Abstract Original Article
The acute effect of aerobic exercise on hypothalamic nesfatin-1 gene expression in diabetic male rats with STZ
Mohammad Moradi[1], Fatemah Shabkhiz
1, Moosa Khalafi
[2], Vahid Talebi
[3]
Background and Aim: Nesfetin-1 is known as the Neuropeptide which interferes with appetite and glucose hemostasis. It has been reported its amount in healthful persons than diabetes sick is variable and changes according to the exercise. The aim of the present study is to investigate the effects of acute aerobic exercise on nesfatin-1 gene expression in diabetic rats.
Materials and Methods: In this experimental study, has utilized the diabetic Wistar rat'sstagy rats with STZ (12 week-age, 220-240 gr-weight). Animals were divided into 4 groups: continuous exercise (COE-0) and control (CO), (Immediately after exercise were killed) and continuous (COE-2) and control (C-2), (Two hours after the exercise, they were killed), respectively. Group COE performed exercise at a speed of 18 meters per minute, equivalent to 65% of maximum speed, for 40 minutes on the treadmill. Hypothalamus tissue was excised for determination of nesfatin-1 gene expression by RT-PCR methods. Data were analyzed using SPSS software (version 20) with independent T-test (P <0.01).
Results: The current results indicated that the levels of nesfatin-1 gene expression, increased significantly in training group immediately and two hours after exercise when compared with Control group yourself.
Conclusion: It seems a session of continuous exercise may increase the hypothalamic expression of male Wistar rats with diabetes nesfatin -1 immediately and two hours after the exercise.
Key Words: Nesfatin-1, Continuous exercise, Diabetics rat
Journal of Birjand University of Medical Sciences. 2018; 25(2): 104-113.
Received: May 12, 2018 Accepted: April 23, 2018
مقاله اصیل پژوهشی
تأثیر فعالیت ورزشی هوازی حاد بر بیان ژن هیپوتالاموسی نسفاتین-1
در رتهای نر دیابتیشده به روش STZ
محمد مرادی[4]، فاطمه شبخیز1، موسی خلفی[5]، وحید طالبی[6]
چکیده
زمینه و هدف: نسفاتین-1 بهعنوان نوروپپتیدی که در اشتها و هموستاز گلوکز دخالت دارد، شناخته شده است. گزارش شده است که مقادیر پایه آن در بیماران دیابتی نسبت به افراد سالم متغیر بوده و با تمرین ورزشی دستخوش تغییر میشود. هدف پژوهش حاضر، بررسی تأثیر فعالیت ورزشی حاد هوازی بر بیان ژن نسفاتین-1 در رتهای دیابتی بود.
روش تحقیق: در این مطالعه تجربی، رتهای نر ویستار دیابتیشده با
STZ (12هفته سن و با وزن 240-220 گرم) به کار برده شدند. حیوانات به 4 گروه تمرین تداومی (
COE-0) و کنترل (
C-O)(که بلافاصله پس از تمرین کشته شدند) و تداومی (
COE-2) و کنترل (
C-2)(که دو ساعت پس از تمرین کشته شدند)، تقسیم شدند. گروه
COE با سرعت 18متر در دقیقه که معادل 65درصد حداکثر سرعت بود، بهمدت 40دقیقه به فعالیت روی تردمیل پرداختند. بافت هیپوتالاموس برای تعیین بیان ژن نسفاتین-1 به روش
RT.PCR جدا گردید. دادهها با استفاده از نرمافزار
SPSS (ویرایش 20) و با کمک آزمون تیمستقل در سطح 01/0
P< تجزیه و تحلیل شد.
یافتهها: نتایج نشان داد که میزان بیان ژن نسفاتین-1 در گروه تمرین در مرحله بلافاصله و دو ساعت بعد از تمرین، نسبت به گروه کنترل خود افزایش معنیداری داشت.
نتیجهگیری: به نظر میرسد یک جلسه فعالیت تداومی میتواند موجب افزایش بیان هیپوتالاموسی نسفاتین-1 رتهای نر ویستار دیابتی بلافاصله و دو ساعت پس از تمرین شود.
واژههای کلیدی: : نسفاتین-1، تمرین تداومی، رت دیابتی
مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی بیرجند. 1397؛ 25(2): 104-113.
دریافت: 22/7/1396 پذیرش: 3/2/1397
مقدمه
سیستم غدد درونریز، در تولید و تخلیه هورمونهای تنظیمکننده عملکرد بدن نقش مهمی بر عهده دارند. در این میان، هیپوتالاموس غدّه حیاتی در مغز است که نقش اصلی در کنترل مصرف غذا دارد و یک منبع غنی از پپتیدهای تنظیمکننده سیری است که در تعادل بلندمدّت انرژی شرکت میکند (1). بیشتر نروپپتیدهای هیپوتالاموسی و نیز انتقالدهندههای عصبی تنظیم اشتها، بر سوخت و ساز محیطی گلوکز نیز تأثیر میگذارند. نسفاتین-1
[7]، پپتیدی با 82 اسیدآمینه است که از فرآیند پسترجمهای نوکلئوبایندین-2
[8] (
NUCB2) مشتق شده و توسط
Oh و همکاران گزارش شده است (2). پروتئین
NUCB2 به سه قطعه تجزیه میشود: نسفاتین-1، نسفاتین-2 و نسفاتین-3. نسفاتین-1، وزن مولکولی معادل 8/9کیلودالتون و نیمه عمر
mRNA دارد؛ نوکلئوبایندین-2 نیز نیمه عمری تقریباً 6ساعت دارد. دیگر بخشهای نسفاتین که از
NUCB2 مشتق میشوند (نسفاتین-2 و نسفاتین-3)، فعالیت ضدّ اشتهایی ندارند. بخشهای مختلف
mRNA نسفاتین شامل: پایانه
N ترمینال مشترک بین نسفاتین 1 و 2 (شامل 1-82 اسید آمینه) و دو سی ترمینال مختلف میباشد که برای نسفاتین-2 «85-163
a.a» و نسفاتین-3 «166-396
a.a» است. بخش میانی نسفاتین-1 (
M30)، مسئول محدودیت مصرف غذا است؛ در حالیکه نقش فیزیولوژیکی دقیق نسفاتین-2 و نسفاتین-3 هنوز شناخته شده نیست. سطح نسفاتین-1 در مایعات بیولوژیکی در برخی شرایط پاتولوژیکی کاهش، افزایش و یا عدم تغییر را نشان میدهد (3).
نسفاتین-1 که جدید کشف شده است، توسط گرسنگی و سیری تنظیم میشود (4) و بیان آن در بسیاری از اندامها و بافتها صورت میگیرد (4، 5). نشان داده شده است که میانگین سطوح پلاسمایی ناشتای نسفاتین-1، اندکی اما نه بهطور معنیدار، در بیماران دیابتی نوع اول
[9] (
T1DM) در مقایسه با افراد سالم بالاتر است. با این وجود، سطح ناشتای نسفاتین-1، بهطور معنیداری در بیماران دیابتی نوع دوم
[10] (
T2DM) در مقایسه با افراد سالم و بیماران
T1DM پایینتر است. توضیح احتمالی این است که کاهش معنیدار سطح پلاسمایی ناشتای نسفاتین-1 در بیماران
T2DM شاید با اختلال حساسیت انسولینی مرتبط باشد (6). مطالعه جدیدی توسط
Gonzalez و همکاران نشان داد که انسولین تولیدشده در سلولهای بتا، پریپرونسفاتین را در جزایر موشها و رتها به شکل مرکزی و موضعی تولید میکند که نشانگر نقش بالقوّه پپتیدهای مشتقشده از پریپرونسفاتین در رهایی انسولین و متابولیسم گلوکز است (7).
نتایج بهدست آمده از تأثیر فعالیت بدنی بر تغییرات نسفاتین-1، متضاد و البته انگشت شمار بودهاند. بهعنوان نمونه، در مطالعهای توسط قنبری نیاکی و همکاران، تغییرات بیان ژن و پلاسمایی نسفاتین-1 بهدنبال 8 هفته تمرینات هوازی روی رتهای ماده بررسی شد. در این مطالعه، 20 رت ویستار مادّه در دو گروه کنترل و تمرین بهکار گرفته شدند. پروتکل تمرینی شامل 8هفته دویدن روی تردمیل بود. نتایج این مطالعه افزایش معنیدار نسفاتین-1 کبد، روده کوچک، کلیه و پلاسما ناشی از تمرینات هوازی را نشان داد (8). اگرچه تحقیقاتی هر چند اندک در رابطه با تأثیر فعالیت ورزشی بر تغییرات نسفاتین-1 صورت گرفته است، اما به نظر میرسد هنوز مجهولات فراوانی در این مورد وجود دارد؛ بنابراین مطالعه حاضر در نظر داشت تا اثر یک جلسه فعالیت ورزشی را بر بیان ژن نسفاتین-1 در رتهای نر دیابتی، مورد بررسی قرار دهد.
روش تحقیق
روش پژوهش حاضر از نوع تجربی و با طرح پسآزمون با گروه کنترل میباشد. تعداد 28 سر رت نر نژاد ویستار 8هفتهای در محدوده وزنی 150 تا 180 گرم، از مؤسّسه تکثیر و پرورش حیوانات آزمایشگاهی انیستیتو پاستور ایران خریداری شده و به آزمایشگاه حیوانات دانشکده تربیت بدنی و علوم ورزشی دانشگاه تهران منتقل گردیدند. حیوانات برای سازگاری با محیط و رسیدن به دامنه وزنی مطلوب، در آزمایشگاه در قفسهای 4تایی از جنس پلیکربنات، در چرخه روشنایی و تاریکی 12 ساعت نور و 12 ساعت تاریکی (از 7 شب تا 7 صبح)، رطوبت نسبی50 تا 60 درصد و درجه حرارت 2±22درجه سانتیگراد نگهداری شدند. در این مدت رتها آزادانه به غذا و آب دسترسی داشتند. پس از دو هفته، تعداد 6رت با دامنه وزنی بالاتر ( 185 تا 200 گرم) بهعنوان گروه آزمایشی (پایلوت)
[11] انتخاب شده و با تزریق داروی استرپتوزوتوسین
(STZ)[12]، دیابت در آنها القا شد. از این رتها برای بررسیهای مقدماتی و بررسی قابلیت انجام پروتکل تمرینی استفاده شد.
القای دیابت:
دیابت، با تزریق تکدوز داروی
STZ حلشده در بافر 1/0 مولار سیتراتسدیم با
PH 5/4، بهمقدار 50 میلیگرم بهازای هر کیلوگرم وزن بدن (داخل صفاقی
IP)
[13] القا شد. طبق این روش 48 ساعت پس از تزریق، دیابت در رتها القا میشود. برای تأیید دیابت، 4 روز پس از تزریق
STZ با ایجاد جراحت کوچک در دم حیوانات یک قطره خون بر روی نوار گلوکومتری قرار گرفته و توسط دستگاه گلوکومتر خوانده شد. قند خون بالای 300 میلیگرم در دسیلیتر، بهعنوان شاخص دیابتیشدن در نظر گرفته شد (9).
پروتکل ورزشی:
روز اجرای آزمون ورزشی، رتها براساس وزن و گلوکز خون همگن شدند و به این شرح در گروههای مختلف جای گرفتند: گروه کنترل دیابتی (5 سر)؛ گروه کنترل دیابتی که دو ساعت بعد کشته شدند (5 سر)؛ گروه تمرین تداومی که بلافاصله پس از اجرای تمرین کشته شدند (6 سر) و گروه تمرین تداومی که دو ساعت بعد از اجرای تمرین کشته شدند (6 سر). برنامه تمرین تداومی
(COE)در جدول یک بیان شده است.
آزمودنیها قبل از روز تمرین، در سه روز غیر متوالی برای آشنایی با محیط تردمیل و نحوه دویدن، با سرعتهای متغیّر بر روی نوار گردان به اجرای فعالیت پرداختند. 3 تا 4 جلسه در هفته (روزانه بهمدّت 5 تا 10 دقیقه با سرعت پایین 10 تا 15 متر در دقیقه در شیب صفر درجه) برای راهرفتن و دویدن حیوانات در نظر گرفته شد. در انتهای نوار گردان، یک شوک الکتریکی برای تحریک و وادارکردن آزمودنیها به ادامه اجرای برنامه تمرینی، تعبیه شده بود. برای کاهش اثرات احتمالی شوک الکتریکی بر نتایج تحقیق حاضر، سعی شد با شرطیکردن حیوانات نسبت به صدا، از استراحت آنها در بخش انتهایی نوار گردان جلوگیری شود. در روز آزمون، حیوانات دو ساعت قبل از اجرای فعالیت ورزشی، فقط از دسترسی به غذا و نه آب، منع شدند.
جمعآوری نمونهها:
6سر رت از گروه تمرین تداومی (
COE) پس از تمرین و همچنین 6سر رت دیگر نیز دو ساعت پس از اتمام تمرین، نمونهبرداری شدند؛ همچنین 5سر رت از گروه کنترل بلافاصله پس از قرارگیری بر روی نوارگردان و 5سر رت دیگر 2ساعت پس از قرارگیری بر روی نوارگردان، همانند گروههای تمرین نمونهبرداری شدند. برای مشابهسازی هر چه بیشتر شرایط، گروههای کنترل نیز همزمان با گروههای تمرینی بهطور ساکن بر روی تردمیل قرار گرفتند. برای جمعآوری نمونهها ابتدا حیوان با ترکیبی از داروی زایلازین (10 میلیگرم/کیلوگرم) و کتامین (75 میلیگرم/کیلوگرم) بهصورت تزریق درون صفاقی بیهوش شد. پس از اطمینان از بیهوششدن حیوانات، قفسه سینه حیوان شکافته شد و برای
جدول 1- پروتکل فعالیت ورزشی تداومی
گرم کردن |
بدنه اصلی تمرین |
شدت اجرای فعالیت |
سرد کردن |
زمان کل فعالیت |
5 دقیقه |
40 دقیقه |
با 65 درصد حداکثر سرعت |
5 دقیقه |
50 دقیقه |
(8 متر در دقیقه) |
(18 متر در دقیقه) |
(8 متر در دقیقه) |
جدول 2- پرایمرهای طراحیشده در این مطالعه
نام ژن |
|
توالی پرایمرها |
Nesfatin |
F |
5̕̕ˈTTTGAACACCTGAACCACCA3ˈ |
R |
5' TGCAAACTTGGCTTCTTCCT 3' |
βActin |
F |
5' CACCCGCGAGTACAACCTTC 3' |
R |
5' CCCATACCCACCATCACACC 3' |
اطمینان از کمترین آزار حیوان، خونگیری بهطور مستقیم از قلب حیوان بهعمل آمد؛ سپس هیپوتالاموس از بدن حیوان جدا و در سرم فیزیولوژیک شست و شو داده شد و بلافاصله با استفاده از ازت مایع، منجمد و برای سنجشهای بعدی به فریزر با دمای 80- منتقل گردید. کیتهای مورد استفاده در این پژوهش شامل:
TryzolRiboEx، کیت
cDNA سنتتاز ژن
Thermo، پرایمرهای مربوط به ژن نسفاتین-1 و کیت
Real time PCR (
SYBER Green) بود. از ژن
βActin نیز بهعنوان ژن
Housekeeping استفاده شد (جدول 2). برای کمّیسازی مقادیر بیان ژن مورد نظر از فرمول
2-∆∆ct (2 به توان منفی
∆∆ct ) استفاده شد.
تجزیه و تحلیل آماری:
