高脂肪、蔗糖膳食致肥胖的作用机理研究_薛长勇.pdf

高脂肪、蔗糖膳食致肥胖的作用机理研究薛长勇 郑子新 张荣欣 张效良李溪雅 井 上 修二1（解放军总医院营养科，北京 1 0 0 8 5 3）提 要 目的：探讨高脂肪、蔗糖膳食的致肥胖作用机理。方法：应用高胰岛素血症的下丘脑腹内侧核损伤性肥胖大鼠和正常胰岛素水平的 SD 大鼠，饲以高脂肪、蔗糖和正常饲料，观察甘油三酯的代谢、胰岛素、脂蛋白脂酶活性的变化，分析胰岛素与甘油三酯生成、脂蛋白脂酶活性的相关关系。结果：高脂肪膳食具有明显的增加体重和脂肪的作用，但高蔗糖膳食仅有促进脂肪生成的作用；两者均可引起胰岛素水平的升高，升高的胰岛素水平提高脂蛋白酯酶的活性。高脂肪膳食引起外源性甘油三酯的升高，在脂蛋白脂酶的作用下，外源性甘油三酯进入脂肪细胞；高蔗糖膳食通过胰岛素的作用，促进内源性甘油三酯的分泌，在脂蛋白脂酶的作用下，内源性甘油三酯进入脂肪细胞。结论：高脂肪膳食和高蔗糖膳食导致肥胖的作用机理并不相同，不同之处是前者引起外源性甘油三酯的升高，后者促进内源性甘油三酯的产生。相同之处是两种膳食均引起胰岛素水平升高，升高的胰岛素水平提高脂蛋白酯酶活性，在脂蛋白酯酶的作用下，甘油三酯进入脂肪细胞。关键词：脂肪 蔗糖 甘油三酯 肥胖 中图分类号：R1 5 1 2 高脂肪膳食的致肥胖作用已经得到广泛的承认 1。动物实验表明摄入过量蔗糖溶液也会出现体重增加，食欲亢进和脂肪合成增加 2。为了进一步阐明高脂肪、高蔗糖膳食致肥胖的作用机理，我们应用显示高胰岛素血症的下丘脑腹内侧核损伤性肥胖（ventrome-dial hypothalamus-lesioned obesity，VMH）大鼠和正常胰岛素水平的 SD 大鼠，探讨了高脂肪、蔗糖膳食致肥胖的作用机理。1 材 料 与 方 法1 1 动物 1 6 周龄 SD 雌性大鼠，体重3 0 0 2 0 g，单笼饲养。自由摄食、饮水。动物室内设置1 2 小时昼夜循环，并维持室温在（2 2 2）。1 2 饲料 所用标准大鼠饲料、高脂肪饲料以及高蔗糖饲料的配方和饲料能量含量见表 1。1 3 VMH 损伤性肥胖模型的复制 按参考文献 3的方法进行。电解电极插入坐标是：耳中线前6 2 mm，颅骨正中缝两侧 0 6 mm，腹侧距前矢状缝 9 6 mm。在电极4 2Acta Nutrimenta Sinica，Mar 1 9 9 9，Vol2 1No 1 男，1 9 6 2 年出生，副主任医师，硕士，日中医学协会提供课题经费资助1 指导者 日本国立健康营养研究所，东京 1 6 2DOI：1 01 3 3 2 5 j cnki acta nutr sin1 9 9 90 10 0 9 Table 1 Composition of experimental dietsIngredient*Normal dietHigh fat dietHigh sucrose dietWater（g）7 82 10 7 6Protein（g）2 3 82 2 09 9 5Fat（g）5 16 2 74 5Ash（g）6 13 22 2Fiber（g）3 21 61 2Carbohydrate（g）a5 4 08 48 1 3 9Vitamin A（IU）2 1 1 72 6 2 22 0 0 7Vitamin D3（IU）1 0 81 5 51 2 1Vitamin E（mg）9 42 2 78 7Vitamin K3（mg）0 0 40 0 80 1 6Vitamin B1（mg）1 9 32 8 12 2 1Vitamin B2（mg）1 1 61 8 31 4 0Vitamin C（mg）4 04 05 0Vitamin B6（mg）0 8 21 1 41 1 7Vitamin B1 2（g）5 17 86 4Inositol（mg）4 2 44 3 24 5 6Biotin（g）2 5 32 2 62 4 1Pantothenic acid（mg）3 1 83 1 83 4Niacin（mg）9 5 91 1 1 21 1 4 2Choline（g）0 2 10 2 50 2 7Folic acid（mg）0 1 40 2 00 2 1Energy（kJ）1 4 9 42 8 7 01 5 9 8*：content per1 0 0 g dieta：carbohydrate either corn starch or sucrose上导入2 mA 恒流直流电，通电时间为2 0 秒。以同样方法处理 VMH 非损伤（sham）对照组，但无电流通过。1 4 实验设计 大鼠分为6组，（1）VMH 正常饲料（VMHND），（2）sham正常饲料（shamND），（3）VMH高脂肪饲料（VMHHF），（4）sham 高脂肪饲料（sham HF），（5）VMH高蔗糖饲料（VMHHS）和（6）sham高蔗糖饲料（shamHS），每组6 头大鼠。给予以上饲料饲养2 周后，禁食1 2 时，采取血样。每两天称量一次体重和摄食量。1 5 甘油三酯分泌速率（TGSR）和清除速率（FCR）的测定 1 0 经锁骨下静脉采取血样0 5 ml 后，注射1 2 0 mg 三硝基甲苯（Triton WR-1 3 3 9，美国Sigma 公司生产），分别于注射后的 3 0、6 0 min采取血样 0 5 ml，依据下式计算 TGSR。TGSRmmol（L h 1）（TG3 0 TG0）3 0（TG6 0 TG0）6 0 2 6 0式中 TGO，TG3 0，TG6 0 分别是注射三硝基甲苯后不同时间的血中甘油三酯浓度。FCR（Lmin）TGSRTGpool，TGpoolTG（mmolL）血浆体积（L）1 6 食物功效（food efficiency，FE）的计算 EF（g 1 0 0 kJ）增加的体重（g）摄取的能量（kJ）1 0 01 7 测定方法 葡萄糖氧化酶法测定血葡萄糖浓度；酶法测定血中甘油三酯浓度；放射免疫法测定血胰岛素、消瘦素（leptin），试剂盒购自美国Sigma 公司；酶联免疫脂蛋白酯酶试剂盒测定注射肝素后脂蛋白酯酶（LPL）的活性（试剂盒为井上修二教授惠赠，由日本和光株式会社生产）。1 8 统计学处理 实验数据表示为均数标准差。方差分析（ANOVA）、t 检验和相关系数分析进行统4 3营养学报 1 9 9 8 年第 2 1 卷第 1 期计学处理。2 结 果2 1 体重、食物功效和消瘦素的变化 实验前各组体重没有差别，实验结束后VMH 体重高于其 sham 对照组（表2）。在VMH 中，高脂肪饲料组的体重分别高于高蔗糖和正常饲料组，后两者的体重没有差别。在 sham 组，可见有类似的变化。除 shamND 和 shamHF 外，其它各组实验后体重均高于实验前。VMH 组摄食量均明显高于对照组（表2）。在 VMH 中，高蔗糖饲料和正常饲料组的摄食量无差别，但均高于高脂肪饲料组。在sham 中，正常饲料和高蔗糖饲料组摄食量高于高脂肪饲料组。VMH 组的 FE 明显高于 sham 对照。在VMH 中，高脂肪饲料组 FE 高于高蔗糖和正常饲料组，高蔗糖饲料组的 FE 高于正常饲料组。在 sham 中，FE 的变化与 VMH 组相似，但高蔗糖饲料组的 FE 为负值，因为其体重在实验后低于实验前（表 2）。VMH 消瘦素水平明显高于 sham 对照组。高脂肪饲料组的消瘦素水平高于高蔗糖和正常饲料组，高蔗糖饲料组高于正常饲料组；在 sham 中，高脂肪饲料组的消瘦素水平明显高于高蔗糖和正常饲料组（表 2）。Table 2 Levels of body weight，food intake，food efficiency and leptin at the end of the experimentGroupInitial BW（g）Final BW（g）Total foodintake（g）FE（g 1 0 0 kJ）Leptin（gL）VMH ND3 1 5 5 0 8 6 4*4 2 4 5 0 3 3 5 5a，b4 7 0 1 5 2 3a，b1 2 2 0 1 1a，b，c3 4 0 2 4 4 4a，b，c HF3 1 4 8 3 1 7 0 8*4 8 8 5 0 4 7 2 5a，c，d3 5 5 3 7 4 9a，c，d1 7 1 0 1 2a，d，h9 9 1 5 9 0 6a，d，h HS3 1 8 8 0 4 4 9*4 3 3 6 0 2 2 6 1c，e4 9 7 8 6 8 5c，e1 4 5 0 2 3b，d，g5 9 0 4 3 7 6 5b，d，gSHAM ND3 1 2 4 0 1 0 3 63 1 9 0 0 1 2 4 2b，f2 4 1 8 3 3 3b，f0 7 8 0 1 4c，e，i3 3 5 0 7 3c，e HF3 1 7 1 7 2 1 5 0*3 7 0 8 3 3 7 1 6d，f，g1 7 6 3 3 4 2d，f0 9 7 0 2 7e，f，h1 6 6 2 2 6 3e，f，h HS3 1 7 5 0 1 2 4 13 1 3 0 0 1 2 5 5e，g2 0 6 7 2 6 4e 0 4 6 0 2 8f，g，i4 4 0 1 0 4 2f，gVMH VS shamNDP 0 0 1P 0 0 1P 0 0 1P 0 0 1Values were given as xs*P 0 0 1between initial and final body weight ND：not differentThose with the same letter were different significantly（P 0 0 5）from other values in the same column2 2 甘油三酯代谢、胰岛素和脂蛋白脂酶活性的变化 方差分析显示 VMH 的空腹甘油三酯水平明显高于 sham 对照组。除正常饲料组外，其它两种饲料组的甘油三酯水平均高于sham 组，高蔗糖饲料组的甘油三酯水平高于高脂肪和正常饲料组；在 sham 组也可见到类似的变化（表 3）。VMH 三种饲料组的 TGSR 均明显高于sham 的三种饲料组；高蔗糖饲料组 VMH 和sham 的 TGSR 高于高脂肪饲料组和正常饲料组，但高脂肪饲料组和正常饲料组的TGSR 没有差别（表 3）。VMH 三种饲料组的 FCR 高于 sham 的三种饲料组（表3）；无论在 VMH 还是在sham，均可见到高脂肪饲料组 FCR 最低，其次为高蔗糖组，最后是正常饲料组，三者之间均有差别。实验结束后，VMH 三种饲料组的空腹血浆胰岛素水平明显高于 sham 的三种饲料组；在 VMH 和 sham，均可见到高蔗糖组的胰岛素水平最高，其次为高脂肪组，最低是正常饲料组，三者之间也均有差别（表 3）。在 VMH 中，三种饲料组的 LPL 活性高4 4Acta Nutrimenta Sinica，Mar 1 9 9 9，Vol2 1No 1于 sham 对照组；高脂肪和高蔗糖饲料组的LPL 没有差别，但均高于正常饲料组（表3）。在 sham 中，高脂肪饲料组的 LPL 活性高于高蔗糖饲料组，后者又高于正常饲料组（表3）。Table 3 Biochemical parameters and insulin concentration at the end of the experimentGroupTG（mmolL）TGSR（mmol L 1 h 1）FCR（Lmin）LPL（gL）Insulin（pmolL）VMH*ND1 3 8 0 3 7a，b5 7 1 1 2 8a，b0 0 7 2 0 0 2 0a，b，c1 2 8 8 9 2 3 5 7a，b，c5 9 4，4 8 2 7 3 1 3a，b，c HF2 9 6 0 2 9a，c，d5 2 4 2 2 6c，d0 0 3 7 0 0 0 9a，d，e1 9 7 2 3 2 4 0 1a，d1 0 6 4 5 2 2 2 4 1 6a，d，e HS4 3 1 0 7 1b，d，e1 1 0 6 1 0 4a，c，e0 0 5 2 0 0 0 5b，d，f1 8 9 6 5 7 0 0b，e1 5 7 4 3 2 1 7 3 7 5b，d，fSHAM ND1 0 6 0 1 2f，g3 4 3 0 7 0b，f0 0 5 6 0 0 0 8c，g，h8 2 7 0 3 1 7 0c，f，g1 0 1 6 4 1 3 1 4c，g，h HF1 6 1 0 1 3c，f，h2 3 2 0 7 6d，g0 0 1 8 0 0 0 6e，g，i1 5 9 8 2 1 9 6 8d，f，h7 1 1 5 1 8 6 8 7e，g，i HS2 4 5 0 0 9e，g，h5 0 6 0 1 8e，f，g0 0 3 5 0 0 0 6f，h，i1 1 0 4 2 8 6 5e，g，h9 1 3 7 8 1 4 7 8 7f，h，iValues were given as xsx*VMH VS sham：P 0 0 1by ANOVAThose with the same letter were different significantly（P 0 0 5）from other values in the same column2 3 胰岛素与 TGSR、LPL 的相关关系 在高蔗糖饲料的 VMH 和 sham 组，均可见胰岛素与 TGSR 呈明显的相关关系；但是，高脂肪饲料的 VMH 和 sham 组，胰岛素与 TGSR 之间没有相关关系；在正常饲料组，仅在 VMH 组见到胰岛素与 TGSR 有明显的相关关系，而在 sham 组中，胰岛素与TGSR 之间没有相关关系（图 1）。Fig 1 Relationship between insulin and TGSRin VMH-lesioned obese and sham-operated ratsfed high fat，sucrose and normal diet3 讨 论3 1 脂肪对甘油三酯代谢和肥胖的影响 体重是衡量肥胖程度的指标之一。因为三种饲料的能量和摄食量不同，所以，不能仅凭体重判断膳食对肥胖形成的影响。FE 可比较不同膳食对体重增加的影响。血浆消瘦素是反映体内脂肪量的指标。根据实验结果（表2），可以认为高脂肪膳食导致体重增加和体内脂肪增加的作用明显强于其它膳食，这个作用在 VMH 肥胖大鼠身上更为明显。血浆甘油三酯浓度的高低取决于甘油三酯的生成和清除。因高脂肪饲料组 TGSR 没有升高，提示内源性甘油三酯产生没有增加。所以，甘油三酯清除速率是决定甘油三酯水平的主要因素。高脂肪饲料组的 FCR 明显低于正常饲料和高蔗糖饲料组。显然，空腹血浆甘油三酯的升高与其清除速率的下降有关。LPL 活性是决定甘油三酯进入脂肪细胞的关键因素。VMHHF 组胰岛素水平和LPL 活性之间有明显的相关关系，说明胰岛素水平的升高导致 LPL 活性的升高。LPL的底物甘油三酯来源于内源性和外源性4 5营养学报 1 9 9 8 年第 2 1 卷第 1 期甘油三酯。如前所述高脂肪饲料组的内源性甘油三酯产生没有增加。因此，可以认为贮存于脂肪细胞中的甘油三酯主要来源于外源性的甘油三酯。既然如此，为什么高脂肪饲料组的甘油三酯水平还高于正常饲料组呢？其原因可能是：（1）尽管 LPL 的活性增高，但是还不能及时、完全水解食用高脂肪膳食后血中的甘油三酯，导致血中外源性甘油三酯的不断积累而增高。（2）归因于内源性甘油三酯FCR 的下降。3 2 蔗糖对甘油三酯代谢和肥胖的影响 高蔗糖膳食不仅能提高血浆中甘油三酯的浓度，而且也提高肝脏甘油三酯的分泌速率，其机理是蔗糖分子中含有果糖，而果糖可迅速为肝脏利用，从而越过糖分解过程中的磷酸果糖调节步骤，影响脂质代谢 2。高蔗糖膳食可引起高胰岛素血症，胰岛素可刺激肝脏合成甘油三酯和 VLDL 的分泌 4，5。高蔗糖膳食可抑制甘油三酯的清除 6，导致甘油三酯在血液中的积累。高蔗糖饲料组 LPL 活性的增高可快速促进甘油三酯进入脂肪细胞。高蔗糖饲料组增高的 FCR 证实了这一点。与高脂肪膳食不同，高蔗糖膳食可引起肝脏产生甘油三酯和血液中甘油三酯清除的双重增高。由此可以推断，高蔗糖组的大鼠会越来越肥胖。但是，shamHS 组的体重实验前后没有差别，实验结束后其体重也并不高于 shamND 组（表2）；同样地，VMHHS 组的体重也不高于 VMHND 组。这些结果与前人的实验结果完全一致 2，7，8，表明高蔗糖膳食没有直接导致体重增加的作用。原因可能在于：（1）高蔗糖膳食是不平衡的膳食（表 1），蛋白质的产能百分比偏低；（2）食用高蔗糖膳食时，交感神经兴奋性增强，导致能量消耗增加 9。因此，认为高蔗糖膳食并没有明显增加体重的作用，但能直接促进脂肪的生成。所以，可引起体成分的改变，即在体重不增加的情况下，导致脂肪组织的增加。参 考 文 献1 Storlien LH，James DJ，Burleigh KM，et al Fatfeeding causes widespread in vivo insulin resis-tance，decreased energy expenditure，and obesityin rats A m J Physiol，1 9 8 6，2 5 1：E5 7 62 Toida S，Takahashi M，Shimisu，H，et al Effectof high sucrose feeding on fat accumulation inthe male Wistar rats Obes Res，1 9 9 6，4：5 6 13 Paxinos G，Waston C The rat brain in stereo-taxic coordinates 2 nd Edition，San Diego：Aca-demic Press，1 9 8 6 2 64 Reaven GM，Risser TR，Chen YDI，et al Charac-terization of a model of dietaryinduced hyper-triglyceridemia in young，nonobese rats J LipidRes，1 9 7 9，2 0：3 7 15 Tobey TA，Breenfield M，Kraemer F，et al Rela-tionship between insulin resistance，insulin se-cretion，very low density lipoprotein kinetics andplasma triglyceride levels in normaotriglyceride-mic man Metabolism，1 9 8 1，3 0：1 6 56 Grant KI，Marais MP，Dhansay MA Sucrose inlipid-rich meal amplifies the postprandial excur-sion of serum and lipoprotein triglyceride andcholesterol concentrations by decreasing triglyc-eride clearance A m J Clin N utr，1 9 9 4，5 9：8 5 37 Keno Y，Tsuzawa Y，Tokunaga K，et al Highsucrose diet increases visceral fat accumulationin VMH-lesioned rats Int J Obes，1 9 9 1，1 5：2 0 58 Hulman S，Falkner B The effect of excess di-etary sucrose on growth，blood pressure，andmetabolism in developing Sprague-Dawley ratsPediatr Res，1 9 9 4，3 6（1 Pt1）：9 59 Young JB，Landsberg L Stimulation of the sym-pathetic nervous system during sucrose feedingN ature，1 9 7 7，2 6 9：6 1 51 0 Inoue S，Satoh S，Tanaka K，et al Determinantsof fasting hypertriglyceridemia in ventromedialhypothalamic obesity in rats A m J Physiol，1 9 9 3，2 6 5：R7 8 64 6Acta Nutrimenta Sinica，Mar 1 9 9 9，Vol2 1No 1A STUDY ON MECHANISM OF HIGH FAT ANDSUCROSE DIETS IN OBESITY DEVELOPMENT IN RATSXue Changyong Zheng Zixin Zhang RongxinZhang Xiaoliang Li Xiya Inoue Shuji（Department of N utrition，General H ospital of Chinese PLA，Beijing 1 0 0 8 5 3）（Division of Geriatric N utrition and H ealth，N ational Institute of N utrition and H ealth，Tokyo 1 6 2）Objective：To gain insight into mechanisms whereby high fat and sucrose diets affecttriglyceride metabilism and induce obesityMethods：Changes in fasting plasma triglyceridelevels，hepatic triglyceride secretion and clearance rate，insulin and lipoprotein lipase wereobserved in VMH-lesioned normal ratsResults：A high fat diet had a potency to increasebody weight and body fat，but a high sucrose diet only had an effect in increasing body fatBoth diets could cause increase in plasma insulin concentrationIncreased insulin level pro-moted enhancement in activity of lipoprotein lipase A high fat diet led to increase in exoge-nous triglyceride in blood，which was rapidly transferred into adipocyte under action oflipoprotein lipase A high sucrose diet caused increase in insulin concentration which was astimulation factor for hepatic production of endogenous triglyceridesThe endogenoustriglycerides entered adipocyte under action of incereased lipoprotein lipase Conclusion：Mechanisms by which high fat and sucrose diets lead to obesity are different The differenceis that a high fat diet induces increase in exogenous triglycerides，and a high sucrose diet in-duces overproduction of endogenous triglycerides However，both diets have the same aspect，i e both diets cause hyperinsulinemia Increased insulin level leads to enhancement oflipoprotein activity which promotes entrance of increased triglyceride into adipocyte Key words：dietary fat dietary sucrose triglyceride obesity收稿日期：1 9 9 8-0 9-0 1中国营养学会会员名录（续四）四川省营养学会0 4 2 8 9 胡 雯0 4 2 9 1 刘晓容0 4 2 9 3 蒋 丽0 4 2 9 0 张 艳0 4 2 9 2 陈 怡4 7营养学报 1 9 9 8 年第 2 1 卷第 1 期