高脂高果糖饮食诱导的糖尿病大鼠中HIIT与CET运动训练对miR-98-5p和miR-135-5p表达水平的影响：实验与in silico分析

《Endocrine and Metabolic Science》：The impact of HIIT and CET exercise training on miR-98-5p and miR-135-5p expression levels in high-fat high-fructose diet-induced diabetic rats; an experimental and in silico analysis

　　

摘要翻译：

糖尿病（DM）是最常见的代谢性疾病之一，对全球医疗系统构成重大挑战。据报道，包括伊朗在内的中东地区糖尿病患病率最高（10.9%）。2型糖尿病（T2DM）影响约90%的DM患者，并与缺乏体力活动、高热量饮食和肥胖等生活方式因素相关。然而，遗传因素也涉及其发病过程。多项研究表明，微小RNA（miRNA）与包括癌症、心血管疾病和代谢性疾病在内的多种疾病的发生和发展有关。miRNA（miR）是一类长度为20–25个核苷酸的非编码单链RNA，在多种生物过程中调控基因表达。因此，miR表达的任何失衡都可能扰乱细胞周期调控和细胞凋亡等关键生理活动，从而影响疾病的发生发展。研究表明，miR通过影响葡萄糖摄取和胰岛素产生，在糖代谢疾病的发生中发挥关键作用。近期报道指出，miR-98-5p和miR-135-5p在糖尿病中表达失调。根据最新研究结果，miR-98-5p可能通过靶向肝细胞中的PPP1R15B来调控肝脏糖异生和脂质生成。此外，另一项研究表明miR-98-5p可能减轻糖尿病肾病中的肾纤维化。此外，miR-135靶向胰岛素受体底物1（IRS-1）并影响胰岛素敏感性。miR已在多种其他生物体液中被发现，并具有组织特异性表达模式。此外，它们能够耐受多种外部条件，包括极端温度和高低pH值。因此，miR可作为检测糖尿病及其他与葡萄糖代谢改变相关疾病的生物标志物。近期一项研究发现，运动可以影响多种组织中的miRNA表达，但对其潜在机制知之甚少。运动是一种非药物干预措施，可增强人体生理功能并预防2型糖尿病、代谢综合征和肥胖等代谢性疾病。Barber等人报道，中年男性运动训练可调节与心血管疾病相关的14种miR的表达水平。运动通过降低miR-195水平，是增强糖尿病大鼠心肌功能的有效方法。主要采用两种不同类型的运动来引发功能改善：高强度间歇训练（HIIT）和连续耐力训练（CET）。CET包括每周五天、每次至少30分钟的中等强度跑步，并与较低的肝内脂质水平相关。HIIT，又称冲刺间歇训练，是一种间歇训练，由短暂的高强度爆发运动与休息或低强度活动交替组成。miRNA影响数千个基因和数百条生物通路，因此经常运动引起的miRNA水平变化可产生显著的生物学后果。基于上述研究、T2DM患病率的不断上升以及运动在控制代谢性疾病中的有效作用，本研究旨在评估糖尿病大鼠肝脏中miR-98和miR-135的表达，以探讨HIIT和CET方案对miR-98和miR-135表达的影响，这可能有助于改善血糖控制。

论文解读文章：

**研究背景与问题**

糖尿病 mellitus（DM）是全球最常见的代谢性疾病之一，对医疗卫生系统构成严峻挑战。中东地区包括伊朗的糖尿病患病率高达10.9%，其中2型糖尿病（T2DM）约占DM患者的90%，与缺乏运动、高热量饮食和肥胖等生活方式密切相关，同时也受遗传因素影响。微小RNA（miRNA/miR）是一类长度约20–25个核苷酸的非编码单链RNA，可在多种生物学过程中调控基因表达，其表达失衡可扰乱细胞周期、凋亡等关键生理活动。已有证据表明，miR-98-5p和miR-135-5p在糖尿病状态下表达失调，并参与肝脏糖异生、脂质生成、胰岛素信号传导及糖尿病肾病纤维化等过程。运动作为非药物干预手段，能够改善T2DM及代谢综合征，但其对特定miRNA表达的影响及机制尚不明确。高强度间歇训练（HIIT）与连续耐力训练（CET）是两种常用的运动模式，二者对糖尿病大鼠肝脏中miR-98-5p和miR-135-5p表达的影响尚未被系统比较。因此，研究人员开展本研究，旨在通过实验和in silico分析，评估HIIT与CET对高脂高果糖饮食（HFHFD）诱导的糖尿病大鼠肝脏中miR-98-5p和miR-135-5p表达水平的作用，并探讨其与血糖控制和胰岛素抵抗改善的关系。

**研究内容与结论**

研究人员利用HFHFD诱导建立T2DM大鼠模型，将糖尿病大鼠分为糖尿病对照组（DC）、连续耐力训练组（CET）和高强度间歇训练组（HIIT），并进行为期8周的 treadmill 运动训练。研究发现，与正常对照组相比，糖尿病大鼠肝脏中miR-98-5p和miR-135-5p的表达均显著下调；经运动训练后，HIIT和CET均能上调这两种miRNA的表达，其中HIIT对miR-98-5p的上调作用达到显著性，且HIIT在降低空腹血糖（FBS）、甘油三酯（TG）和稳态模型胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）方面优于CET。生物信息学分析显示，miR-98-5p和miR-135-5p可能通过靶向胰岛素信号通路相关基因（如IGF-2、IGFR1、IGFBP1、2、3、IRS2、PPARGC1A、PRKAA2、NRAS和INSR）参与T2DM的发病过程。研究结论表明，HIIT比CET更能有效增强miR-98和miR-135的表达，改善血糖控制、血脂谱和胰岛素抵抗，可能成为改善糖尿病的一种潜在管理手段。该论文发表于《Endocrine and Metabolic Science》。

**主要技术方法**

研究人员从伊朗巴斯德研究所获取20只雄性Wistar大鼠（8周龄，平均体重260±10 g），适应性饲养后随机分为非糖尿病对照组（NDC，n=5）和糖尿病造模组（n=15）。糖尿病组采用高脂高果糖饮食（HFHFD，含30%脂肪和20%果糖）喂养8周，以尾尖采血测血糖高于200 mg/dL（11.1 mM）确认糖尿病。随后将糖尿病大鼠分为糖尿病对照组（DC）、CET组和HIIT组，每组5只。运动方案基于VO₂max ramp测试确定强度：CET为30分钟60%–65% VO₂max持续跑，HIIT为5个循环的2分钟85–90% VO₂max高强度跑与2分钟30–40% VO₂max低强度恢复交替。生化参数采用全自动分析仪检测FBS、TG、胆固醇（CHOL），胰岛素用ELISA试剂盒测定并计算HOMA-IR。肝脏组织RNA经TRIzol提取后，使用茎环引物进行逆转录和SYBR Green实时荧光定量PCR（qRT-PCR），以U6 snoRNA为内参，采用2^?ΔCt法计算miR-98-5p和miR-135-5p相对表达量。生物信息学分析使用Diana-Tarbase和TargetScan数据库预测miRNA靶基因，并用Cytoscape可视化miRNA-靶基因相互作用网络。统计采用Student's t检验和单因素方差分析（ANOVA），P<0.05为差异有统计学意义。

**研究结果**

3.1 运动训练对生化参数的影响：与正常对照组相比，糖尿病大鼠的FBS、HOMA-IR、TG和CHOL均显著升高（P<0.0001）。经8周运动后，与糖尿病对照组相比，HFHFD+CET组的FBS、HOMA-IR和TG显著降低（P=0.0002，P=0.0007，P<0.0001），而CHOL无显著变化（P=0.073）；HFHFD+HIIT组的FBS显著降低（P=0.025），但HOMA-IR和TG虽有下降趋势，未达统计学显著性（P=0.385，P=0.192）。

3.2 糖尿病大鼠与对照组miR-98-5p和miR-135-5p表达比较：qRT-PCR结果显示，与对照组相比，糖尿病大鼠肝脏中miR-98-5p（P=0.041）和miR-135-5p（P=0.003）的表达均显著下调，表明HFHFD诱导的糖尿病状态与这两种miRNA的表达降低相关。

3.3 运动训练对肝脏miR-98和miR-135表达的影响：8周训练后，CET和HIIT均使miR-98表达较糖尿病对照组升高，但仅HIIT组的升高达到统计学显著（P=0.007）。对于miR-135，运动训练（CET+HIIT）后其表达较糖尿病对照组增加，其中CET组达到显著水平（P=0.019），HIIT组接近显著（P=0.085）。总体而言，HIIT较CET更能上调miR-98-5p，而CET对miR-135-5p的上调作用更明显。

3.4 靶基因预测结果：生物信息学预测显示，miR-98-5p和miR-135-5p共同或分别靶向多个与T2DM相关基因，涉及胰岛素信号通路等关键代谢通路。其中两个基因受两种miRNA共同调控，另有八个基因是miR-98-5p的特异性潜在靶点。这些结果支持miR-98-5p和miR-135-5p通过调控胰岛素信号通路相关基因参与糖尿病发病的假说。

**讨论总结与结论翻译**

讨论部分指出，运动诱导的miRNA表达变化可调控大量基因，并与多条生物学通路相关。本研究的核心创新在于发现耐力训练（HIIT+CET）对HFHFD诱导的糖尿病大鼠肝脏miR-98-5p和miR-135-5p表达具有有益作用，且HIIT可能比CET更有利于改善miR表达和糖尿病状态。既往研究关于miR-98-5p运动反应的结果与本研究不一致，可能归因于运动模式的差异。HIIT在降低FBS、TG和HOMA-IR方面比CET更有效，其机制可能涉及增强Akt磷酸化并改善骨骼肌葡萄糖代谢。miR-98-5p通过靶向IGF2BP1抑制PI3K/Akt通路，该通路对正常代谢至关重要，其失衡可导致肥胖和T2DM。miR-135a-5p在糖尿病肝脏中显著下调，与部分既往研究在肾脏或皮肤中的表达方向不同，提示其表达具有组织特异性。研究人员还通过in silico分析识别出IGF1R、IGF2、INSR、IRS2等糖尿病相关靶基因。研究局限性包括仅纳入雄性大鼠，无法评估性别差异，且未来需开展综合临床试验以推进运动干预尤其是HIIT的临床应用。

结论部分翻译：目前的研究表明，在高脂高果糖饮食（HFHFD）诱导的2型糖尿病大鼠模型中，HIIT在增强miR-98和miR-135表达、改善血糖控制、血脂谱以及胰岛素抵抗方面比CET更有效，这可能是一种改善糖尿病的潜在管理方法。