南京体育学院运动健康科学系 江苏南京 210014
摘要：目的：探讨运动及左旋肉碱对胆固醇代谢的影响。方法：46只C57BL/6小鼠喂食高脂饲料，建立营养性肥胖模型。建模成功后将小鼠随机分为对照组（C组）、运动组（E组）、左旋肉碱组（L组）和左旋肉碱加运动组（LE组）4组。6周后采集血液、肝脏组织，检测血清和肝脏中的胆固醇水平及胆固醇代谢关键基因脂蛋白脂酶（LPL）、载脂蛋白E（ApoE）、低密度脂蛋白受体（LDLR）、CD36的基因表达。结果：运动与左旋肉碱补充均使肥胖小鼠体重显著降低（P < 0.05），而运动跟肉碱同时处理效果更佳。运动显著增高了血清中胆固醇和低密度脂蛋白的含量（P < 0.05）。运动结合肉碱补充显著提高了高密度脂蛋白的含量（P < 0.05）。运动与肉碱同时处理均显著上调LPL、ApoE和CD36的基因表达（P < 0.05）。单纯运动补充能显著提高LPL和ApoE的表达，同时显著降低LDLR的表达。结论：运动结合左旋肉碱补充通过刺激LPL、ApoE和CD36的表达调节胆固醇的水平，运动主要通过LPL、ApoE和LDLR调节胆固醇代谢，而单纯左旋肉碱补充对胆固醇代谢没有显著影响。
关键词：运动；左旋肉碱；胆固醇代谢
Abstract：Objective：To investigate the effects of exercise and L-carnitine on cholesterol metabolism.Methods：To establish nutritional obesity model by fedding high-fat diets to 46 C57BL/6 mice.Obesity mice were randomly divided into 4 groups，the control group（C），the exercise group（E），fedding L-carnitine group（L）and exercise combined L-carnitine supplementation group（LE）． 6 weeks later，mice were killed，and blood，liver tissue were collected．Lipids in serum and cholesterol metabolism key enzymes Low density lipoprotein（LDL），Apolipoprotein E（ApoE），Low density lipoprotein receptor（LDLR）and CD36 in liver were tested．Results：The body weights were significantly low in 3 experiment groups（P < 0.05），especially in exercise combined L-carnitine supplementation group．Total cholesterol and Low density lipoprotein in serum were significantly increased in exercise group（P < 0.05）． High density lipoprotein（HDL）in serum was significantly increased in the exercise combined L-carnitine supplementation group（P < 0.05）.The expression of LDL，ApoE and CD36 were significantly up in the exercise combined L-carnitine supplementation group（P < 0.05）.Pure sports supplement can improve the expression of LPL and ApoE，at the same time significantly reduced LDLR expression.Conclusion：Exercise combined with L-carnitine supplementary may regulate cholesterol level by stimulation expression of LPL，ApoE and CD36．Movement mainly regulates cholesterol metabolism through the LPL，ApoE and LDLR.The pure L-carnitine supplement has no significant influence on cholesterol metabolism.
Key words：exercise；L-carnitine；Cholesterol metabolism
随着经济的发展，生活压力的增加，人们运动的时间越来越少，加之高糖、高脂食品的增多，导致超重人群的比例日益升高。肝脏作为脂代谢的主要器官，在脂类的消化、吸收、分解、合成及运输等代谢过程中均起重要作用。肝脏是合成脂肪酸和脂肪的主要场所，还是人体中合成胆固醇最旺盛的器官。肝脏合成的胆固醇是血浆胆固醇的主要来源。左旋肉碱通过促进脂肪酸进入线粒体氧化分解，提高血液中高密度脂蛋白水平[1]。
左旋肉碱（L-Carnitine），L-肉碱，别称L-肉毒碱、化学名称β-羟基γ-三甲铵丁酸，于1905被俄国人Gulewitsch和Krimberg从肉类提取物中发现，自此大量科学家对其进行了深入的研究。左旋肉碱的主要功能是以脂酰肉碱的形式，作为长链脂肪酸的载体，将其转运至线粒体膜内，从而促进脂肪酸的β-氧化[2-3]。研究发现，补充L-肉碱时，如果缺氧，就会降低碳水化合物的转化率[4]；同样，在脂肪酸氧化的过程中，如果体内缺少左旋肉碱，脂肪酸就会积聚在细胞膜的表面并对细胞产生毒副作用[5]，同时，脂肪酸也不能有效的转化为机体所需的能量，实验室检查表现为血浆游离脂肪酸和甘油三酯的血浆含量的增加[6]。脂代谢主要包括甘油三酯代谢、磷脂代谢、胆固醇代谢等。目前，关于大量的研究集中在左旋肉碱对脂肪酸代谢的影响，对胆固醇代谢影响的研究较少。
胆固醇是人体必需的化合物，对生命活动至关重要。然而，胆固醇代谢异常会增加心血管疾病的发生，胆固醇过高则会引起动脉粥样硬化、血脂升高、冠心病和其他代谢性疾病。在胆固醇的代谢过程中许多因子参与其中。LPL是脂质代谢的关键酶，主要通过水解乳糜微粒和极低密度脂蛋白中的甘油三酯，产生可供组织利用的脂肪酸和单酰甘油[7]。动物实验研究发现，LPL与肌内脂肪酸、脂肪含量有密切关系[8]。ApoE在多种脂蛋白颗粒中存在，主要由肝脏合成，是正常人体血浆脂蛋白中重要的组成部分[9]。孙红霞等发现，ApoE对血液中TC及LDL-C水平有重要的影响[10]。LDLR主要通过摄取胆固醇进入细胞内，调节体内胆固醇代谢[11]。并且通过与载脂蛋白B100的结合，调节血载脂蛋白E浆总胆固醇的浓度，从而调节体内胆固醇的平衡[12]。CD36作为一种清道夫受体，在脂质代谢中发挥重要作用，可促进特定脂质分子的摄取[13]。动物实验发现，CD36在脂肪酸、胆固醇的吸收过程中发挥重要作用[14]。
本实验旨在观察补充左旋肉碱结合有氧运动对肥胖小鼠肝脏胆固醇代谢的影响。从分子水平探讨探讨其中机制，为合理地运用营养补充手段及运动调节胆固醇代谢提供更多实验依据，并为肥胖人群通过运动调节胆固醇，减少高血压、高血脂、动脉粥样硬化等疾病的发生概率提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
4周龄雄性c57BL／6小鼠46只，体重18～22g，购自南京医科大学实验动物中心。总胆固醇（Tch）和总甘油三酯（TG）测定试剂盒，低密度脂蛋白胆固醇（LDL）试剂盒，高密度脂蛋白胆固醇（HDL）试剂盒，均购自南京建成生物工程研究所。Trizol试剂盒，购自上海英杰生物工程有限公司；反转录酶（M—MLV）、实时荧光定量PCR master mix（TaKaRa）、RNA酶抑制剂，购自上海皓佳生物工程有限公司；随机引物，购自南京生兴生物有限公司；目的基因引物由上海英骏生物技术有限公司合成。BCA总蛋白测定试剂盒，购自碧云天生物技术有限公司。
1.2 方法
1.2.1 动物分组及处理
随机选取10只小鼠喂养普通饲料，另外36只喂食高脂饲料，建立营养性肥胖模型。实验期间小鼠自由活动，自由进食和饮水，自然采光。建模成功后将小鼠随机分为对照组（C组）、运动组（E组）、左旋肉碱组（L组）和运动加左旋肉碱组（LE组）4组，每组9只。动物分笼饲养，每笼1只，自由进食饮水，自然采光，室温，相对湿度控制在40％一60％。E组和E+L组的运动采用为期6周的游泳训练，1次／天，60分／次，5天／周。实验组采L组和E+L组小鼠每次在训练前1小时饲喂含L-carnitine的自制鼠粮，剂量为500 m/kg·Bw。最后一次游泳训练，称重，训练后，吹干被毛，处死取样。
1.2.2 血清中TG、Tch、HDL、LDL的测定
按照试剂盒说明书测定小鼠血清中TG、Tch、HDL、LDL的水平。
1.2.3 肝脏胆固醇代谢的相关基因检测
用Trizol试剂盒提取肝脏总RNA，并对对所有样品的RNA进行RT，获得各样品RNA的cDNA（RT产物），RT产物保存在一20℃用于PCR检测。选择ACTIN作内参和目的基因根据GenBank上小鼠的相关cDNA序列设计，由上海英骏生物技术有限公司合成。
试验采用实时荧光定量PCR（Real time quantitative PCR）对目的基因的表达进行相对定量，用2一△△CT法对有效性数据进行统计分析，以相当于对照（calibrator）的倍数做图。△△CT表示目标基因与选择ACTIN为内标基因的Ct差值和以对照组的目标基因和内标基因Ct差值的平均值为参照，x表示任意一个样本，公式如下：
△△CT=（CT.Target—CT.ACTIN）x一（CT.Target—CT.ACTIN）control
通过上述公式计算出每一个样本目标基因的表达，通过ACTIN校正后相对于对照组的目标基因表达的倍数。
图6 结果显示，无论与对照组或肉碱组相比，运动与左旋肉碱同时处理显著提高了CD36的表达（P<0.05），而单纯运动或单纯肉碱补充对CD36蛋白的表达均无显著影响。
3 讨论
当今社会经济迅猛发展，科技日益进步，人们的运动量却在不断减少，导致超重人群的数量日渐增多，究其主要原因就在于日常锻炼的缺乏和脂肪摄入的过多。肝脏作为脂代谢的重要器官，在代谢过程中起着十分重要的作用；而脂代谢主要包括甘油三酯代谢、磷脂代谢、胆固醇代谢等。目前，许多研究都只局限于单纯运动或左旋肉碱补充对脂代谢的影响，而两者兼有则较为少见，同时，脂代谢多集中在甘油三酯代谢，关于胆固醇代谢的报道也较为少见。
左旋肉碱是促进脂肪酸β-氧化的重要转运载体，而运动是众所周知的减肥良方，故将二者结合，研究其对胆固醇的代谢的影响具有重要意义。实验结果显示，持续6周的训练显著降低了肥胖小鼠的体重，左旋肉碱补充也使小鼠体重明显低于对照组，而运动与肉碱同时处理效果更佳，提示高脂饮食引起的肥胖，人们在采用运动减肥的同时服用左旋肉碱减重效果更佳。大量动物实验研究结果与我们的研究结果一致[15，16]。
血清指标的结果显示，与肉碱组相比，运动显著增高血清中总胆固醇的水平。运动与肉碱同时处理上调血清高密度脂蛋白（HDL）的水平。由于高密度脂蛋白又称“清道夫”，可以及时清理体内的过剩脂质，促进胆固醇的逆向转运，提示运动可能通过上调低密度脂蛋白，降低肝脏胆固醇[17]。大量的动物实验报道与我们的研究结果相符[18，19]。肉碱补充对血清中的甘油三酯、胆固醇、高、低密度脂蛋白均无显著影响，而杨庆春等在对老年人补充肉碱后血脂变化的研究中得出的结论，与本实验结果不符，这可能是由于实验模型不同所致[20]。但是，Askew等认为外源性的肉碱补充对血脂水平并无明显改变，这与我们的研究一致[21]。
由于发现运动能显著提高血清总胆固醇的含量，而肝脏作为胆固醇代谢的主要器官，我们通过检测其主要的调节因子LPL、ApoE、LDLR和CD36的基因表达，发现运动及运动与左旋肉碱同时补充均显著上调LPL、ApoE和CD36的表达，提示运动及运动与肉碱结合可提高LPL、ApoE、LDLR的含量，促进胆固醇代谢。单纯运动补充能显著提高LPL和ApoE的表达，同时显著降低LDLR的表达。而单纯的肉碱补充，对上述调节因子表达均无显著影响。提示运动结合左旋肉碱同时处理，可通过刺激LPL、ApoE和CD36的表达调节胆固醇的水平，而运动主要通过LPL、ApoE和LDLR的表达调节胆固醇代谢。左旋肉碱则可能在其他方面调节脂肪代谢，促进脂肪的氧化。
4 结论
运动及肉碱的补充均可使高脂饮食小鼠的体重降低，而运动可使血清总胆固醇与高密度脂蛋白水平提高，运动结合左旋肉碱补充可能通过刺激LPL、ApoE和CD36的表达调节胆固醇的水平，运动主要通过LPL、ApoE和LDLR调节胆固醇代谢，而单纯左旋肉碱补充对胆固醇代谢没有显著影响。因此，高脂饮食诱导的肥胖人群可以通过适量的运动调节胆固醇水平，以预防心血管疾病，采用运动结合肉碱补充效果更好，而单纯补充左旋肉碱效果不明显。
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作者简介：刘秀娟（1984-），女，讲师，博士，研究方向：运动生物化学；宋施思（1993-），女，本科生，研究方向：运动人体科学学。
课题名称及编号：江苏省大学生创新创业训练计划项目（201310330005Z），江苏省高校自然科学基金面上项目（13KJB180013）
论文作者:刘秀娟,宋施思
论文发表刊物:《健康世界》2015年5期
论文发表时间:2015/10/23
标签：肉碱论文; 胆固醇论文; 脂蛋白论文; 左旋论文; 小鼠论文; 脂肪酸论文; 基因论文; 《健康世界》2015年5期论文;