跑台运动对不同性别1型糖尿病小鼠代谢和慢性神经炎症的影响

doi:10.12307/2024.804

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (35): 5577-5583.doi: 10.12307/2024.804

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跑台运动对不同性别1型糖尿病小鼠代谢和慢性神经炎症的影响

谢艳丽1，魏思昂2，3，张国栋1

山西农业大学，1体育部，2生命科学学院，山西省晋中市 030801；3复旦大学附属中山医院，上海市 200030

收稿日期:2023-10-30 接受日期:2023-12-26 出版日期:2024-12-18 发布日期:2024-03-15
通讯作者: 张国栋，博士，讲师，山西农业大学体育部，山西省晋中市 030801
作者简介:谢艳丽，女，1988年生，汉族，山东省聊城市人，2016年四川大学体育学院毕业，硕士，讲师，主要从事体育教育训练学研究。
基金资助:
山西省教育科学“十四五”规划课题(GH-220131)，项目负责人：谢艳丽；山西省省筹资金资助回国留学人员科研项目(2022-122)，项目负责人：张国栋

Effects of treadmill exercise on metabolism and chronic neuroinflammation in type 1 diabetes mice of different sexes

Xie Yanli1, Wei Siang2, 3, Zhang Guodong1

1Department of Sports, 2School of Life Sciences, Shanxi Agricultural University, Jinzhong 030801, Shanxi Province, China; 3Fudan University Affiliated Zhongshan Hospital, Shanghai 200030, China

Received:2023-10-30 Accepted:2023-12-26 Online:2024-12-18 Published:2024-03-15
Contact: Zhang Guodong, PhD, Lecturer, Department of Sports, Shanxi Agricultural University, Jinzhong 030801, Shanxi Province, China
About author:Xie Yanli, Master, Lecturer, Department of Sports, Shanxi Agricultural University, Jinzhong 030801, Shanxi Province, China
Supported by:
Shanxi Education Science “14th Five-Year Plan” Project, No. GH-220131 (to XYL); Shanxi Provincial Funding for Scientific Research Projects of Returned Overseas Students, No. 2022-122 (to ZGD)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

代谢：指生物体内的化学反应过程，包括物质的合成、分解和转化等。它是维持生物体生命活动所必需的，涉及能量的产生和利用、物质的吸收和消化、有害物质的排除等多个方面。
慢性神经炎症：是慢性退行性疾病和自身免疫性疾病产生的症状，由于神经组织长期受到炎症的影响，导致神经功能受损和持续的疼痛。这种炎症反应代表了一种高度复杂的生物程序，包括促炎和抗炎两个部分。促炎反应由细胞因子的多种可溶性因子的释放和随后的信号传导驱动，触发细胞活化，促进血管通透性并诱导白细胞募集、积聚和活化，而抗炎反应启动伤口愈合和用于恢复的再生过程。

背景：运动在糖尿病防治中已经得到广泛认可，有氧运动已经成为1型糖尿病治疗的重要组成部分之一，但是跑台运动对不同性别1型糖尿病代谢和慢性神经炎症的影响有待进一步探讨。

目的：研究跑台运动对不同性别1型糖尿病小鼠代谢和慢性神经炎症的影响。
方法：将40只C57BL/6小鼠按照性别分组为雄性组和雌性组，每组各20只，随后按照80 mg/kg连续注射链脲佐菌素3 d建立糖尿病小鼠模型。在雄性组和雌性组中各随机选取10只进行6周跑台运动设为糖尿病+运动组，另外10只设为糖尿病组。观察小鼠血清性激素、肝脏组织氧化应激、脑组织炎性因子、肝脏病理和Morris水迷宫检测行为学变化。

结果与结论：①与糖尿病组相比，糖尿病+运动组延缓1型糖尿病小鼠的血糖升高(P < 0.05)，血清促卵泡激素、促黄体生成素、肝脏超氧化物歧化酶、丙二醛、脑组织肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β水平明显下降(P < 0.01)，血清雌二醇、孕酮和雌激素和肝脏谷胱甘肽过氧化物酶蛋白显著升高(P < 0.01，P < 0.05)。②与雄性1型糖尿病小鼠相比，雌性1型糖尿病小鼠雌二醇水平显著较高，促黄体生成素水平较低(P < 0.05)。③与雄性糖尿病+运动组小鼠相比，雌性糖尿病+运动组小鼠肝脏谷胱甘肽过氧化物酶水平低(P < 0.05)。④与1型糖尿病组小鼠相比，运动训练小鼠的逃逸潜伏期持续更短(P < 0.01)；在雄性小鼠中，运动锻炼显著提升了1型糖尿病小鼠在目标象限所花的时间和平台穿越次数(P < 0.01或P < 0.05)，在雌性小鼠中，运动锻炼显著提升了1型糖尿病小鼠在目标象限所花的时间 (P < 0.05)。⑤相关性分析表明，促卵泡激素、促黄体生成素、孕酮和超氧化物歧化酶、丙二醛、肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β呈正相关(P < 0.05或P < 0.01)，而雌二醇、孕酮与超氧化物歧化酶、丙二醛、肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β呈负相关(P < 0.05或P < 0.01)。⑥上述结果证实，跑台运动对糖尿病小鼠代谢指标和慢性神经炎症调节的影响存在性别差异，性激素是跑台运动对糖尿病小鼠代谢、炎症和认知反应的一个重要变量。

https://orcid.org/0009-0005-9824-3223(张国栋)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 跑台运动, 1型糖尿病, 代谢, 慢性神经炎症, 性别差异, 氧化应激, 性激素, 水迷宫检测, 认知, 肝功能障碍

Abstract: BACKGROUND: Exercise has been widely recognized in the prevention and treatment of diabetes. Aerobic exercise has become an important part of the treatment of type 1 diabetes. However, the effect of treadmill exercise on the metabolism and chronic neuroinflammation of type 1 diabetes in different sexes needs further discussion.
OBJECTIVE: To study the effects of treadmill exercise on metabolism and chronic neuroinflammation in type 1 diabetes mice of different sexes.
METHODS: Forty C57BL/6 mice were divided into male group and female group, with 20 mice in each group. Then, a diabetes model was established by continuous injection of streptozotocin at 80 mg/kg for 3 days. Ten rats from each group were randomly selected to perform 6-week treadmill exercise as the diabetes+exercise group and another 10 rats from each group were selected as the diabetes group. Serum sex hormones, liver tissue oxidative stress, brain tissue inflammatory factors, and liver pathology were detected, and Morris water maze was performed for the observation of behavioral changes in mice.
RESULTS AND CONCLUSION: Compared with the diabetes group, the diabetes+exercise group delayed the rise of blood sugar in type 1 diabetes mice (P < 0.05) and showed a significant reduction in serum follicle-stimulating hormone, luteinizing hormone, liver superoxide dismutase, malondialdehyde, brain tumor necrosis factor α, interleukin-6 and interleukin-1β levels (P < 0.01), while serum estradiol, progesterone, estrogen, and liver glutathione peroxidase protein levels were significantly increased (P < 0.01, P < 0.05). Compared with male type 1 diabetes mice, female type 1 diabetes mice had significantly higher estradiol levels and lower luteinizing hormone levels (P < 0.05). Compared with the male diabetes+exercise group, the female diabetes+exercise group had lower liver glutathione peroxidase levels (P < 0.05). Compared with type 1 diabetes mice, the escape latency of exercise training mice was shorter (P < 0.01). In male mice, exercises significantly increased the time and platform crossing times of type 1 diabetes mice in the target quadrant (P < 0.01 or P < 0.05), while in female mice, exercises significantly increased the time of type 1 diabetes mice in the target quadrant (P < 0.05). Correlation analysis results showed that the levels of follicle-stimulating hormone, luteinizing hormone, progesterone, superoxide dismutase, malondialdehyde, tumor necrosis factor α, and interleukin-6 were positively correlated with the level of interleukin-1β (P < 0.05 or P < 0.01), whereas the levels of estradiol and progesterone were negatively correlated with the levels of superoxide dismutase, malondialdehyde, tumor necrosis factor α, interleukin-6 and interleukin-1β (P < 0.05 or P < 0.01). Overall, there are sex differences in the effects of treadmill exercise on metabolic indicators and chronic neuroinflammatory regulation in diabetes mice. Sex hormones are an important variable of treadmill exercise in the metabolic, inflammatory and cognitive responses in diabetes mice.

Key words: treadmill exercise, type 1 diabetes, metabolism, chronic neuroinflammation, sex difference, oxidative stress, sex hormone, Morris water maze, cognition, liver dysfunction

中图分类号:

谢艳丽, 魏思昂, 张国栋. 跑台运动对不同性别1型糖尿病小鼠代谢和慢性神经炎症的影响[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(35): 5577-5583.

Xie Yanli, Wei Siang, Zhang Guodong. Effects of treadmill exercise on metabolism and chronic neuroinflammation in type 1 diabetes mice of different sexes[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(35): 5577-5583.

图/表（结果） 7

2.1 实验动物数量分析实验共纳入小鼠40只，最终排除死亡和不符合血糖水平者，共纳入38只小鼠进入结果分析，其中雄性1型糖尿病组9只，雄性1型糖尿病+运动组10只，雌性1型糖尿病组9只，雌性1型糖尿病+运动组10只。
2.2 运动干预1型糖尿病的发展过程中，雄性和雌性小鼠的体质量和血糖水平的性别差异按性别和运动锻炼将小鼠分别分为雄性：1型糖尿病组和1型糖尿病+运动组，雌性：1型糖尿病组和1型糖尿病+运动组，从链脲佐菌素注射到小鼠运动训练整个实验周期为6周，如图1A所示。注射链脲佐菌素后，雄性和雌性小鼠的体质量均显著下降(P < 0.01)，在雄性小鼠中，与1型糖尿病组相比，1型糖尿病+运动组小鼠体质量几乎无差异；在雌性小鼠中，与1型糖尿病组相比，从第4周开始，1型糖尿病+运动小鼠体质量显著高于1型糖尿病组小鼠，见图1B。无论雄性还是雌性，1型糖尿病+运动组小鼠前期血糖均低于1型糖尿病组小鼠，后期血糖趋于一致，见图1C，D。

2.3 跑台运动对1型糖尿病小鼠肝脏病理学变化的影响 1型糖尿病组小鼠肝脏结构显示大量肝细胞结构弥散、细胞质出现囊泡，并伴随着混乱的肝索、扩张的肝窦和炎症细胞的浸润。与1型糖尿病组相比，1型糖尿病+运动组小鼠肝脏空泡变性明显减少，见图2。与雌性1型糖尿病小鼠和1型糖尿病+运动组小鼠相比，雄性小鼠肝脏空泡变性明显减少，见图2。

2.4 跑台运动对1型糖尿病小鼠性激素水平变化的影响与1型糖尿病小鼠相比， 1型糖尿病运动小鼠促卵泡激素、促黄体生成素和雌激素水平明显下降(P < 0.01)，雌二醇和孕酮水平明显升高 (P < 0.01，P < 0.05)；与雄性1型糖尿病小鼠相比，雌性1型糖尿病小鼠雌二醇水平显著较高，促黄体生成素水平较低(P < 0.05)，运动组雌性1型糖尿病小鼠性激素水平明显改善(P < 0.01，P < 0.05)，结果见表1。

2.5 跑台运动对1型糖尿病小鼠肝脏氧化应激水平影响结果见图3，在雄性和雌性小鼠中，与1型糖尿病组相比，1型糖尿病+运动组超氧化物歧化酶和丙二醛蛋白水平均显著降低(P < 0.05)，谷胱甘肽过氧化物酶蛋白显著升高(P < 0.05)。此外，雄性1型糖尿病小鼠肝脏超氧化物歧化酶和丙二醛的基线平均水平显著高于雌性小鼠，雄性1型糖尿病+运动组小鼠肝脏超氧化物歧化酶和丙二醛水平低于雌性小鼠；雄性1型糖尿病小鼠肝脏谷胱甘肽过氧化物酶蛋白低于雌性小鼠(P < 0.05)，雄性1型糖尿病+运动组小鼠肝脏谷胱甘肽过氧化物酶水平低于雌性小鼠(P < 0.05)。

2.6 跑台运动与1型糖尿病、性别对神经炎症指标的交互作用课题组研究了炎症细胞因子肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β在脑组织中的表达，以确定跑台运动是否促进神经炎症。在雄性小鼠中，运动显著降低了肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β的表达(P < 0.05)，在雌性小鼠中，运动显著降低了白细胞介素6和白细胞介素1β的表达(P < 0.05)，见图4。

2.7 不同性别1型糖尿病小鼠在跑台运动下学习记忆差异水迷宫空间探索实验结果见图5。与1型糖尿病组小鼠相比，运动训练小鼠(性别不限)的逃逸潜伏期持续更短(P < 0.01)；在雄性小鼠中，运动锻炼显著提升了1型糖尿病小鼠在目标象限所花的时间和平台穿越次数(P < 0.01或P < 0.05)，在雌性小鼠中，运动锻炼显著提升了1型糖尿病小鼠在目标象限所花的时间 (P < 0.05)，运动训练前后平台穿越次数差异性并不显著。

2.8 性激素与氧化应激和炎性因子相关性对运动1型糖尿病小鼠性激素水平与氧化应激(超氧化物歧化酶、丙二醛、谷胱甘肽过氧化物酶)和炎性因子(肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β)相关性分析表明，促卵泡激素、促黄体生成素、雌激素和超氧化物歧化酶、丙二醛、肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β呈正相关(P < 0.05或P < 0.01)，而雌二醇、孕酮与超氧化物歧化酶、丙二醛、肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β呈负相关(P < 0.05或P < 0.01)，见图6。

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引言

1型糖尿病严重威胁着儿童和青少年的健康[1]，随着全球发病率的不断上升，它已成为全球最严重的公共卫生问题之一[2-3]。近几十年来，中国儿童和青少年1型糖尿病的诊断和治疗，以及糖尿病自我管理教育和长期管理，都取得了很大的进展，但仍面临着严峻的挑战。值得注意的是，男性的1型糖尿病发病率相对高于女性[4]，具体原因尚不清楚。研究显示，女性患病后的长期预后相对较差，可能与性激素、肠道菌群和遗传变化有关[5-6]。然而，基于性别的1型糖尿病的发病机制仍未被完全了解。
慢性高血糖可引起多种并发症，导致多器官功能障碍[7]。肝脏在代谢中起着关键作用，据报道糖尿病中肝衰竭是糖尿病治疗主要原因[8]。糖原、脂质代谢的肝结构和功能紊乱与糖尿病性肝病有关，糖尿病患者往往伴随腹痛、肝酶升高、糖原沉积过多、炎症、纤维化、肝硬化、脂肪性肝炎和肝内胆道异常等症状，这些并发症的确切机制是复杂的[9-11]。然而，大量的证据表明，氧化应激在糖尿病并发症中起着重要作用[12]。在糖尿病期间发生的持续高血糖，将不可避免地导致活性氧的密集产生，从而导致氧化应激[13]。氧化应激可引起DNA、蛋白质和脂质的破坏，从而导致细胞损伤[14]。除了产生活性氧外，慢性高血糖还会损害包括肝脏在内的许多器官的过氧化氢防御系统酶，如过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶等[15-16]。所以，氧化剂和抗氧化剂防御之间的平衡紊乱可能引起炎症、细胞死亡和系统器官功能障碍。由于氧化还原状态是许多肝脏疾病的重要背景，恢复氧化还原平衡可以被认为是缓解氧化应激引起的糖尿病并发症的一种治疗策略。
神经炎症是导致认知障碍和神经退行性疾病的重要因素[17-19]。在患有1型糖尿病的成人中，认知功能下降是常见的，包括患痴呆症的风险更大[20]。先前研究显示患有1型糖尿病的儿童中也有认知障碍和大脑结构改变[21]。脑损伤长期以来被认为是儿童1型糖尿病的罕见后果，最近的数据表明，更微妙的脑损伤可能发生在1型糖尿病期间，并可能导致认知能力下降[22]。在世界范围内，儿童和青少年的糖尿病发病率正在逐年增加，20岁以下儿童和青少年的1型糖尿病发病率以每年2.3%的速度上升[23]。糖尿病的发病率表现为性别二型性，其特征是男性的发病率高于女性[24-25]。有趣的是，研究者发现在注射链脲佐菌素后，雄性小鼠比雌性小鼠表现出更典型的1型糖尿病症状，相对于雌性小鼠，雄性小鼠有更显著的血糖和病理变化。在该项研究中，课题组旨在探讨性别差异对链脲佐菌素诱导的1型糖尿病小鼠代谢和行为影响，并分析跑台运动对1型糖尿病小鼠代谢和行为的影响，阐明跑台运动在1型糖尿病性别二型性的作用机制。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验，单因素方差分析。
1.2 时间及地点实验于2023年6-12月在北京唯尚立德生物科技有限公司完成。
1.3 材料 SPF级6周龄C57BL/6小鼠40只(20只雌性，20只雄性)，由北京斯贝福生物科技有限公司提供。生产许可证编号：SCXK(京)2019-0010。所有小鼠均饲养在北京唯尚立德生物科技有限公司动物房，自由进食和饮水。所有小鼠饲养在温度(22±3) ℃，湿度40%-80%、明暗周期 12 h/12 h的环境中。实验方案经北京唯尚立德生物科技有限公司实验动物伦理委员会批准，批准号：VS212600885，批准时间：2023年5月。
1.4 实验方法

1.4.1 建模及分组小鼠适应性喂养 1 周后，将40只小鼠按照性别分组为：雄性组和雌性组，每组各20只；随后将雄性小鼠和雌性小鼠按照随机数字表分组方式随机各分为 2 组：糖尿病组和糖尿病+运动组，每组10只；利用柠檬酸(美国Sigma公司)和柠檬酸钠(美国Sigma公司)配置0.1 mol/L的柠檬酸缓冲液，将链脲佐菌素(美国Sigma公司)溶解于浓度为0.1 mol/L的柠檬酸钠缓冲液，配置成pH值为4.2-4.5，低温避光，现配现用。按照80 mg/kg连续注射链脲佐菌素3 d。于注射链脲佐菌素当天开始训练，运动方式采取电动跑步机上跑步，每天60 min，每周5次，15 m/min，倾斜10%。持续6周，干预时间固定为每天 15:00。

1.4.2 干预方案使用5S动物实验跑台(北京中西华大科技有限公司)对糖尿病+运动组小鼠进行跑台运动训练，每日60 min，每周5次，15 m/min，倾斜10%。跑步机的速度从10 m/min，10 min；12 m/min， 10 min和15 m/min，40 min开始分级。在锻炼过程中，小鼠通过轻柔的后腿刺激来奔跑，实验共计维持6周运动。
1.4.3 水迷宫实验在Morris水迷宫(Morris water maze，MWM)测试的前 1 d，将小鼠适应于水环境1 min。在直径140 cm、深度50 cm的圆形黑色水池中进行MWM测试。在水池的一个象限的中心放置了一个直径为10 cm的平台。在整个学习实验和视觉提示测试过程中，平台保持在相同的位置，并在探针测试过程中从池中移除。水温保持在22 ℃。在测试之前，允许小鼠适应新环境至少30 min。第1天是可见平台阶段，将平台设置在水面上方1 cm处，并用黑胶带标记，这样小鼠就可以使用局部视觉刺激来定位平台，而不是依靠空间的迷宫线索。第2-5天包括隐藏平台阶段，向水池中添加额外的水，将平台淹没到水面以下1 cm处。在第1-5天，最长游泳时间设置为90 s。如果小鼠在90 s之前找到平台，则立即将其从游泳池中移出；如果游泳90 s后没有找到平台，则将小鼠轻轻地引导到平台上，并允许其在从游泳池中取出之前再重新定向到远端视觉提示20 s。所有测试都在每天大致相同的时间进行，以最大限度地减少由于1 d中的时间而导致的性能变化。
1.4.4 苏木精-伊红染色水迷宫实验结束后小鼠麻醉后颈椎脱臼处死，取材肝脏组织采用40 g/L多聚甲醛(武汉塞维尔生物科技有限公司)固定，固定1 d后，组织经不同体积分数(75%，85%，95%，100%，100%)的乙醇溶液进行逐级脱水，包埋在石蜡中，切成5 μm切片，脱蜡，最后使用苏木精-伊红试剂盒(北京索莱宝科技有限公司)染色。苏木精伊红染色切片全景扫描，观察在光学显微镜(日本Olympos公司，×400)下不同组别肝脏组织的病理变化。
1.4.5 脑炎性因子、血清性激素和肝脏氧化应激指标表达检测采用酶联免疫吸附实验测定全脑匀浆中肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β蛋白表达水平；并测定小鼠血清促卵泡激素、促黄体生成素、雌激素、雌二醇、孕酮水平。使用比色法检测试剂盒评估肝匀浆中超氧化物歧化酶、丙二醛、谷胱甘肽过氧化物酶蛋白表达水平。其中肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β试剂盒购买于美国Sigma公司，超氧化物歧化酶、丙二醛、谷胱甘肽过氧化物酶、促卵泡激素、促黄体生成素、雌激素、雌二醇及孕酮试剂盒购买于上海酶联生物科技有限公司。实验步骤按照公司试剂盒说明书操作。
1.5 主要观察指标 ①小鼠的体质量；②不同时间节点的随机血糖；③小鼠血清促卵泡激素、促黄体生成素、雌激素、雌二醇及孕酮水平；④肝脏组织中超氧化物歧化酶、丙二醛及谷胱甘肽过氧化物酶蛋白表达水平；⑤脑组织肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β表达水平；⑥小鼠的认知能力；⑦小鼠肝脏病理变化。
1.6 统计学分析采用 SPSS 22.0软件(美国IBM公司)对实验数据进行统计学分析，符合正态分布的计量资料以x±s表示。所有实验结果使用GraphPad Prism 9.0软件(美国GraphPad Software公司)作图，多组间数据比较使用单因素方差分析和SNK多重比较检验，两组间数据比较采用t检验，P ≤ 0.05表示差异有显著性意义。使用R-3.5.1软件(https://www.r-project.org/about.html)ggplot2包绘制相关性图，分析1型糖尿病小鼠性激素水平与氧化应激和炎性因子相关性。文章统计学方法已经过山西农业大学体育部统计学专家审核。

讨论

糖尿病是一种终身慢性疾病[27]。1型糖尿病仅占糖尿病病例的大约10%，但是发生在生命早期，并且每年都变得更加普遍[28]。虽然肝脏是新陈代谢的中心器官，并且已经被认为在这种疾病中受到损伤，但是肝脏损伤和1型糖尿病的功能障碍还没有得到很好地解决。据报道，流行病学表明性别差异或对1型糖尿病的发生存在影响[29]。相关研究显示1型糖尿病在男性中略占优势，但是没有明确的证据表明1型糖尿病的患病率存在性别差异[30]。此外，旨在改善1型糖尿病的医学治疗已被证明可有效减少心血管并发症的数量，但是女性患者治疗效果不是特别理想[31]。因此，性别在1型糖尿病治疗中的作用应该值得关注。体育锻炼被认为是糖尿病管理预防并发症的基石[32-33]，但最近并没有明确证据表明1型糖尿病成年人的体育锻炼对血糖有益。跑台运动是一种很有前途的策略，可以改善血糖控制，但对于糖尿病患者的代谢和慢性神经炎症的影响研究不多。在这项研究中，在连续6周的跑台运动中，糖尿病小鼠的血糖上升程度显著减缓，并且在不同性别中均表现了积极意义，这与FULGHUM等[34]研究结果相同。课题组的研究还表明，在跑台运动干预后，1型糖尿病小鼠肝脏结构得到了改善，特别是雄性小鼠，肝脏组织超氧化物歧化酶和丙二醛蛋白水平均显著降低，谷胱甘肽过氧化物酶蛋白显著升高，运动显著降低了1型糖尿病小鼠炎性因子水平的表达。最主要的是，在相关性分析中发现性激素在肝脏氧化应激和组织脑炎性因子存在相关性，与促卵泡激素、促黄体生成素、睾酮和超氧化物歧化酶、丙二醛、肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β呈正相关，而与雌二醇、孕酮与超氧化物歧化酶、丙二醛、肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β呈负相关。因此，在1型糖尿病的治疗过程中，激素水平的调控变化可能是该研究与其他研究最大区别。
一般来说，大多数涉及啮齿动物的研究传统上都使用雄性小鼠，原因多种多样。在研究1型糖尿病的实验性小鼠研究中，链脲佐菌素注射策略采用单次高剂量注射链脲佐菌素或连续多次低剂量注射。在课题组的初步研究中，多次低剂量注射导致雄性和雌性小鼠均出现明显的高血糖，但是可以明显看到雌性血糖较雄性小鼠血糖的基线较低，这些可能是由于雌性小鼠本身雌激素水平较雄性较高，如雌二醇[35]。
性激素水平可以反映女性内分泌功能和稳态的变化[5]，雌二醇和孕酮是两种已知的女性性激素，其作用并不局限于参与生殖功能的组织。雌二醇由卵巢的卵泡分泌，主要功能是促使子宫内膜转变为增殖期和促进女性第二性征的发育[36]。越来越多的证据表明，雌二醇和孕酮影响全身各种组织的发育，包括中枢和外周神经系统[37]。在胰岛素缺乏和胰岛素抵抗的小鼠中，孕酮通过糖异生增加血糖，雌二醇和孕酮已被证明对许多神经退行性疾病提供神经保护[38]，但是雌二醇和孕酮诱导的神经保护的确切机制尚未确定。研究显示早期绝经过渡期的高雌激素阶段和晚期绝经过渡期的急性低雌激素阶段都可能在部分女性中引发抑郁情绪[39]。该研究显示，与1型糖尿病小鼠相比，1型糖尿病运动小鼠促卵泡激素、促黄体生成素和睾酮水平明显下降，雌二醇和孕酮水平明显升高；与雄性1型糖尿病小鼠相比，雌性1型糖尿病小鼠雌二醇水平显著较高、促黄体生成素水平较低，运动组雌性1型糖尿病小鼠性激素水平明显改善，这些雌性激素水平变化证实了这一点。但是，该研究是链脲佐菌素诱导的不同性别的糖尿病小鼠，这也为观察不同性别1型糖尿病小鼠的差异和治疗提供借鉴。
氧化应激是糖尿病代谢功能障碍发生的重要潜在机制之一，氧化应激反应的异常可导致糖尿病患者肝病高发病率的发生和进展[40]。丙二醛是脂质过氧化的毒性最终产物，是氧化应激的敏感标志物，负责细胞毒性作用和生殖细胞死亡。超氧化物歧化酶和谷胱甘肽是清除肝脏代谢过程中活性氧的主要酶，许多研究表明，内源性抗氧化酶如超氧化物歧化酶和谷胱甘肽可以将自由基或活性氧中间体转化为非自由基产物，这些酶在抗氧化防御中起着重要作用[41]。以往对糖尿病大鼠的研究表明，有氧运动可以改善雄性大鼠胰腺匀浆中的谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶水平，增强抗氧化酶的活性[42]。最近一项在链脲佐菌素诱导的1型糖尿病大鼠的研究显示，运动显著降低雄性糖尿病大鼠的肝脏超氧化物歧化酶，过氧化氢酶和谷胱甘肽相应增加[43]，这与该研究的结果一致。该研究同时观察了跑台运动对雌性1型糖尿病小鼠的肝脏氧化应激水平的变化，发现虽然跑台运动对不同性别的小鼠肝组织氧化应激能力均得到了改善，但是雌性1型糖尿病小鼠肝脏超氧化物歧化酶、丙二醛和谷胱甘肽指标的起始基线水平与雄性糖尿病不一致，这种不一致也可能是因为没有考虑性激素的表达，如雌激素。研究显示运动在调控糖尿病小鼠血糖的同时也改变了雌激素水平，这表明雌激素或在糖尿病的保护作用中起重要作用，这也可能是链脲佐菌素诱导雌性糖尿小鼠时间较长的原因。
葡萄糖代谢、肝功能和炎性细胞因子表达的改变被观察到为复杂的相互作用[44]。肿瘤坏死因子α是一种多功能促炎细胞因子，主要由巨噬细胞分泌，这种细胞因子参与多种生物过程的调节[45]，包括细胞增殖、分化、细胞凋亡、脂质代谢和凝血，其与多种疾病有关，包括自身免疫性疾病，如1型糖尿病[46]。白细胞介素6是参与疼痛的关键炎症细胞因子[47]。白细胞介素1β编码的蛋白质是白细胞介素 1 细胞因子家族的成员，这种细胞因子由活化的巨噬细胞作为前蛋白产生，通过半胱天冬酶1进行蛋白水解加工成其活性形式，编码的蛋白质在胸腺细胞增殖中发挥作用，并参与炎症反应[48-49]。该研究显示，在雄性小鼠中，运动显著降低了肿瘤坏死因子α、白细胞介素6和白细胞介素1β的表达，在雌性小鼠中，运动显著降低了白细胞介素6和白细胞介素1β的表达。对于炎性因子的调控过程中，跑台运动的改善效果可能对于雄性更有利，但是这需要更多的研究证实。
这项研究有一些限制，包括样本量小，课题组计划在后期的实验中重复这项研究并增加样本量。另一个限制是，课题组没有测试其他锻炼方式，如抗阻训练(爬梯或负重爬梯)，因此，这项研究仅适用于跑台运动，对于抗阻训练或者其他形式有氧运动有待进一步研究。课题组计划在未来的项目中研究替代运动方式，以继续了解运动如何影响肝脏代谢和慢性神经炎症的潜在影响。该研究的另一个限制是，虽然课题组发现了性激素水平与1型糖尿病小鼠的肝脏代谢和神经炎性因子有关，但没有统一控制小鼠基线激素水平。将来，重要的是研究当激素水平变化如何在不同的锻炼方式之间调控中参与作用。
综上所述，跑台训练可以改善不同性别1型糖尿病小鼠的肝脏代谢和慢性神经炎症的潜在影响，雄性小鼠比雌性小鼠更容易受到链脲佐菌素对体质量、炎症水平、代谢改变和学习认知的有害影响，而性激素水平在其中发挥重要作用。进一步的研究将需要阐明1型糖尿病风险的特定的潜在途径，特别是性别差异。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

跑台运动对不同性别1型糖尿病小鼠代谢和慢性神经炎症的影响

Effects of treadmill exercise on metabolism and chronic neuroinflammation in type 1 diabetes mice of different sexes

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