اثر تمرینات تناوبی شدید بر سطوح miR-193b بافت چربی و شاخص مقاومت به انسولین در رتهای دیابتی
محورهای موضوعی : مطالعات نوین در متابولیسم ورزش و فعالیت بدنی
مسعود علیزاده
1
,
نجمه رضائیان
2
1 - دانشجوی دکتری فیزیولوژی ورزشی، گروه تربیت بدنی و علوم ورزشی، واحد بجنورد، دانشگاه آزاد اسلامی، بجنورد، ایران
2 - گروه تربیت بدنی و علوم ورزشی، واحد بجنورد، دانشگاه آزاد اسلامی، بجنورد، ایران(نویسنده مسئول)rezaeian.n@gmail.com
کلید واژه: miR-193b, تمرینات تناوبی شدید, دیابت, مقاومت به انسولین, چاقی,
چکیده مقاله :
ریز آر ان آ هااز جمله تنظیمکنندههای کلیدی فرآیندهای زیستی بوده که در پاتوژنز بیماریهای مختلف از قبیل دیابت نوع دو نقش دارند. بنابراین، هدف از مطالعۀ حاضر بررسی اثر شش هفته تمرینات تناوبی شدید بر سطوح miR-193b بافت چربی و شاخص مقاومت به انسولین در رتهای دیابتی نر بود. 20 سر رت نر نژاد ویستار (10-12 هفته و با وزن 76/13±25/370 گرم) انتخاب و پس از القای دیابت نوع دو با رژیم غذایی پرچرب و تزریق استرپتوزوتوسین، به شیوه تصادفی در دو گروه تجربی و کنترل تقسیم شدند. رتهای دیابتی در گروه تجربی در شش هفته تمرینات HIIT دویدن روی تردمیل با تکرارهای 40 ثانیهای با 2 ثانیه استراحت فعال بین هر تکرار، 30 دقیقه در هر جلسه و پنج جلسه در هفته شرکت کردند. همۀ رتها 48 ساعت پس از آخرین جلسۀ تمرینی تشریح شده و شاخصهای مورد بررسی با استفاده از روش آزمایشگاهی مناسب مورد ارزیابی قرار گرفت. تجزیه و تحلیل دادهها با استفاده از آزمون تی مستقل و زوجی و آزمون همبستگی پیرسون در سطح معنی داری کمتر از 05/0 انجام شد. سطوح miR-193b بافت چربی پس از اجرای شش هفته HIIT در گروه تجربی در مقایسه با گروه کنترل بالاتر بود در حالی که ضمن سطوح سرمی انسولین، گلوکز ناشتای خون، شاخص مقاومت به انسولین و وزن بدن در گروه تجربی پایین تر از در مقایسه با گروه کنترل بود. علاوه بر این، اجرای شش هفته تمرینات تناوبی شدید در گروه تجربی با کاهش معنیدار وزن بدن در پس آزمون در مقایسه با پیش آزمون همراه بود. همچنین، بنابر نتایج آزمون همبستگی پیرسون بین تغییرات سطوح miR-193b بافت چربی پس از شش هفته تمرینات تناوبی شدید با تغییرات وزن بدن ارتباط معنیدار منفی وجود دارد. اجرای شش هفته HIIT ضمن بهبود ترکیب بدن، به واسطه افزایش سطوح miR-193b در بهبود مقاومت به انسولین نقش دارد.
miRNA are emerging as important regulators of key biological processes and involved in the pathogenesis of various diseases such as Type 2 diabetes. Therefore, the Purpose of this study was to investigate the effect of six weeks of high intensity interval training (HIIT) on adipose tissue levels of MiR-193b and insulin resistance index in male diabetic rats with high fat diet and streptozotocin. Twenty male wistar rat (10-12 weeks old, 370/25±13/76 gr) selected and following the induction of type 2 diabetes, the diabetic rats were randomly divided into experimental and control groups. The rats in the experimental group participated in six weeks of high intensity interval training of running on a treadmill with 40 seconds of repetitions with 2 seconds of active rest between each repetition, 30 minutes per session and five sessions per week. All rats were dissected 48 hours after the last training session and the blood indices were evaluated using appropriate laboratory methods. Data analysis were done using independent and paired t-test and Pearson's correlation test at a significance level of less than 0.05. Results: Adipose tissue levels of MiR-193b following six weeks of HIIT in experimental group were higher than control group; whereas, levels of insulin and fasting blood glucose , insulin resistance index and body weight were in the experimental group compared to the control group. Furthermore, Six weeks of high intensity interval training in experimental group caused in significant decreases in body weight in post- test compared to pre- test . Moreover, according to the Pearson correlation test, there were negative significant correlations between the changes in levels of adipose tissue levels of MiR-193b following HIIT and changes in body weight (P=0.038). Six weeks of HIIT play role in improving insulin resistance by increasing the MiR-193b levels in addition to improve body composition.
اثر تمرینات تناوبی شدید بر سطوح miR-193b بافت چربی و شاخص مقاومت به انسولین در رتهاي نر ديابتی
عنوان کوتاه: تمرینات تناوبی شدید و miR-193b
چکیده
زمینه و هدف: ریز آر ان آ ها (miRNA) از جمله تنظیمکنندههای کلیدی فرآیندهای زیستی بوده که در پاتوژنز بیماریهای مختلف از قبیل دیابت نوع دو نقش دارند. بنابراین، هدف از مطالعۀ حاضر بررسی اثر شش هفته تمرینات تناوبی شدید (HIIT) بر سطوح miR-193b بافت چربی و شاخص مقاومت به انسولین در رتهاي ديابتي نر بود.
روش تحقیق: 20 سر رت نر نژاد ویستار (10-12 هفته و با وزن 76/13±25/370 گرم) انتخاب و پس از القاي ديابت نوع دو با رژيم غذايي پرچرب و تزریق استرپتوزوتوسین، به شيوه تصادفي در دو گروه تجربی و کنترل تقسیم شدند. رتهای دیابتی در گروه تجربی در شش هفته تمرينات HIIT دويدن روي تردميل با تكرارهاي 40 ثانیهای با 2 دقیقه استراحت فعال بین هر تکرار، 30 دقیقه در هر جلسه و پنج جلسه در هفته شرکت کردند. همۀ رتها 48 ساعت پس از آخرين جلسۀ تمريني تشريح شده و شاخصهای مورد بررسی با استفاده از روش آزمایشگاهی مناسب مورد ارزیابی قرار گرفت. تجزیه و تحلیل دادهها با استفاده از آزمون تی مستقل و زوجی و آزمون همبستگی پیرسون در سطح معنی داری کمتر از 05/0 انجام شد.
یافتهها: سطوح miR-193b بافت چربی (033/0=P) پس از اجرای شش هفته HIIT در گروه تجربی در مقایسه با گروه کنترل بالاتر بود در حالی که ضمن سطوح سرمی انسولین (001/0=P)، گلوکز ناشتای خون (001/0=P)، شاخص مقاومت به انسولین (001/0=P) و وزن بدن (028/0=P) در گروه تجربی پایین تر از در مقایسه با گروه کنترل بود. علاوه بر این، اجرای شش هفته تمرینات تناوبی شدید در گروه تجربی با کاهش معنیدار وزن بدن در پس آزمون در مقایسه با پیش آزمون همراه بود (001/0=P). همچنین، بنابر نتایج آزمون همبستگی پیرسون ارتباط معکوس معنیدار بین تغییرات سطوح miR-193b بافت چربی پس از شش هفته تمرینات تناوبی شدید با تغییرات وزن بدن وجود دارد (038/0=P).
نتیجهگیری: اجرای شش هفته HIIT ضمن بهبود ترکیب بدن، ممکن است به واسطه افزایش سطوح miR-193b در بهبود مقاومت به انسولین نقش داشته باشد.
واژههای کلیدی: miR-193b، تمرینات تناوبی شدید، دیابت، مقاومت به انسولین، چاقی
مقدمه
دیابت نوع دو یکی از شایعترین بیماریهای متابولیکی در دنیا است (شروین و جاستربوف1، 2012) که با کاهش حساسیت بافتهای متابولیک به انسولین و در نتیجه کاهش عملکرد انسولین در تعدیل قند خون همراه است. در ابتدا، سلولهای بتای پانکراس با افزایش سطح ترشح انسولین سعی در جبران مقاومت محیطی به انسولین دارند؛ اما، این روند در نهایت به فرسایش این سلولها و بروز هیپرگلیسمی2 ختم میشود. تداوم در هیپرگلیسمی با گسترش اختلالات همراه با دیابت و کاهش کیفیت زندگی بیماران همراه خواهد بود (استولار3، 2010). تغییر در سبک زندگی و یا تجویز دارو در مراحل اولیۀ هیپرگلیسمی ممکن است از بروز دیابت پیشگیری کرده و یا آن را به تاخیر بیندازد (نولر4 و همکاران، 2002). با این همه، استراتژیهای پیشگیری از بیماری زمانی موثر خواهند بود که افراد در معرض خطر در مراحل اولیه شناسایی شوند. بدین منظور، حد وسط تغییر در متابولیسم گلوکز به عنوان شرایط پیش دیابتی در نظر گرفته میشود که بین گلیسمی طبیعی و دیابت قرار دارد ولی احتمال توسعۀ بیماری و تبدیل به دیابت زیاد است (سانتاگویدا5 و همکاران، 2005). با اندازهگیری سطوح قند خون ناشتا میتوان به راحتی هرگونه نقص در سطوح قند خون ناشتا را شناسایی نمود. در مقابل، برای تشخیص نقص در تحمل گلوکز (IGT)6 باید سطح گلوکز خون دو ساعت پس از دریافت قند خوراکی اندازهگیری شود. مطالعات نشان دادند خطر بروز بیماریهای مرتبط با دیابت نوع دو مانند مشکلات عروقی، به تناسب افزایش در سطح گلوکز خون در افراد مبتلا به IGT نیز وجود دارد؛ اگرچه سطوح قند خون ناشتا در بیماران مبتلا به IGT بسیار پایینتر از دامنۀ در نظر گرفته شده در شرایط دیابت میباشد (هانفلد7 و همکاران، 2003). و شاید به همین دلیل پیشنهاد شده است افراد مبتلا به IGT به عنوان بیماران دیابتی در نظر گرفته شوند (دفرونزو و عبدالغنی8، 2011). با اینهمه، افراد دارای IGT شناسایی نمیشوند تا زمانی که بیماری پیشرفت نکند. بهطوریکه، بنابر برآورد مراکز کنترل بیماریِ آمریکا در سال 2012، حدود 86 میلیون نفر (یعنی یک نفر از هر سه نفر) دارای شرایط پیش دیابتی هستند و این در حالی است که 90 درصد از این افراد از بیماری خود اطلاعی ندارند. در سال 2015 نیز فدراسیون بین المللی دیابت9 تخمین زد 318 میلیون نفر در سراسر دنیا دچار IGT هستند و این رقم تا سال 2040 به 482 میلیون نفر خواهد رسید (یانگ10 و همکاران، 2022). بنابراین، شاخصهای زیستی که بتوانند مرحلۀ پیش دیابتی و به ویژه شرایط IGT را در زمان طلایی شناسایی کنند ارزشمند خواهند بود؛ چراکه با تجویز به موقع درمانهای پیشگیرانه میتوان از بروز نوسانات خطرناک در سطوح گلوکز خون پیشگیری کرد که در نهایت به بروز دیابت نوع دو منتهی میشوند. ریز آر ان آ ها (miRNA) میتوانند از جمله این شاخصهای زیستی باشند.
ریز آر ان آ ها (miRNA) ساختارهای غیرپروتئینی کوچک هستند که RNAهایی با 22-20 نوکلئوتید هستند. MiRNAها توسط سلولهای بافتهای مختلف تولید میشوند و توسط وزیکولهایی با نام اگزوزوم11 در خون رها شده و به سلولهای همان بافت یا بافتهای دیگر منتقل میگردند (ژانگ12 و همکاران، 2015). MiRNAها بر بیان ژنی پروتئینها اثر تنظیمی به صورت پس ترجمهای دارند؛ بدین ترتیب که با اتصال به منطقۀ ترجمه نشده ׳3 (3'UTR) واقع بر RNA پیامبر (mRNA) از ترجمۀ mRNA به پروتئین جلوگیری کرده و بنابراین mRNA را به تحلیل و تخریب سوق میدهد (لای13، 2002). مطالعات اخیر اذعان دارند شناسایی برخی miRNA ویژه در مراحل اولیۀ بیماریها میتواند به عنوان شاخص زیستی به تشخیص اختلالات متابولیکی کمک کرده (آگارال14 و همکاران، 2015) و به طور اختصاصیتر هر miRNA میتواند اطلاعاتی از شرایط پاتولوژیکی ویژۀ هر ارگان ارائه دهد و متعاقباً در بهبود مداخلات بالینی مورد استفاده تاثیر بسزایی داشته باشد. MiRNAهای متعدد در پلاسمای بیماران مبتلا به بیماریهای متابولیکی مختلف از قبیل دیابت شناسایی شدهاند که در این میان، miR-193b به عنوان یک شاخص پیش بینی کنندۀ شرایط پیش دیابتی مورد توجه محققان قرار گرفته است (دورسلی15 و همکاران، 2017) که در شرایط پیش دیابتی افزایش یافته و در دیابت نوع دو کاهش مییابد (پاریزاس16 و همکاران، 2015). MiR-193b عمدتاً در بافت چربی قهوهای بیان شده و به میزان کمتر در بافت چربی سفید، عضله و سرم و پلاسما یافت میشود. MiR-193b در تمایز سلولهای چربی قهوهای و کاهش التهاب بافت چربی نقش دارد (سان17 و همکاران، 2011) و به واسطه اثر تنظیمی بر التهاب بافت چرب ممکن است بخشی از حلقۀ مفقودۀ ارتباط دهندۀ التهاب بافت چربی، چاقی و بروز مقاومت به انسولین و دیابت باشد (کولیت18 و همکاران، 2014). به طوری که، نه تنها بیان ژنی miR-193b در موشهای چاق در مقایسه با موشهای لاغر بیشتر است؛ سطوح پلاسمایی miR-193b در بیماران مبتلا به سندرم متابولیک بالاتر است (میرسون19 و همکاران، 2013؛ ساتو20 و همکاران، 2021). مطالعات انجام شده نشان دادند کاهش بیان ژنی miR-193b در بیماران چاق با بیش تنظیمیِ کموکاینِ التهابیِ لیگاند کوکاین 2 موتیف C-C (CCL2)21 همراه بوده و در مقابل بیش تنظیمی miR-193b تولید CCL2 را کاهش داده و بنابراین ضمن تاثیر بر فراخوانی سلولهای ایمنی سبب کاهش التهاب بافت چربی شده است (آرنر22 و همکاران، 2012). همچنین، بیان ژنی miR-193b قویاً با مسیرهای سیگنالی به واسطۀ فاکتور نکروز کننده تومور آلفا23 (TNF-α) نیز ارتباط دارد (ژانگ24 و همکاران، 2015). علاوه بر این، miR-193b میتواند به واسطۀ تاثیر بر فرآیند آدیپوژنز در بروز دیابت نوع دوم همراه با چاقی نقش داشته باشد. چراکه، مقاومت به انسولین و تبدیل شرایط پیش دیابتی به دیابت نوع دو حداقل تا حدودی به دلیل هیپرتروفی آدیپوسیتها رخ میدهد. در چاقی، هیپرتروفی آدیپوسیتها با کاهش تبدیل سلولهای پیشساز به آدیپوستها همراه بوده و همین نقص در آدیپوژنز سلولهای چربی ممکن است در شرایط پیش دیابتی هم رخ دهد و کاهش miR-193b بافت چربی یکی ازعلل نقص در آدیپوژنز در شرایط پیشدیابتی خواهد بود (میرا25 و همکاران، 2012). ضمن اینکه، miR-193b ممکن است ارتباط دهندۀ شرایط پیش دیابتی به بیماری کبد چرب باشد؛ چراکه، بیش تنظیمی miR-193b در شرایط هیپرگلیسمی ضمن افزایش تجمع قطرات چربی در سلولهای کبدی (هپاتوسیتها26) سبب اختلال در بیان ژنهای هماهنگ کنندۀ برداشت گلوکز، گلیکولیز، متابولیسم پیروات، سنتز و اکسیداسیون اسیدهای چرب، سنتز تریگلیسرید، ترشح لیپوپروتئین بسیار کم چگال27 (VLDL)، پیام دهی انسولین و بیوژنز میتوکندری میشود (مولت و مکادو28، 2021).
بنابراین، با توجه به اهمیت miR-193b به عنوان یک شاخص پیش دیابتی نه تنها به تشخیص زودهنگام دیابت نوع دو کمک میکند بلکه شاید بتواند به عنوان هدف درمانی در بهبود مقاومت به انسولین به ویژه در شرایط چاقی مورد استفاده قرار گیرد. مداخلات درمانی متعدد برای درمان بیماریهای متابولیکی همراه با چاقی از قبیل دیابت نوع دو عنوان شده و در این میان، بر فعالیت بدنی و ورزش به عنوان یک راهکار درمانی کم خطر و به صرفه بیشتر تاکید شده است. با توجه به ارتباط بین miR-193b و حساسیت به انسولین، این احتمال وجود دارد تمرینات ورزشی به واسطۀ تاثیر بر miR-193b ضمن پیشگیری از پیشرفت شرایط پیش دیابتی به دیابت نوع دو، در بهبود مقاومت به انسولین همراه با چاقی نقش داشته باشد. با اینهمه، در تعداد معدودی از مطالعه تاثیر تمرینات ورزشی بر miR-193b مورد بررسی قرار گرفته است؛ از جمله، پارک و مون29 و همکاران (2022) نشان دادند اجرای آزمون دو سرعت شاتل در مردان سالم و بالغ سبب افزایش سطوح ادراری miR-193b میگردد. در مقابل، پاریزاس و همکاران (2015) گزارش کردند اجرای 16 هفته مداخلۀ اصلاح زندگی شامل رژیم غذایی و تمرین ورزشی سبب کاهش سطوح miR-193b در بیماران پیش دیابتی گردید. در مطالعۀ پاریزاس و همکاران اثر پنج هفته مداخلۀ تمرینی و رژیم غذایی بر miR-193b در موشهای دچار IGT نیز بررسی شد که نتایجی مشابه با نمونه انسانی به دست آمد. بنابراین، چنین به نظر میرسد انجام مطالعات بیشتر با هدف بررسی اثر تمرینات ورزشی بر miR-193b ضروری باشد.
از دیرباز اجرای تمرینات هوازی با شدت کم یا متوسط به مدت طولانی، روشی مطلوب برای چربی سوزی و کاهش وزن بوده است (عابدی و اخوت، 2016). در این راستا، انجمن دیابت آمریکا بر اجرای حداقل 25 دقیقه تمرین هوازی با شدت متوسط، سه روز در هفته جهت کاهش وزن، بهبود کنترل گلوکز و کاهش خطر وقوع بیماریهای قلبی- عروقی تاکید کرده است (سیگال30 و همکاران، 2006)؛ اما، در دهه های اخیر، تمرینات تناوبی کم حجم اما شدید، در میان مردم محبوبیت زیادی یافته است. تمرینات تناوبی شدید تمریناتی زود اثر هستند. چرا که، در مدت زمانی کوتاهتر تغییرات فیزیولوژیکی قابل توجه به همراه داشته و برای مدت بیشتری متابولیسم بدن را بالا نگه داشته و مصرف انرژی را افزایش میدهد (گریس31 و همکاران، 2018). بنابراین، افرادی که محدودیت زمانی دارند و نمیتوانند به ورزشهای طولانی مدت بپردازند، با صرف زمان کمتر به مزیتهای تمرینات هوازی سنتی و یا حتی فراتر از آن دست پیدا میکنند (گیبالا32 و همکاران، 2012). بنابراین، پروتکل تمرینی منتخب میتواند تمرینات تناوبی شدید باشد. بنابراین، مطالعه حاضر در صدد بررسی اثر شش هفته تمرینات تناوبی شدید بر سطوح miR-193b بافت چربی و شاخص مقاومت به انسولین در رتهاي ديابتي شده بود.
روش تحقیق
مطالعه حاضر از نوع تجربی- توسعهای با طرح پس آزمون بود که با هدف بررسی اثر شش هفته تمرینات تناوبی شدید بر سطوح miR-193b بافت چربی، سطوح سرمی انسولین، گلوکز ناشتای خون، شاخص مقاومت به انسولین و وزن بدن در رتهاي ديابتي شده با رژيم غذايي پرچرب و تزریق استرپتوزوتوسین در دو گروه (يک گروه تجربي و يک گروه کنترل) انجام شد. جامعه آماري اين مطالعه را به استناد مطالعات مرتبط تعداد 20 سر رت نر نژاد ویستار با سن10-12 هفته و دامنه وزنی 400-350 گرم تشکیل میدادند که به شيوه تصادفي ساده جهت شركت در مطالعه انتخاب شدند. در ادامه، پس از القاي ديابت نوع دو، رتهاي ديابتي شده با ويژگيهاي فيزيكي و سني مشابه به شيوۀ تصادفي در دو گروه تجربی (تمرین تناوبی شدید) و کنترل (10 سر در هر گروه) تقسیم شده و بر اساس خط مشی انجمن ایرانیان حمایت از حیوانات آزمایشگاهی(NIH-Publication) مورد استفاده برای اهداف علمی و آزمایشگاهی در شرایط کنترل شده از لحاظ نور، دما و رطوبت نگهداری شدند.
در مرحله اول تحقیق، القای دیابت نوع دو انجام شد. براي القاي ديابت نوع دو، از رژيم غذايي پرچرب براي مدت شش هفته و سپس، تزريق محلول تازه تهيه شدۀ استرپتوزوتوسین (STZ) در بافر سيترات با 5/4=PH نيز به صورت داخل صفاقي با دوز 30 ميليگرم بركيلوگرم انجام گرفت. جهت تهيۀ غذاي پرچرب به غذاي استاندارد رتهاي صحرايي -كه از شركتهای معتبر خریداری شده بود- یک درصد پودر كلسترول و یک درصد روغن ذرت 100 درصد خالص اضافه شد (سان و همکاران، 2000). لازم به ذكر است استفاده از رژيم غذايي پرچرب براي هر دو گروه تا پايان مطالعه ادامه داشت. يك هفته پس از القاي ديابت، گلوكز خون ناشتا اندازهگيري گردید و قند خون بين 150 تا 400 ميليگرم بر دسي ليتر به عنوان معياري براي اطمينان از ابتلاي رتها به ديابت نوع دو در نظر گرفته شد (ایزدی و همکاران، 2016).
در ادامه، پس از القاي ديابت نوع دو، رتهاي ديابتي شده با ويژگيهاي فيزيكي و سني مشابه به شيوۀ تصادفي در دو گروه تجربی و کنترل (10 سر در هر گروه) تقسیم شدند. رتها در اتاقی به ابعاد 5 در 10متر در شرایط کنترل شده نور (12 ساعت روشنایی و 12 ساعت تاریکی؛ شروع روشنایی 6 صبح و شروع خاموشی 6 عصر)، دما (3±22 سانتی گراد) و رطوبت (60-30) نگهداری شدند. در سراسر دوره تحقیق، جابهجایی رتها توسط یک نفر انجام شد. علاوه بر این، همۀ رتها به مدت حداقل دو هفته با شرایط زندگی در حیوان خانه و نحوۀ دویدن روی تردمیل آشنا شده بودند.
با توجه به عدم دسترسی به ابزار مستقیم مانند دستگاه تجزیه و تحلیل گازهای تنفسی، از روش غیرمستقیم جهت تعیین میانگین سرعت بیشینه موش ها استفاده شد (هویدال33 و همکاران، ۲۰۰۷). بدین ترتیب که پس از 5 دقیقه گرم کردن در شدت کم (که تقریباً معادل با هشت متر در دقیقه بر روی تردمیل مخصوص جوندگان بود)، آزمون ورزشی فزاینده تا مرز خستگی انجام شد. این آزمون با سرعت 10 متر در دقیقه شروع شد و به ازای هر سه دقیقه، سه متر بر سرعت آن افزوده گردید تا جایی که حیوان دیگر قادر به دویدن نباشد (هویدال و همکاران، ۲۰۰۷). سپس، میانگین سرعت بیشینه موشهای صحرایی در گروه تمرین تناوبی برای طراحی برنامه تمرین محاسبه شد.
پروتکل تمرینی رتها در گروه تجربی شامل شش هفته تمرينات تناوبي شدید در قالب دويدن روي تردميل با تكرارهاي 40 ثانیهای با 2 دقیقه استراحت فعال بین هر تکرار، 30 دقیقه در هر جلسه و پنج جلسه در هفته بود (کلهر و همکاران، 2018) (جدول 1).
جدول 1. الگوی اجرای تمرینات تناوبی به تفکیک هفته و سرعت دویدن در مرحله تمرین و استراحت فعال در گروه تجربی | |||
هفته | تناوب فعالیت سرعت دویدن (متر بر دقیقه) | تناوب استراحت سرعت دویدن (متر بر دقیقه) | شیب تردمیل |
اول | 25 | 10 | 5 |
دوم | 25 | 10 | 10 |
سوم | 28 | 10 | 10 |
چهارم | 32 | 10 | 10 |
پنجم | 35 | 10 | 10 |
ششم | 35 | 10 | 10 |
* مدت زمان دویدن در تناوب فعالیت 40 ثانیه و در تناوب استراحت 2 دقیقه است | |||
اجراي تمرينات تناوبي در ساعت معینی از روز انجام گرفت. همۀ رتها 48 ساعت پس از آخرين جلسه تمريني تشريح شدند و شاخصهای مورد بررسی با استفاده از روش آزمایشگاهی مناسب مورد ارزیابی قرار گرفت.
روشهای آزمایشگاهی
48 ساعت پس از آخرین جلسه تمرینی (پس از 12-10 ساعت ناشتایی)، رتهای مورد مطالعه در هر گروه به واسطه تزریق درون صفاقی مخلوط کتامین 10 درصد و با دوز 50 میلیگرم بر کیلوگرم و زایلوزین 2 درصد و با دوز 10 میلیگرم بر کیلوگرم بیهوش شدند. در ادامه، بافت چربی احشایی رتها نمونهبرداری شده و پس از شستشو در سرم فیزیولوژیک در میکروتیوبهای 8/1 حاوی مایع RNAlaterTM با نسبت 20 درصد غوطهور گردید تا جهت انجام آزمایشهای بعدی مورد استفاده قرار گیرد. جهت بررسی miR-193b بافت چربی، 25 میلیگرم بافت چربی با استفاده از کیت استخراج RNA ساخت کشور آلمان [Rneasy protect mini kit (QIAGEN)] مورد آزمایش قرار گرفت. برای ساخت cDNA از کیت شرکت پارس طوس استفاده شد. پروتکل ساخت cDNA بدین شرح بود که هر نمونه در ابتدا ورتکس و اسپین شده و سپس به مدت 10 دقیقه در دمای 25 درجه سانتیگراد انکوبه میشد. آنگاه، در دستگاه ترموسایکر، به ترتیب، در دمای 4۷ درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت و 85 درجه سانتیگراد به مدت 5 دقیقه قرار داده شد. برای انجام Real Time PCR نیز از مستر میکس سایبر گرین AMPLIQON استفاده شد. از RNA پلیمراز II به عنوان ژن کنترل جهت تعیین بیان ژن مورد مطالعه استفاده گردید. CTهای مربوط به واکنشها توسط نرم افزار دستگاه Real Time PCR استخراج و ثبت شد. از روش ΔΔCT مقایسهای نیز جهت کمیسازی بیان TCFmRNA استفاده گردید. پرايمر ژن miR-193b در جدول 2 آورده شده است.
جدول2. پرایمر miR-193b برای Real Time PCR کمی | |
ژن | پرایمر |
miR-193b | F: ACACTCCAGCTGGGAACTGGCCCTCAAAGTCC R: CTCAACTGGTGTCGTGGA |
غلظت گلوکز به روش آنزیمی رنگ سنجی با فنآوری گلوکز اکسیداز و با استفاده از کیت گلوکز شرکت پارس آزمون تهران با حساسیت 5 میلی گرم بر دسی لیتر و ضریب تغییرات 5/4 درصد اندازهگیری شد. سطوح انسولین سرم نیز به روش الایزا و با استفاده از کیت تجاری شرکت مرکودیا34 ساخت کشور سوئد با حساسیت 15/0 میکروگرم بر لیتر و ضریب تغییرات 3/5 درصد اندازه گیری گردید. شاخص مقاومت به انسولین (HOMA-IR) از حاصلضرب مقدار گلوکز (ميلي مول در ليتر) در انسولين ناشتا (ميلي واحد بينالمللي در ليتر) تقسيم بر 5/22 محاسبه گردید (ماتیوز35 و همکاران، 2002).
تحلیل آماری
طبیعی بودن توزیع آماری دادهها با استفاده از شاپیرو ویلک بررسی شد. تفاوت بین گروهی برای شاخصهای مورد بررسی با استفاده از آزمون تی مستقل ارزیابی شد. براي تعيين تغييرات درون گروهي وزن بدن در دو گروه از آزمون آماري تي همبسته استفاده گرديد. از آزمون همبستگی پیرسون جهت بررسی ارتباط بین شاخصهای مورد بررسی استفاده شد. تجزیه و تحلیل آماری با استفاده از نرم افزار SPSS و در سطح معنی داری کمتر از 05/0 انجام شد.
یافتهها
میانگین و انحراف معیار شاخصهای خونی و تنسنجی مورد بررسی به تفکیک گروه های تحقیق در جدول 3 آورده شده است.
بنابر نتایج آزمون تی مستقل ضمن افزایش معنیدار سطوح miR-193b بافت چربی (033/0=P،313/2-=t)، با کاهش معنیدار سطوح سرمی انسولین (001/0=P،174/7=t)، گلوکز ناشتای خون (001/0=P،721/10=t)، شاخص مقاومت به انسولین (001/0=P،592/8=t) و وزن بدن (028/0=P،393/2=t) در گروه تجربی در مقایسه با گروه کنترل با کاهشی معنیدار همراه بود.
بنابر نتایج آزمون تی زوجی اجرای شش هفته تمرینات تناوبی شدید با کاهش معنیدار وزن بدن در گروه تجربی در پس آزمون در مقایسه با پیش آزمون همراه بوده است (001/0=P،879/7=t).
بنابر نتایج آزمون همبستگی پیرسون بین تغییرات سطوح miR-193b بافت چربی پس از شش هفته تمرینات تناوبی شدید با تغییرات وزن بدن در رتهاي ديابتي شده با رژيم غذايي پرچرب و تزریق استرپتوزوتوسین ارتباطی معنیدار وجود دارد (038/0=P،659/0-=r) (جدول 4).
جدول 3. میانگین ± انحراف معیار شاخص های خونی در گروه تجربی و کنترل در پیش‌آزمون و پس آزمون | |||
گروه ها متغیرها |
| تجربی (10=n) | کنترل (10=n) |
miR-193b | پس آزمون | 90/2±33/225 | 46/4±42/218 |
انسولین (نانوگرم بر میلی لیتر) | پس آزمون | 03/0±36/0 | 05/0±51/0 |
گلوکز (میلی گرم بر دسی لیتر) | پس آزمون | 67/8±1/148 | 81/10±1/195 |
شاخص مقاومت به انسولین | پس آزمون | 33/0±39/2 | 70/0±45/4 |
وزن بدن (گرم) | پیش آزمون | 65/11±375 | 7/14±6/365 |
پس آزمون | 02/10±5/363 | 51/19±1/380 | |
درصد تغییرات | 07/3-% | 96/3 % | |
جدول 4. ارتباط بین تغییرات miR-193b و شاخص های مورد بررسی در گروههای تحقیق | ||||||
متغیرها | انسولین | گلوکز ناشتا | شاخص مقاومت به انسولین | وزن بدن | ||
miR-193b | تجربی | ارزش r | 128/0- | 191/0- | 186/0- | 659/0- |
ارزش p | 725/0 | 597/0 | 606/0 | 038/0á | ||
کنترل | ارزش r | 090/0 | 232/0 | 131/0 | 592/0 | |
ارزش p | 804/0 | 519/0 | 719/0 | 883/0 | ||
á معنی داری در سطح 05/0>P | ||||||
بحث
با توجه به بررسیهای انجام شده، پژوهش حاضر اولین مطالعۀ انجام شده در بررسی اثر شش هفته تمرینات تناوبی شدید بر سطوح miR-193b بافت چربی در رتهاي ديابتي بود. بنابر نتایج مطالعه حاضر اجرای شش هفته تمرینات تناوبی شدید با افزایشی معنیدار در سطوح miR-193b بافت چربی همراه بود.
پروفایل miRNA ماهیتی پویا دارد و تغییرات آن ممکن است از فنوتیپ متابولیکی، پیامرسانی وجود بیماری و پاسخ به مداخلههایی درمانی تاثیر بگیرد (نیلسون36 و همکاران، 2014). از جمله، تمرینات ورزشی کوتاه مدت و طولانی مدت میتواند پروفایل miRNA را تغییر دهد (نیلسون و همکاران، 2014). اگرچه، نیلسون و همکاران (2014) بر عدم تغییر miR-193b به دنبال تمرینات استقامتی حاد و مزمن تاکید داشتند؛ نتایج مطالعه حاضر با یافتههای نتایج پارک و مون (2022) مبنی بر افزایش سطوح ادراری miR-193b پس از اجرای آزمون دو سرعت شاتل در مردان سالم و بالغ همخوانی دارد. با اینهمه، سطوح ادراری miR-193b یک ساعت پس از اجرای دو شاتل کاهشی معنیدار یافت. اجرای فعالیت ورزشی تا سر حد واماندگی میتواند با درجاتی خفیف از هیپرگلیسمی همراه باشد که تا یک ساعت پس از فعالیت ورزشی نیز ممکن است تداوم داشته باشد. بروز پاسخ هیپرگلیسمی نیز با ایجاد هیپرانسولینمی در دوره بازیافت پس از فعالیت ورزشی شدید همراه خواهد بود (مارلیس و رانیس37، 2002). با اینهمه، یک وهله فعالیت ورزشی میتواند سبب بهبود حساسیت به انسولین به مدت 16 ساعت پس از اجرای فعالیت گردد (بوروقرتز و کیزر38، 2000). بنابراین، با توجه به افزایش سطوح miR-193b در بیماران مبتلا به مقاومت به انسولین در مقایسه با همتایان با حساسیت به انسولین (فلاورز39 و همکاران، 2015)، بروز تغییرات miR-193b در مطالعه پارک و مون قابل انتظار است. بهطوریکه با ایجاد هیپرگلیسمی در یک ساعت پس از اجرای فعالیت ورزشی شدید شاهد افزایش miR-193b بوده و در ادامه با گذشت یک ساعت پس از فعالیت و بهبود حساسیت به انسولین سطوح miR-193b نیز کاهش یافت. با اینهمه، در مطالعه حاضر پروتکل تمرینی هر چند از نوع شدید بوده ولی به مدت شش هفته اجرا گردید و بنابراین، انتظار میرفت همراستا با مطالعۀ پاریزاس و همکاران (2015) که با کاهش سطوح miR-193b و بهبود تحمل گلوکز پس از 16 هفته مداخلۀ اصلاح زندگی شامل رژیم غذایی و تمرین ورزشی همراه بود، در مطالعۀ ما نیز ضمن بهبود مقاومت به انسولین، تغییرات miR-193b روندی کاهشی داشته باشد که البته این یافته حاصل نشد. با اینحال، بنابر نتایج مطالعه حاضر، اجرای شش هفته تمرینات تناوبی شدید با کاهش سطوح انسولین سرم، گلوکز ناشتای خون و کاهش شاخص مقاومت به انسولین در موشهای دیابتی همراه بود. اما، با وجود بهبود حساسیت انسولین و کاهش گلوکز خون در گروه تجربی در مقایسه با گروه کنترل (148 در مقایسه با 195)، همچنان سطح گلوکز ناشتا از دامنه طبیعی بالاتر بوده و رتها همچنان در شرایط پیش دیابتی بودند. علاوه بر این، با هدف کاهش اثر التهاب ناشی از آخرین جلسه تمرینی بر نتایج تحقیق، رتها 48 ساعت پس از پایان پروتکل تمرینی تشریح شدند که خود میتواند از سازگاری حاصل از تمرین کاسته و با بالا بودن سطح گلوکز خون در رت های دیابتی سبب افزایش miR-193B شده باشد.
تمرینات ورزشی در طولانی مدت به واسطۀ سازوکارهای متعدد میتوانند سبب بهبود مقاومت به انسولین بهویژه در شرایط چاقی و اضافه وزن گردد. از آنجا که برخی مطالعات بر افزایش miR-193b در شرایط پیش دیابتی و کاهش miR-193b در شرایط دیابتی اذعان دارند (پاریزاس و همکاران، 2015)، این احتمال وجود دارد در مطالعه حاضر القاء شرایط دیابت در موشها در ابتدا سبب بروز دیابت نوع دو و متعاقباً کاهش miR-193b گردیده و در ادامه اجرای شش هفته تمرینات تناوبی شدید سبب افزایش جبرانی miR-193b بافت چربی و متعاقباً بهبود حساسیت به انسولین شده باشد.
شدت و مدت زمان فعالیت ورزشی در متابولیسم انرژی نقشی مهم بازی میکنند. بهطوریکه، کاهش محتوای چربی احشایی پس از اجرای تمرینات تناوبی شدید در مقایسه با تمرینات با شدت متوسط بیشتر بوده و بنابراین حساسیت انسولین به دنبال اجرای این نوع از تمرینات بهبود خواهد یافت (کوکر40 و همکاران، 2006). بیش از یک دهه است که مشخص شده است اختلال در عملکرد بافت چربی ارتباط دهندۀ اصلی بین چاقی و سندرم متابولیک و دیابت نوع دو میباشد (رابرت41 و همکاران، 2013). چراکه، امروزه بافت چربی را به عنوان یک ارگان فعالِ متابولیکیِ درونریز تعریف میکنند که انواع مختلفی از سیتوکاینها، کموکاینها و آدیپوکاینها را به شیوه پاراکراین، اتوکرین و اندوکرین ترشح میکند (بلوهر42، 2009). بنابراین، همچون گذشته بافت چربی به عنوان ارگانی غیرفعال که تنها مسئول ذخیره انرژی است در نظر گرفته نمیشود؛ بلکه، امروزه بافت چربی به عنوان بزرگترین ارگان اندوکرین بدن شناخته شده است که به واسطۀ سنتز و ترشح بیش از 100 نوع عامل متابولیکی بر فرآیندهای مختلف سوخت وساز از قبیل متابولیسم گلوکز، اشتها، پیامرسانی التهابی، عملکرد ایمنی، آنژیوژنز، فشارخون و تولیدمثل در بافتهای مختلف همچون مغز، کبد قلب و عضله اثر تنظیمی دارد (رابرت و همکاران، 2013). در این میان، سیتوکاینهای مترشحه از بافت چربی را میتوان در دو دسته کلی: 1) پیشبرنده التهاب و 2) ضدالتهابی تقسیم نمود. آدیپونکتین از جمله سایتوکاینهای ضدالتهابی است که به دنبال چاقی و دیابت نوع دو کاهش مییابد و در مقابل، کاهش وزن و بهبود ترکیب بدن با افزایش آدیپونکتین سرم و متعاقباً بهبود حساسیت به انسولین همراه خواهد بود (آریتا43 و همکاران، 1999؛ هارا44 و همکاران، 2002؛ گلیسون45 و همکاران، 2011). آدیپونکتین قادر است مقاومت به انسولینِ عضلۀ اسکلتی را از طریق افزایش اکسیداسیون اسیدهای چرب آزاد و کاهش بیان ژنهای مرتبط با فرآیند گلوکونئوژنز در کبد، کم میکند (یامئوچی46 و همکاران، 2002؛ یون47 وهمکاران، 2006). در مطالعۀ حاضر سطوح آدیپونکتین اندازهگیری نشد. اما با توجه به کاهش وزن موشهای دیابتی پس از شش هفته تمرینات تناوبی شدید این احتمال وجود دارد سطوح آدیپونکتین افزایش یافته و بنابراین مقاومت به انسولین بهبود یافته باشد. ضمن اینکه، با توجه به وجود ارتباط مثبت بین miR-193b و آدیپونکتین (بلاربی48 و همکاران، 2015) ممکن است افزایش بیان ژنی miR-193b در بافت چربی سبب افزایش بیشتر ترشح آدیپونکتین شده باشد. مطالعات انجام شده نشان دادند miR-193b بیان ژنی یکی از زیرواحدهای تشکیل دهنده فاکتور رونویسی هستهای گاما (NF-γ)49 را مهار میکند که فعالیت پروموتور آدیپونکتین را حدود 20 درصد کاهش میدهد (بلاربی و همکاران، 2015؛ پارک و همکاران، 2004) و بنابراین سبب بهبود عملکرد آدیپونکتین میشود. علاوه بر آدیپونکتین، miR-193b بر بیان ژنی اینترلوکین-6 (IL-6) نیز اثر تنظیمی دارد.
اینترلوکین-6 در شرایط استراحتی عمدتاً از بافت چربی ترشح شده و سطوح در گردش IL-6 در افراد چاق بیشتر است (رابرت و همکاران، 2013). اینترلوکین-6 سبب بروز مقاومت به انسولین در کبد و بافت چربی میشود. این سایتوکاین به واسطۀ مسیر پیامرسانی JAK/STAT3 در فرآیند فسفریله شدنِ سوبسترای گیرندۀ انسولین (IRS-1)50 اختلال ایجاد کرده و مسیر پیامرسانی انسولین را با تخریب و تجزیۀ IRS-1 منقطع میکند (سن51 و همکاران، 2002؛ روتر52 و همکاران، 2003). علاوه بر این، IL-6 میتواند با القاء لیپولیز بافت چربی سبب پیشبرد مقاومت به انسولین گردد (پترسون53 و همکاران، 2005). در مقابل، کاهش محتوای بافت چربی و بهبود حساسیت انسولین با کاهش سطوح IL-6 همراه میباشد (بستارد54 و همکاران، 2000). اگرچه، سطوح IL-6 در مطالعه حاضر ارزیابی نگردید؛ از آنجا که افزایش بیان ژنی miR-193b در آدیپوسیتهای چربی زیرپوستی نمونههای انسانی باعث کاهش ترشح اینترلوکین-6 میشود (آرنر و همکاران، 2012)، این احتمال وجود دارد اجرای شش هفته تمرینات تناوبی شدید ضمن بهبود ترکیب بدن، سبب افزایش miR-193b و متعاقباً کاهش سطوح IL-6 منجربه بهبود مقاومت به انسولین در رتهای دیابتی شده باشد. ژن دیگری که توسط miR-193b تنظیم میشود CCL2 میباشد که به عنوان پروتئین جاذب شیمیایی مونوسیت-1 (MCP-1)55 نیز معرفی شده است.
CCL-2 کموکاینی است که در بافت چربی تولید شده و به نفوذ مونوسیتهای گردش خون به بافت چربی کمک کرده و پاسخهای التهابیِ مسئولِ مقاومت به انسولین را به راه میاندازد (ریلی و سالتیل56، 2017). MiR-193b ترشح CCL2 از آدیپوسیتهای چربی زیرپوستی انسان را کاهش میدهد. اگرچه، miR-193b به طور مستقیم CCL2 را مورد هدف قرار نمیدهد؛ بیان ژنی این کموکاین را به واسطۀ اثر تنظیمی بر بیان ژنی فاکتورهای رونویسی CCL2 کنترل میکند (بلاربی و همکاران، 2015) و بنابراین در تعدیل مقاومت به انسولین نقش دارد. در مطالعه حاضر تغییرات CCL2 نیز ارزیابی نشد. با اینهمه، با توجه به همبستگی منفی بین MiR-193b و CCL2 (بلاربی و همکاران، 2015)، کاهش CCL2 به دنبال افزایش MiR-193b در سازگاری به تمرین میتواند دیگر سازوکار درگیر در بهبود مقاومت به انسولین با میانجیگری MiR-193b باشد.
نتیجهگیری
نتایج تحقیق حاضر نشان داد اجرای هشت هفته تمرینات تناوبی شدید در رتهای دیابتی ضمن افزایش معنیدار miR-193b بافت چربی با کاهش معنیدار سطوح سرمی انسولین، گلوکز ناشتا، شاخص مقاومت به انسولین و وزن بدن در گروه تجربی در مقایسه با کنترل همراه بود. اگرچه عدم امکان اندازهگیری miR-193b در مراحل مختلف تحقیق و عدم اندازهگیری برخی شاخصهای التهابی و ضدالتهابی میانجی از جمله محدودیتهای تحقیق حاضر به شمار میرود؛ به نظر میرسد miR-193b میتواند یکی از عوامل مهم در میانجیگری آثار حفاظتی انواع مختلف تمرینات ورزشی در برابر دیابت نوع دو باشد. با اینهمه، با توجه به نتایج متناقض از اندک مطالعات موجود در بررسی اثر تمرینات ورزشی بر miR-193b انجام مطالعات گسترده جهت تعیین سازوکارهای میانجی ضروری به نظر میرسد.
تضاد منافع
نویسندگان این مقاله، هیچ نفع متقابلی از انتشار آن ندارند.
تشکر و قدردانی
این مقاله برگرفته از پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد بجنورد میباشد. بدینوسیله، از همۀ عزیزانی که ما را در اجرای این تحقیق یاری رساندند، نهایت تشکر و قدردانی را داریم.
منابع
Abedi, B., Okhovat, E. (2016). The Effect of 8 Weeks of High-Intensity Interval Training (HIIT) on Serum Adiponectin Levels and Insulin Resistance of Women with Type 2 Diabetes. Journal of Sport Biosciences. 8(3): 411-426. [In Persian]
Agarwal, V., Bell, G.W., Nam, J.W., Bartel, D.P. (2015). Predicting effective microRNA target sites in mammalian mRNAs. eLife. 4: e05005.
Arita, Y., Kihara, S., Ouchi, N., Takahashi, M., Maeda, K., Miyagawa, J.i., Hotta, K., Shimomura, I., Nakamura, T., Miyaoka, K., Kuriyama, H., Nishida, M., Yamashita, S., Okubo, K., Matsubara, K., Muraguchi, M., Ohmoto, Y., Funahashi, T., Matsuzawa, Y. (1999). Paradoxical decrease of an adipose-specific protein, adiponectin, in obesity. Biochemical and Biophysical Research Communications. 257:79–83.
Arner, E., Mejhert, N., Kulyté, A., Balwierz, P.J., Pachkov, M., Cormont, M., Lorente-Cebrián, S., Ehrlund, A., Laurencikiene, J., Hedén, P., Dahlman-Wright, K., Tanti, J.F., Hayashizaki. Y., Rydén, M., Dahlman, I., van Nimwegen, E., Daub, C.O., Arner, P. (2012). Adipose tissue microRNAs as regulators of CCL2 production in human obesity. Diabetes. 61(8): 1986–1993.
Bastard, J.P., Jardel, C., Bruckert, E., Blondy, P., Capeau, J., Laville, M., Vidal, H., Hainque, B. (2000). Elevated levels of interleukin 6 are reduced in serum and subcutaneous adipose tissue of obese women after weight loss. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 85:3338–3342.
Belarbi, Y., Mejhert, N., Lorente-Cebrián, S., Dahlman, I., Arner, P., Rydén, M., Kulyté, A. (2015). MicroRNA-193b Controls Adiponectin Production in Human White Adipose Tissue. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 100(8): E1084–E1088.
Blüher, M. (2009). Adipose tissue dysfunction in obesity. Experimental and Clinical Endocrinology and Diabetes. 117:241–250.
Borghouts, L.B., Keizer, H.A. (2000). Exercise and insulin sensitivity: a review. International Journal of Sports Medicine. 21(1):1–12.
Coker, R.H., Hays, N.P., Williams, R.H., Brown, A.D., Freeling, S.A., Kortebein, P.M., Sullivan, D.H., Starling, R.D., Evans, W.J. (2006). Exercise-induced changes in insulin action and glycogen metabolism in elderly adults. Medicine and Science in Sports and Exercise. 38:433–438.
DeFronzo, R.A., Abdul-Ghani, M. (2011). Assessment and treatment of cardiovascular risk in prediabetes: impaired glucose tolerance and impaired fasting glucose. American Journal of Cardiology. 108(3 suppl):3B–24B.
Dorcely, B., Katz, K., Jagannathan, R., Chiang, S.S., Oluwadare, B., Goldberg, I.J., Bergman, M. (2017). Novel biomarkers for prediabetes, diabetes, and associated complications. Diabetes, Metabolic Syndrome and Obesity. 10: 345-361.
Eizadi, M., Ravasi, A.A., Soory, R., Baesi, K., Choobineh, S. (2016). The Effect of Three Months of Resistance Training on TCF7L2 Expression in Pancreas Tissues of Type 2 Diabetic Rats. Avicenna Journal of Medical Biochemistry. 4(1):e34014.
Flowers, E., Aouizerat, B., Abbasi, F., Lamendola, C., Grove, K.M., Reaven, G.M. (2015). Circulating MicroRNA-320a and MicroRNA-486 Predict Thiazolidinedione Response: Moving Towards Precision Health for Diabetes Prevention. Metabolism. 64(9): 1051–1059.
Gibala, M.J., Little, J.P., MacDonald, M.J., Hawley, J.A. (2012). Physiological adaptations to low‐volume, high‐intensity interval training in health and disease. Journal of Physiology. 590(5):1077-84.
Gleeson, M., Bishop, N.C., Stensel, D.J., Lindley, M.R., Mastana, S.S., Nimmo, M.A. (2011). The anti-inflammatory effects of exercise: Mechanisms and implications for the prevention and treatment of disease. Nature Reviews Immunology. 11:607–615.
Grace, F., Herbert, P., Elliott, A.D., Richards, J., Beaumont, A., Sculthorpe, N.F. (2018). High intensity interval training (HIIT) improves resting blood pressure, metabolic (MET) capacity and heart rate reserve without compromising cardiac function in sedentary aging men. Experimental Gerontology. 109:75-81.
Hanefeld, M., Koehler, C., Fuecker, K., Henkel, E., Schaper, F., Temelkova-Kurktschiev, T. (2003). Insulin secretion and insulin sensitivity pattern is different in isolated impaired glucose tolerance and impaired fasting glucose: the risk factor in Impaired Glucose Tolerance for Atherosclerosis and Diabetes study. Diabetes Care. 26: 868– 874.
Hara, K., Boutin, P., Mori, Y., Tobe, K., Dina, C., Yasuda, K., Yamauchi, T., Otabe, S., Okada, T., Eto, K., Kadowaki, H., Hagura, R., Akanuma, Y., Yazaki, Y., Nagai, R., Taniyama, M., Matsubara, K., Yoda, M., Nakano, Y., Kimura, S., Tomita, M., Ito, C., Froguel, P., Kadowaki, T. (2002). Genetic variation in the gene encoding adiponectin is associated with an increased risk of type 2 diabetes in the Japanese population. Diabetes. 51:536–540.
Høydal, M.A., Wisløff, U., Kemi, O.J., Ellingsen, O. (2007). Running speed and maximal oxygen uptake in rats and mice: practical implications for exercise training. European journal of cardiovascular prevention and rehabilitation: official journal of the European Society of Cardiology, Working Groups on Epidemiology and Prevention and Cardiac Rehabilitation and Exercise Physiology. 14(6), 753–760.
Kalhor, H., Peeri, M., Matin Homaee, H., Izadi, M. (2018). The Effect of 6 Weeks Resistance Training and HITT on GLP-1 Gene Expression of Diabetic Rats. Iranian Journal of Diabetes and Obesity. 10(1): 42-9. [In Persian]
Knowler, W.C., Barrett-Connor, E., Fowler, S.E., Hamman, R.F., Lachin, J.M., Walker, E.A., Nathan, D.M. (2002). Diabetes Prevention Program Research Group. Reduction in the incidence of type 2 diabetes with lifestyle intervention or metformin. New England Journal of Medicine. 346: 393–403.
Kulyté, A., Belarbi, Y., Lorente-Cebrián, S., Bambace, C., Arner, E., Daub, C.O., Hedén, P., Rydén, M., Mejhert, N., Arner, P. (2014). Additive effects of microRNAs and transcription factors on CCL2 production in human white adipose tissue. Diabetes. 63(4):1248-58.
Lai, E.C. (2002). Micro RNAs are complementary to 3’ UTR sequence motifs that mediate negative posttranscriptional regulation. Nature Genetics. 30 (4): 363–364.
Marliss, E.B., Vranic, M. (2002). Intense exercise has unique effects on both insulin release and its roles in glucoregulation: Implications for diabetes. Diabetes. 51:271–283.
Mirra, P., Desiderio, A., Spinelli, R., Nigro, C., Longo, M., Parrillo, L., D'Esposito, V., Carissimo, A., Hedjazifar, S.H., Smith, U.F., Formisano, P., Miele, C., Raciti, G.A., Beguinot, F. (2021). Adipocyte precursor cells from first degree relatives of type 2 diabetic patients feature changes in hsa-mir-23a-5p, -193a-5p, and -193b-5p and insulin-like growth factor 2 expression. Federation of American Societies for Experimental Biology Journal. 35(4):e21357.
Mathews, S.T., Chellam, N., Srinivas, P.R., Cintron, V.J., Leon, M.A., Goustin, A.S., Grunberger, G. (2000). α2-HSG, a specific inhibitor of insulin receptor autophosphorylation, interacts with the insulin receptor. Molecular and Cellular Endocrinology. 164(1-2), 87-98.
Meerson, A., Traurig, M., Ossowski, V., Fleming, J.M., Mullins, M., Baier, L.J. (2013). Human adipose microRNA-221 is upregulated in obesity and affects fat metabolism downstream of leptin and TNF-α. Diabetologia. 56:1971–1979.
Mollet, I.G., Macedo, M.P. (2023). Pre-diabetes linked microRNA miR-193b-3p targets PPARGC1A and increases lipid accumulation in hepatocytes: potential biomarker of fatty liver disease. International Journal of Molecular Sciences. 24(4):3875.
Nielsen, S., Åkerström, T., Rinnov, A., Yfanti, C., Scheele, C., Pedersen, B.K., Laye, M.J. (2014). The miRNA Plasma Signature in Response to Acute Aerobic Exercise and Endurance Training. PLoS One. 9(2): e87308.
Park S, Moon HY. (2022). Urinary extracellular vesicle as a potential biomarker of exercise‑induced fatigue in young adult males. European Journal of Applied Physiology. 122:2175–2188.
Párrizas, M., Brugnara, L., Esteban, Y., González-Franquesa, A., Canivell, S., Murillo, S., Gordillo-Bastidas, E., Cussó, R., Cadefau, J.A., García-Roves, P.M., Servitja, J.M., Novials, A. (2015). Circulating miR-192 and miR-193b Are Markers of Prediabetes and Are Modulated by an Exercise Intervention. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 100(3):E407–E415.
Petersen, E.W., Carey, A.L., Sacchetti, M., Steinberg, G.R., Macaulay, S.L., Febbraio, M.A., Pedersen, B.K. (2005). Acute IL-6 treatment increases fatty acid turnover in elderly humans in vivo and in tissue culture in vitro. American Journal of Physiology, Endocrinology and Metabolism. 288(1):E155-62.
Reilly, S.M., Saltiel, A.R. (2017). Adapting to obesity with adipose tissue inflammation. Nature Reviews Endocrinology. 13(11): 633–643.
Roberts, C.K., Hevener, A.L., Barnard, R.J. (2013). Metabolic Syndrome and Insulin Resistance: Underlying Causes and Modification by Exercise Training. Comprehensive Physiology. 3(1): 1–58.
Rotter, V., Nagaev, I., Smith, U. (2003). Interleukin-6 (IL-6) induces insulin resistance in 3T3-L1 adipocytes and is, like IL-8 and tumor necrosis factor-alpha, overexpressed in human fat cells from insulin-resistant subjects. Journal of Biological Chemistry. 278(46): 45777–45784.
Santaguida, P.L., Balion, C., Hunt, D., Morrison, K., Gerstein, H., Raina, P., Booker, L., Yazdi, H. (2005). Diagnosis, prognosis, and treatment of impaired glucose tolerance and impaired fasting glucose. Evidence report/technology assessment (Summ). 128: 1–11.
Satoh, T., Wang, L., Espinosa-Diez, C., Wang, B., Hahn, S.A., Noda, K., Rochon, E.R., Dent, M.R., Levine, A.R., Baust, J.J., Wyman, S., Wu, Y.L., Triantafyllou, G.A., Tang, Y., Reynolds, M., Shiva, S., Hilaire, C.S., Gomez, D., Goncharov, D.A., Goncharova, E.A., Chan, S.Y., Straub, A.C., Lai, Y.C., McTiernan, C.F., Gladwin, M.T. (2021). Metabolic Syndrome Mediates ROS-miR-193b- NFYA–Dependent Downregulation of Soluble Guanylate Cyclase and Contributes to Exercise- Induced Pulmonary Hypertension in Heart Failure With Preserved Ejection Fraction. Circulation. 144: 615–637.
Senn, J.J., Klover, P.J., Nowak, I.A., Mooney, R.A. (2002). Interleukin-6 induces cellular insulin resistance in hepatocytes. Diabetes. 51(12): 3391–3399.
Sherwin, R., Jastreboff, A.M. (2012). Year in diabetes 2012: the diabetes tsunami. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 97(12):4293–4301.
Sigal, R.J., Kenny, G.P., Wasserman, D.H., Castaneda-Sceppa, C., White, R.D. (2006). Physical activity/exercise and type 2 diabetes: a consensus statement from the American Diabetes Association. Diabetes care. 29(6):1433-8.
Stolar, M. (2010). Glycemic control and complications in type 2 diabetes mellitus. American Journal of Medicine. 123(3 suppl):S3–S11.
Sun, L., Xie, H., Mori, M.A., Alexander, R., Yuan, B., Hattangadi, S.M., Liu, Q., Kahn, C.R., Lodish, H.F. (2011). Mir193b-365 is essential for brown fat differentiation. Nature Cell Biology. 13(8):958–965.
Sun, Y.P., Lu, N.C., Parmley, W.W., Hollenbeck, C.B. (2000). Effect of cholesterol diets on vascular function and Atherogenesis in rabbits. Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine; 224(3): 166-71.
Yamauchi, T., Kamon, J., Minokoshi, Y., Ito, Y., Waki, H., Uchida, S., Yamashita, S., Noda, M., Kita, S., Ueki, K., Eto, K., Akanuma, Y., Froguel, P., Foufelle, F., Ferre, P., Carling, D., Kimura, S., Nagai, R., Kahn, B.B., Kadowaki, T. (2002). Adiponectin stimulates glucose utilization and fatty-acid oxidation by activating AMP-activated protein kinase. Nature Medicine. 8(11): 1288–1295.
Yang, S., Yang, G., Wu, H., Kang, L., Xiang, J., Zheng, P., Qiu, S., Liang, Z., Lu, Y., Jia, L. (2022) MicroRNA-193b impairs muscle growth in mouse models of type 2 diabetes by targeting the PDK1/Akt signalling pathway. Diabetologia. 65(3):563-581.
Yoon, M.J., Lee, G.Y., Chung, J.J., Ahn, Y.H., Hong, S.H., Kim, J.B. (2006). Adiponectin increases fatty acid oxidation in skeletal muscle cells by sequential activation of AMP-activated protein kinase, p38 mitogen-activated protein kinase, and peroxisome proliferator-activated receptor alpha. Diabetes. 55(9): 2562–2570.
Zhang, J., Li, S., Li, L., Li, M., Guo, C., Yao, J., Mi, S. (2015). Exosome and exosomal microRNA: trafficking, sorting, and function. Genomics Proteomics Bioinformatics. 13(1): 17–24.
Zhang, X.M., Guo, L., Chi, M.H., Sun, H.M., Chen, X.W. (2015). Identification of active miRNA and transcription factor regulatory pathways in human obesity-related inflammation. BMC Bioinformatics. 16, 76.
[1] Sherwin R and Jastreboff AM
[2] Hyperglycaemia
[3] Stolar M
[4] Knowler WC
[5] Santaguida PL
[6] Impaired Glucose Tolerance (IGT)
[7] Hanefeld M
[8] DeFronzo RA and Abdul-Ghani M
[9] International Diabetes Federation
[10] Yang S
[11] Exosome
[12] Zhang J
[13] Lai EC
[14] Agarwal V
[15] Dorcely B
[16] Párrizas M
[17] Sun L
[18] Kulyté A
[19] Meerson A
[20] Satoh T
[21] Chemokine (C-C motif) Ligand 2 (CCL2)
[22] Arner E
[23] Tumor Necrosis Factor- Alpha (TNF-α)
[24] Zhang XM
[25] Mirra P
[26] Hepatocyte
[27] Very Low Lipoprotein (VLDL)
[28] Mollet IG andMacedo MP
[29] Park S and Moon HY
[30] Sigal RJ
[31] Grace F
[32] Gibala MJ
[33] Høydal MA
[34] Mercodia
[35] Mathews ST
[36] Nielsen, S
[37] Marliss EB and Vranic M
[38] Borghouts LB and Keizer HA
[39] Flowers E
[40] Coker RH
[41] Roberts CK
[42] Blüher M
[43] Arita Y
[44] Hara K
[45] Gleeson M
[46] Yamauchi T
[47] Yoon MJ
[48] Belarbi Y
[49] Nuclear Transcription Factor γ (NF-γ)
[50] Insulin Receptor Substrate 1 (IRS-1)
[51] Senn JJ
[52] Rotter V
[53] Petersen EW
[54] Bastard JP
[55] Monocyte Chemoattractant Protein 1 (MCP-1)
[56] Reilly SM and Saltiel AR
Effect of High Intensity Interval Training on Adipose Levels of MiR-193b and Insulin Resistance Index in Male Diabetic Rats
Abstract
Background and Aim: The microRNAs (miRNA) are emerging as important regulators of key biological processes and involved in the pathogenesis of various diseases such as Type 2 diabetes. Therefore, the Purpose of this study was to investigate the effect of six weeks of high intensity interval training (HIIT) on adipose tissue levels of MiR-193b and insulin resistance index in male diabetic rats with high fat diet and streptozotocin.
Material and Methods: Twenty male wistar rat (10-12 weeks old, 370/25±13/76 gr) selected and following the induction of type 2 diabetes, the diabetic rats were randomly divided into experimental and control groups.rats in the experimental group participated in six weeks of high intensity interval training of running on a treadmill with 40 seconds of repetitions with 2 seconds of active rest between each repetition, 30 minutes per session and five sessions per week. All rats were dissected 48 hours after the last training session and the blood indices were evaluated using appropriate laboratory methods. Data analysis were done using independent and paired t-test and Pearson's correlation test at a significance level of less than 0.05.
Results: Adipose tissue levels of MiR-193b (P=0.033) following six weeks of HIIT in experimental group were higher than control group; whereas, levels of insulin (P=0.000) and fasting blood glucose (P=0.000), insulin resistance index (P=0.000) and body weight (P=0.028) were in the experimental group compared to the control group. Furthermore, Six weeks of high intensity interval training in experimental group caused in significant decreases in body weight in post- test compared to pre- test (P=0.000). Moreover, according to the Pearson correlation test, there were negative significant correlations between the changes in levels of adipose tissue levels of MiR-193b following HIIT and changes in body weight (P=0.038).
Conclusion: Six weeks of HIIT probably play role in improving insulin resistance by increasing the MiR-193b levels in addition to improve body composition.
Key Words: MiR-193b, High Intensity Interval Training, Diabetes, Insulin Resistance, Obesity