CRP的影响（±S）

Table 3 Effect of coarse cereals on IL-6、TNF-α and CRPof rates（±S）

组别	动物数	IL-6（pg/ml）		TNF-α（ng/ml）		CRP(μg/mL)
		实验前	实验后	实验前	实验后	实验前	实验后
阴性对照组	11	32.65±7.80	72.62±17.92	0.84±0.48	1.36±0.43	199. 90 ±6. 25	203.74±7.44
粗杂粮高脂组	11	28.17±6.57	70.53±17.37bc	0.86±0.35	1.45±0.82	198. 30 ±5. 72	242.12±4.22b,c
米面高脂组	11	29.77±9.14	89.35±13.12a	0.85±0.30	1.75±0.37	202. 63 ±7. 03	288.41±6.17a
高脂模型组	11	31.47±10.79	99.92±10.39a	0.85±0.40	2.06±0.75a	200. 50 ±6. 88	327.69±4.22a

注：a 与阴性对照组相比 P＜0.05； b 与高脂模型组相比P＜0.05；  c 与米面高脂组相比 P＜0.05

2.3 粗杂粮对脂代谢紊乱大鼠LPL、HL的影响

LPL和HL的活性均呈现出阴性对照组最高，高脂模型组最低，粗杂粮高脂组与阴性对照组最接近.详见表4。

表4 粗杂粮对大鼠LPL和HL的影响（±S）

Table 4 Effect of coarse cereals on LPL and HL of rates（±S）

组别	动物数	LPL	HL（IU/ml）
阴性对照组	11	2.36±1.15	3.21±1.73
粗杂粮高脂组	11	2.11±1.40	2.74±0.92
米面高脂组	11	1.87±0.57	2.34±0.92
高脂模型组	11	1.68±0.71	2.25±1.42

2.4 脂代谢紊乱大鼠脂肪组织PPARγmRNA表达水平的比较

实验15周后各组大鼠白色脂肪组织PPARγmRNA表达水平不同，粗杂粮组PPARγmRNA的表达水平显著高于高脂模型和米面高脂组，阴性对照组大鼠PPARγmRNA表达水平最低。详见表5及图1

表5 粗杂粮对大鼠脂肪组织PPARγ表达的影响（±S）

Table 5  Effect of the coarse cereals on the expression of PPARγ in adipose tissue of rates（±S）

组别	动物数	PPARγ表达量
阴性对照组	11	0.05±0.03
粗杂粮高脂组	11	0.24±0.03ab c
米面高脂组	11	0.13±0.04 a
高脂模型组	11	0.09±0.02 a

注：a与阴性对照组相比P＜0.05；b与高脂模型组相比P＜0.05；c与米面高脂组相比P＜0.05

3. 讨论：

3.1.粗杂粮对脂代谢紊乱的改善作用

本文表2结果显示，与高脂模型组及米面高脂组相比较，粗杂粮高脂组TC、TG、LDL-C水平最低，HDL-C水平最高（P＜0.05），与阴性对照组最接近。与阴性对照组相比，高脂肪模型组TC、TG、LDL-C水平最高，HDL-C水平最低（P＜0.05）。米面高脂组与高脂模型组之间血脂水平无显著性差异，提示粗杂粮可降低脂代谢紊乱大鼠血脂水平，与我们以往的研究结果一致^[1]。

3.2 粗杂粮抑制炎症因子水平的升高

目前已经达成共识的是，脂代谢紊乱呈现出非典型的炎症反应，炎症因子与脂肪内分泌、氧化应

激、免疫系统相互作用，介导糖脂代谢紊乱的发生^[12]。本文表3结果显示，高脂模型组IL-6、TNF-α和CRP的水平最高，阴性对照组最低（P＜0.05）；粗杂粮组IL-6、TNF-α和CRP的水平较低，显著低于高脂模型组（P＜0.05），最接于阴性对照组。表明高脂膳食可以使体内炎症因子的水平升高，这与王艳莉等^[13]的研究结果一致。本文结果提示粗杂粮可以通过某些途径抑制炎症因子水平的升高，改善机体的炎症损伤。有研究表明激活的PPARγ可以通过促进白色脂肪细胞的分化，对激动蛋白-1(AP-1)、核因子-κB(NF-κB)、转录信号传感及激活因子1 (STAT1)的干涉，抑制大多数致炎反应基因的转录活性，减少单核细胞分泌IL-6、TNF-α及CRP等细胞因子^[14]，从而改善脂代谢紊乱。

3.3粗杂粮促进LPL和HL活性的恢复

LPL和HL的活性与脂肪代谢调控密切相关，是影响乳糜微粒(CM)和极低密度脂蛋白(VLDL)代谢的关键因子，LPL水平的异常低值被认为是高TG血症的原因之一^[15，16]。本文表4结果显示，高脂模型组LPL和HL活性最低，阴性对照组活性最高，粗杂粮高脂组LPL和HL活性高于高脂模型组，最接近于阴性对照组。提示高脂膳食干预可以抑制LPL和HL的活性，这与贾乙^[17]等的结果一致；而粗杂粮干预可以促进LPL和HL活性的恢复，促进体内脂质成分的分解。其可能的机制是粗杂粮促进了LPL和HL上游基因的表达。

近来的研究发现^[18]LPL的功能受PPAR-γ的调节，激活的PPARγ通过与类维甲酸受体（RXR）形成杂二聚体而诱导脂肪细胞中LPLmRNA表达。增加体内LPL的活性。

3.4 粗杂粮促进PPARγ的表达

本文表5和图1结果显示，阴性对照组PPARγmRNA表达水平最低，高脂模型组PPARγmRNA表达量高于阴性对照组，粗杂粮组PPARγmRNA表达水平显著高于高脂模型组和米面组及阴性对照组（P＜0.05），提示粗杂粮可以通过某些途径促进PPARγmRNA的表达。有研究发现来源于饮食和机体的代谢产物如长链脂肪酸尤其是多不饱和脂肪酸^[19],如亚油酸、花生四烯酸等可以作为配体与PPARγ结合激活其表达。本研究中复配式粗杂粮以富含多不饱和脂肪酸的黄豆、玉米、小麦、高粱和小米等制成，构成PPARγ的天然配体，与PPARγ结合促进其mRNA的表达。从而改善脂代谢紊乱。

3.5 复配式粗杂粮改善脂代谢紊乱的作用机制初探

高脂膳食干预可使SD大鼠LPL和HL等脂质代谢酶的活性降低，同时高脂膳食又导致了多种炎症因子如IL-6、TNF-α和CRP等的增加，而这些炎症因子又抑制了LPL的活性，使大鼠体内脂质代谢发生障碍，脂质成分不能充分代谢而堆积。此时机体可以通过代偿性反馈，使PPARγ表达增强促进体内脂质在脂肪细胞中的储存，表现为高脂模型组的PPARγ表达高于阴性对照组。但仅通过自身的代偿尚不能完全分解体内过多的脂质，最终发生脂代谢紊乱，表现为血清中TC、TG和LDL水平上升，HDL-C水平降低。

当给予粗杂粮干预后，复配式粗杂粮中的某些成份或其在体内的代谢产物可以作为PPARγ的配体激活PPARγ而促进其mRNA表达，随后通过两条途径改善脂代谢紊乱。首先PPARγ与 RXR 形成杂二聚体并与LPL基因的过氧化物酶体增殖物反应元件相结合，诱导脂肪细胞中LPLmRNA表达，使体内LPL含量升高，加速对脂肪的分解，使血浆甘油三酯水平下降。第二条途径是激活的PPARγ可以通过促进白色脂肪细胞的分化，对激动蛋白-1(AP-1)、核因子-κB(NF-κB)、转录信号传感及激活因子1 (STAT1)的干涉，抑制大多数致炎反应基因的转录活性，减少IL-6 、TNF-α及CRP等炎症因子的产生，同时炎症因子的减少又可以削弱对LPL活性的抑制。即在改善机体炎症损伤的同时恢复LPL的活性，最终起到双重改善脂代谢紊乱的作用。详细机制见图2。

由本文可知，复配式粗杂粮可以激活PPARγ改善脂代谢紊乱，但对复配式粗杂粮调控PPARγ表达的作用机制及其在体内的代谢过程有待进一步深入研究。

参考文献

1 陈晗,翟成凯,陈学芬,等.复配式粗杂粮改善脂代谢紊乱作用的实验研究[J].卫生研究,2007,36（3）:314-316

2 翟成凯,张静,翟玉明,等.复合式与单纯式营养干预效果的初步比较[J].卫生研究,2004,33（6）:719-721

3刘昊,翟成凯,姜玲,等.空腹血糖受损人群复合式营养干预效果评价[J].中国公共卫生,2006,22（4）:427-428

4 姜明霞,翟成凯,郭宝福,等.社区持续性复合式粗杂粮干预对慢性病的作用[J].现代预防医学,2007,34（5）:906-908

5 左辉,翟成凯,姜玲,等.β3-AR基因多态性与高血糖人群膳食干预效果[J].中国公共卫生,2005,21(7):807-809

6 陈学芬,翟成凯,姜 玲,等.血脂异常人群不同 LPL-PvuⅡ基因型对粗杂粮干预的敏感性[J].营养学报,2006,28(3):263-268

8王晓飞,翟成凯,周薇薇,等.中老年人膳食健康状况及干预效果分析[J].中国公共卫生,2008,24(5):570-572

8  BergerJP,Akivama TE,Meinke PT.[J].Trends Pharmacol Sci,2005,26(5):244-251.

9  Mcmahon GT,Plutzky J,Daher E,et al.[J].Diabetes Care,2005,28(5):1145-1150.

10 曲永洵.谈谈油脂的保健功能[J].中国油脂,2000,25(5):39-42.

11 李传保,卜培莉. 脂质过氧化物酶体增殖物激活受体在脂质方面的研究[J].国外医学内科学分册，2006，33（8）:350-353.

12 Ito H, Ohshima A, Tsuzuki M, et al. Association of serum tumor necrosis factor-alpha with serum  low-density lipoprotein-cholesterol and blood pressure in apparently healthy Japanese women [J]. ClinExp PharmacolPhysiol,2001,28:188-192.

13 王艳莉,翟成凯,陈晗,等.高脂饲料喂养大鼠诱导的脂代谢紊乱对糖代谢及炎症因子的影响[J].卫生研究2008,37,（2）：190-193

14 Ellegard L, Bosaeus I, Anderson H. Will recommended changes in fat and fiber intake affect cholesterol absorption and sterol excretion[J]. Anileostomy study. Eur J Clin Nutr, 2000, 54(4):306-313.

15  Frits H , Femke DB ,Arnoud VDL , et al . The hypolipidemic action of bezafi Bratet therapy in hypertriglyceridemia is mediated by upregulation of lipoprotein lipase : no effects on VLDL substrate affinity to lipolysis or LDL receptor binding[J ] . Atherosclerosis ,2000 ,153 (2) :363-371.

16 王绍欣,牟建军.脂蛋白脂酶与胰岛素抵抗[J].医学综述,2003,9(5):271-273

17 贾乙，李晓辉，张海港,等.持续性全身炎症抑制动脉粥样硬化大鼠LPL活性的研究[J].现代生物医学进展，2008，8（7）：1245—1247.

18 Ikeda Y,Takagi A ,Nakata Y, et al . Afamily2based study of hyperinsu2 linemia and hypertriglyceridemia in heterozygous lipo2 protein lipase deficiency[J ] . Clin Chim Acta ,2002 ,316 (1) :179-185.

19  HARINI SAMPATH , B SC, JAMES. Ployunsaturated fatty acid regulation of gene expression [J].Nutrition Reviews ,2004 ,62 :333 - 339.

---