Departamentul de Kinesiologie, Universitatea Sportivă Shenyang, Shenyang, Liaoning, China;

Departamentul de Kinesiologie, Universitatea Sportivă Shenyang, Shenyang, Liaoning, China;

Departamentul de Educație Fizică, Universitatea Minnan Normal, Zhangzhou, Fujian, China; și

Colegiul PE al Universității Normale din Beijing, Beijing, China

Departamentul de Kinesiologie, Universitatea Sportivă Shenyang, Shenyang, Liaoning, China;

Departamentul de Kinesiologie, Universitatea Sportivă Shenyang, Shenyang, Liaoning, China;

Departamentul de Kinesiologie, Universitatea Sportivă Shenyang, Shenyang, Liaoning, China;

Departamentul de Kinesiologie, Universitatea Sportivă Shenyang, Shenyang, Liaoning, China;

Adresa pentru solicitări de reimprimare și alte corespondențe: B. Chang, Departament. of Kinesiology, Shenyang Sport Univ. 36 din Jinqiansong E. Rd., Sujiatun Dist., Shenyang, Liaoning, China (e-mail: [email protected]).

Abstract

Animale.

Pentru acest studiu, au fost obținuți 45 de șoareci C57BL/6J de sex masculin nou înțărcați de 4 până la 5 săptămâni (masa corporală: 15,10 ± 0,32 g) de la Beijing Vital River Laboratory Animal Technology (Beijing, China) cu numărul permis SCXK (Beijing) 2014 -0001. Experimentele pe animale au fost efectuate în conformitate cu Managementul și utilizarea animalelor experimentale promulgat de Ministerul Sănătății din Republica Populară Chineză în 1998. Toate experimentele din acest studiu au fost aprobate de comitetul de etică al Universității Sportive Shenyang. S-au făcut toate eforturile pentru a reduce la minimum numărul animalelor folosite și suferința lor. Animalele au fost adăpostite la temperatura camerei (22 ± 5 ° C), o umiditate relativă de 50 ± 10%, un ciclu lumină-întuneric de 12/12 h și li s-a furnizat hrană și apă ad libitum. Fiecare cușcă nu adăpostea mai mult de cinci șoareci, iar apa potabilă și așternutul erau schimbate de două ori pe săptămână.

Conținutul nutrițional al dietei normale cu conținut scăzut de grăsimi (ND) și HFD a fost descris anterior (24). Pe scurt, ND cu conținut scăzut de grăsimi conținea 6% ulei de rapiță și 30,5% amidon de grâu în greutate, iar HFD conținea 21% unt limpezit și 15,5% amidon de grâu în greutate. Celelalte conținuturi nutriționale ale celor două diete erau identice; energia digerabilă pentru ND și HFD cu conținut scăzut de grăsimi a fost de 16,1 și respectiv 19,4 MJ/kg. Dietele au fost obținute de la Jianmin (Shenyang, China).

Configurarea modelului de obezitate la șoarece indusă de HFD.

Din cei 45 de șoareci masculi C57BL/6J, 10 animale selectate aleatoriu au fost desemnate ca grupul ND și hrănite cu ND, iar restul de 35 de șoareci au fost desemnate grupul HFD și hrănite cu HFD. După 10 săptămâni, cu excepția a patru șoareci care nu au dezvoltat obezitate, greutatea medie a șoarecilor rămași a fost> 120% din cea a grupului de control normal (NC), îndeplinind standardul pentru un model de obezitate animală (6). Șoarecii din grupul HFD au fost subdivizați în mod aleatoriu în următoarele trei grupuri: 10 șoareci din grupul de control al obezității (OC), 10 șoareci din grupul de exerciții cu volum moderat de obezitate (OME) și 11 șoareci în exercițiul cu volum mare de obezitate ( Grup OHE). Greutatea șoarecilor din cele trei grupuri nu a diferit semnificativ (P > 0,05). Șoarecii din grupul ND cuprindeau grupul NC (Fig. 1).

transducției

FIG. 1.Gruparea animalelor. Pentru acest studiu, șoareci de sex masculin C57BL/6J de 4 până la 5 săptămâni (n = 45) au fost împărțite aleatoriu în dietă normală (ND; n = 10) și dietă bogată în grăsimi (HFD; n = 35) grupuri. După 10 săptămâni de intervenție dietetică, 4 șoareci care nu au dezvoltat obezitate au fost excluși din grupul HFD și restul de 31 de șoareci au fost subdivizați în continuare în controlul obezității (OC; n = 10), obezitate exercițiu cu volum moderat (OME; n = 10), și obezitate exerciții cu volum mare (OHE; n = 11) grupuri.

Intervenție de exerciții (înot).

Timp de 2 zile, șoarecii din grupurile OME și OHE au primit mai întâi 10 minute de antrenament de înot pentru a se adapta, urmat de începutul antrenamentului propriu-zis. Această intervenție de exercițiu sa bazat pe cea dintr-un raport anterior cu ușoare modificări (23). Pe scurt, șoarecii din studiul anterior au fost supuși la două sesiuni de înot de 60 de minute/zi timp de 5 zile/săptămână peste 18 săptămâni, care a fost considerat un program de antrenament moderat (23). În comparație, șoarecii din grupul OME din prezentul studiu au fost exercitați o dată pe zi (dimineața), 6 zile/săptămână pentru un total de 8 săptămâni; în prima zi, li s-a permis 20 de minute de înot gratuit, care a fost mărit cu 10 min/zi până când timpul de antrenament a ajuns la 120 min/zi la sfârșitul celei de-a doua săptămâni, după care acest volum a fost menținut pentru restul de 6 săptămâni . Șoarecii din grupul OHE au fost exercitați de două ori pe zi (o dată dimineața și o dată după-amiaza, cu un decalaj de 6 ore între ele), 6 zile/săptămână pentru un total de 8 săptămâni; durata și intensitatea fiecărui antrenament au fost aceleași ca și în grupul OME, dar volumul total de exerciții a fost dublu față de cel al grupului OME. Șoarecii au fost lăsați să înoate liber fără intervenție într-o piscină de plastic de 45 cm lungime și 60 cm adâncime cu o temperatură a apei de 32 ± 1 ° C.

Colectie de mostre.

La 36-48 de ore după ultimul exercițiu de către grupurile OME și OHE, șoarecii au fost posti timp de 12 ore și anesteziați cu o injecție intraperitoneală de etil carbamat (5 mg/kg corp greutate). Sângele a fost colectat din plexul venos orbital, iar serul a fost separat și depozitat la -80 ° C până la testare. În același timp, testiculele, epididimidele și veziculele seminale au fost izolate și cântărite rapid, iar spermatozoizii din epididim au fost numărați și motilitatea lor a fost evaluată (24, 34). Testiculul izolat a fost răcit rapid prin plasare în azot lichid și apoi depozitat într-un congelator de -80 ° C. În cele din urmă, țesutul adipos din jurul testiculelor, rinichilor și mezenterului a fost cântărit ca conținut de grăsime abdominală.

Cauda epididimului numărului de spermatozoizi și măsurători ale motilității.

Un epididim a fost obținut de la fiecare șoarece și plasat în 1,0 ml tampon HEPES. Epididimul a fost apoi tăiat la joncțiunea dintre corpid și epididimul cauda, ​​iar cauda a fost plasat într-un puț cu tampon HEPES de 1,0 ml. Cu ajutorul foarfecelor, epididimul cauda a fost tăiat în segmente și presiunea a fost aplicată ușor, astfel încât materialul seminal din interiorul canalului deferent a fost eliberat și amestecat cu tamponul.

Numărul de spermatozoizi și motilitatea au fost evaluate în conformitate cu orientările Organizației Mondiale a Sănătății (34) (≥200 de spermatozoizi numărați pentru fiecare probă). Numărul de spermatozoizi (în celule/μl) a fost determinat folosind un hemocitometru (15 μl/parte). Motilitatea spermatozoizilor a fost evaluată orbește la microscopul cu lumină prin clasificarea a 200 de celule de spermă/animal ca fiind mobil progresiv, neprogresiv sau imobil. Motilitatea a fost apoi exprimată ca procent din totalul motilului (spermă mobilă progresivă și spermă mobilă neprogresivă) (24).

Măsurarea hormonilor.

Izolarea ARN și analiza PCR în timp real.

Analiza Western blot.

analize statistice.

Datele sunt exprimate ca mijloace ± SE. Comparații multiple de grup au fost efectuate utilizând ANOVA unidirecțional, urmată de un test post-hoc Student-Newman-Keuls pentru a efectua comparații multiple. Datele de corelație au fost determinate de corelația Pearson. Rezultatele au fost considerate semnificative pentru P valori ale

FIG. 2.Creșterea sau scăderea masei corporale pre și postintervenție. Toate datele sunt exprimate ca mijloace ± SE. A: câștig de masă corporală în perioadele de preintervenție. n = 45. B: creșterea sau scăderea masei corporale în perioadele postintervenție. n = 41. a P b P c P d P e P f P


FIG. 3.Masa corporală, masa grasă abdominală și raportul dintre masa grasă abdominală și masa corporală câștigă sau scad pre- și postintervenția. Datele sunt exprimate ca mijloace ± SE; n = 41. a P b P c P d P e P f P

Efectul HFD și exercițiul asupra măsurilor hormonale.

Nivelurile serice de leptină și E2 în grupul șoarecilor cu obezitate indusă de 18 săptămâni de HFD au fost semnificativ crescute (P 0,05; FIG. 4) și astfel au rămas semnificativ mai mici decât nivelurile din grupul OME P

FIG. 4.Efectele HFD și exercițiile fizice asupra hormonilor serici. Toate datele sunt exprimate ca mijloace ± SE; n = 41. a P b P c P d P e P f P


FIG. 5.Corelarea nivelului seric de leptină cu testosteron, nivelurile de estradiol și raportul testosteron-estradiol. În ser, nivelul de leptină a fost corelat pozitiv cu nivelul de estradiol și negativ corelat cu raportul testosteron-estradiol (P = 0,039 și P = 0,048, n = 41).

Efectul HFD și exercițiul asupra masei de organe reproductive masculine.

Masele absolute ale organelor de reproducere nu au diferit semnificativ între grupurile de șoareci (P > 0,05; FIG. 6); cu toate acestea, masele relative ale testiculului și ale veziculelor seminale ale șoarecilor din grupul OC au fost semnificativ mai mici decât cele din grupul NC (P 0,05; FIG. 6). Aceste măsurători nu au diferit semnificativ între grupurile OHE și OME (P > 0,05; FIG. 6).

FIG. 6.Efectele HFD și exercițiul asupra maselor absolute și relative ale organelor de reproducere. Toate datele sunt exprimate ca mijloace ± SE; n = 41. a P b P c P d P

Efectul HFD și exercițiul asupra parametrilor de calitate a spermei.

În comparație cu grupul NC, șoarecii din grupul OC au prezentat o reducere semnificativă a numărului și motilității spermei (P

FIG. 7.Efectele HFD și exercițiul asupra parametrilor spermei. Toate datele sunt exprimate ca mijloace ± SE; n = 41. a P b P c P d P e P f P

Efectele dietei bogate în grăsimi și exercițiile fizice asupra expresiei ARNm a căii de semnalizare LEP-JAK-STAT în testicul.

Comparativ cu cel din grupul NC, nivelul mARN al leptinei a crescut semnificativ în grupul OC (P 0,05; FIG. 8).

FIG. 8.Efectele HFD și exercițiul asupra nivelului de mARN al leptinei (LEP) -JAK-STAT în testicul șoarecelui. Toate datele sunt exprimate ca mijloace ± SE; n = 41. a P b P c P d P

Efectul HFD și exercițiul asupra expresiei mRNA a căii de semnalizare SF-1, StAR și P450scc în testicul.

Comparativ cu cea din grupul NC, expresia ARNm a SF-1, StAR și P450scc a fost semnificativ scăzută în grupul OC (P 0,05; FIG. 9).

FIG. 9.Efectele HFD și exercițiile fizice asupra nivelurilor de ARNm ale factorului steroidogen-1 (Sf-1), proteinei de reglare acute steroidogene (StAR) și P-450 enzimă de scindare a lanțului lateral (P450scc) în testicul șoarece. Toate datele sunt exprimate ca mijloace ± SE; n = 41. a P b P c P d P e P f P

Efectele HFD și exercițiul asupra expresiei proteinei căii de semnalizare LEP-JAK-STAT în testicul.

Comparativ cu cel din grupul NC, nivelul de expresie a proteinei leptinei în grupul OC a fost semnificativ crescut (P 0,05; FIG. 10).

FIG. 10.Efectele HFD și exercițiul asupra nivelurilor de proteine ​​ale căii LEP-JAK-STAT la testiculul șoarecelui. Toate datele sunt exprimate ca mijloace ± SE; n = 41. a P b P c P d P e P f P

Efectele HFD și exercițiul asupra expresiei proteinelor SF-1, StAR și P450scc în testicul.

Comparativ cu cea din grupul NC, expresia proteinelor SF-1, StAR și P450scc în grupul OC a fost semnificativ redusă (fiecare P 0,05; FIG. 11); astfel, expresia acestor proteine ​​în grupul OHE a fost semnificativ redusă comparativ cu cea din grupul OME (fiecare P

FIG. 11.Efectele HFD și exercițiul asupra nivelurilor de proteine ​​SF-1, StAR și P450scc la testiculul șoarecelui. Toate datele sunt exprimate ca mijloace ± SE; n = 41. a P b P c P d P e P f P

În studiul de față, șoarecii în vârstă de 4 săptămâni au fost hrăniți cu HFD timp de 18 săptămâni, rezultând creșterea masei corpului și a grăsimii abdominale cu factori de 1,49 și respectiv 2,28, comparativ cu cei din grupul ND, indicând faptul că șoarecii au obținut obezitate gravă. În același timp, au dezvoltat simptome, inclusiv rezistența la leptină, greutatea relativă redusă a organului reproductiv, secreția nereglementată a hormonului sexual și capacitatea reproductivă redusă, care sunt în concordanță cu rapoartele anterioare (10, 28), dar pentru care mecanismul nu a fost înțeles în mod clar. S-a demonstrat anterior că concentrațiile mari de leptină serică exercită un efect inhibitor asupra funcțiilor de reproducere la rozătoarele masculine (2, 40) și că leptina și testosteronul sunt corelate negativ la bărbați. Aceste rezultate se datorează interacțiunii dintre hormonii sexuali masculini și leptina secretată de țesutul adipos (8, 31). Studiul de față a constatat, de asemenea, că leptina serică este corelată pozitiv cu serul E2 și negativ corelată cu raportul testosteron-E2 la șoarecii masculi obezi induși de dietă, sugerând că modificările funcției reproductive masculine induse de obezitate sunt strâns asociate cu leptina serică.

Leptina serică poate traversa bariera sângelui-testicul și se poate lega de receptorii de pe celulele Leydig testiculare, reglând biosinteza testosteronului (13). Studiile in vitro și in vivo au arătat că nivelurile crescute de leptină ar putea regla în jos expresia receptorului său (LepR) în țesutul testicular (5, 13). Cu toate acestea, efectele leptinei serice crescute induse de obezitatea în stadiu incipient asupra semnalizării testiculare a leptinei nu au fost încă raportate. Prezentul studiu este primul care demonstrează că 18 săptămâni de HFD au crescut semnificativ concentrația serică de leptină și nivelurile de ARNm și proteine ​​ale leptinei în țesutul testicular. În schimb, nivelurile de ARNm și proteine ​​ale LepR, JAK2 și STAT3 în țesutul testicular au scăzut semnificativ. Aceste descoperiri sugerează că leptina serică crescută indusă de obezitate poate afecta transducția semnalului LEP-JAK2-STAT3 în testicul.

În consecință, nivelurile de expresie ale genelor și proteinelor legate de sinteza testosteronului au fost ulterior evaluate. Rezultatele au arătat că exercițiile cu volum moderat ar putea regla în mod eficient expresia ARNm și proteine ​​a enzimelor de sinteză a testosteronului SF-1, StAR și P450scc, în concordanță cu modificarea căii de semnalizare a leptinei; cu toate acestea, exercițiile cu volum mare nu au avut niciun efect semnificativ. În comparație, expresia genei 17α-monooxigenază legată de sinteza testosteronului (Cyp17a1) în țesutul testicular s-a dovedit a fi semnificativ mai mare la șoarecii cărora li s-a făcut efort comparativ cu șoarecii de control sedentar (1). Mai mult, Zhao și colab. (42) au constatat că exercițiile fizice moderate (15 minute de înot în fiecare zi timp de 5 zile/săptămână) au crescut în mod eficient expresia proteinelor StAR și P450scc în testicul șoarecelui și au crescut nivelurile de testosteron în ser și testicul în diferite etape ale vieții. În rezumat, se propune, prin urmare, că exercițiile cu volum moderat ar putea atenua în mod eficient rezistența la leptină în țesuturile testiculare, precum și inhibarea sintezei testosteronului indusă de rezistența la leptină.

Rezultatele nu abordează, totuși, de ce exercițiile cu volum mare nu au produs acest efect. În special, s-a demonstrat că antrenamentul fizic pe termen lung, de mare intensitate și volum mare reduce proliferarea celulelor imune în sânge după stimularea lipopolizaharidelor și sinteza inflamatorie a citokinelor (14, 22). În plus, citokinele inflamatorii precum TNF-α și IL-1β sunt capabile să restricționeze sinteza testosteronului prin inhibarea expresiei ARNm și proteine ​​a P450scc, 17α-hidroxilază/C17,20 liasă (P450c17) și 3β-HSD în celulele interstițiale testiculare de șoarece (36). În plus, antrenamentul fizic pe termen lung cu volum mare induce creșterea sintezei ROS, scăderea capacității antioxidante și creșterea peroxidării, determinând expresia mARN redusă a enzimelor 3β-HSD și 17β-hidroxisteroid dehidrogenază legate de sinteza testosteronului și reducerea expresiei proteinei STAR în testicul țesut, rezultând astfel o sinteză scăzută a testosteronului, întreruperea spermatogenezei și scăderea numărului de spermatozoizi și a motilității (17). Din aceste motive, se sugerează că aceste efecte negative ale exercițiilor cu volum mare compensează efectul pozitiv de atenuare asupra căii de semnalizare a leptinei, deși mecanismul exact necesită cercetări suplimentare.

Perspective și semnificație

În concluzie, studiul de față a demonstrat că obezitatea în stadiu incipient a inhibat biosinteza testosteronului, a inhibat dezvoltarea sexuală și a scăzut capacitatea reproductivă masculină prin perturbarea căii de transducție a leptinei testiculare. Exercițiul pe termen lung cu volum moderat a scăzut în mod eficient grăsimea corporală, a atenuat blocarea transducției semnalului leptinei testiculare, a promovat biosinteza testosteronului și a atenuat efectele negative ale obezității asupra funcției de reproducere masculină; în schimb, deși exercițiile pe termen lung cu volum mare au redus efectiv grăsimea corporală și au atenuat rezistența la leptină, nu au atenuat efectele negative ale obezității asupra testiculului. Prin urmare, acest studiu arată un posibil mecanism care stă la baza intervenției exercițiilor fizice, îmbunătățind hipogonadismul șoarecilor masculi obezi, dar sunt necesare încă studii viitoare la oameni pentru a determina dacă vor rezulta rezultate similare.

Această lucrare a fost finanțată de Fundația pentru Științe Naturale din China Grants 81273096 și 81472992.