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研究目的:流行病学研究和临床实验表明,肥胖导致能量代谢紊乱和肠道菌群结构失衡,而运动是预防和缓解肥胖及其相关症状的有效手段。运动中机体血液重分配,消化系统血液灌流量显著减少。缺血导致组织间氧分压降低,出现生理性低氧。而肝肠轴由于其血供和代谢的特殊性,在静息状态下即呈现生理性的氧梯度。低氧诱导因子(hypoxiainduciblefactor-1,HIF)是维持氧平衡主要的转录因子。已有的研究证明,HIF-1α信号途径对脂肪聚集起到调控作用,同时也在肝脏能量代谢和肠黏膜屏障的稳态调控中均起到重要作用。因此,我们推测(1)运动能加重肝脏区域性低氧程度,(2)肝HIF-1α信号途径参与高脂饲养诱导肥胖小鼠的能量代谢与肠道菌群结构的改变。研究方法:实验动物为8-10周龄雄性C57BL/6小鼠,肝细胞特异性Hif1a基因敲除Hif1aLKO小鼠及其对照Hif1afl/fl小鼠。小鼠在SPF环境中饲养,自由饮食饮水,保持正常的温度、湿度和昼夜节律。第一部分实验,通过缺氧探针(Pimonidazole hydrochloride)标记并观察一次30分钟无负重游泳运动对C57BL/6小鼠肝脏缺氧情况的影响。第二部分实验,使用小动物代谢舱监控Hif1aLKO和Hif1afl/fl小鼠一次运动前后整体能量代谢情况。第三部分实验,将C57BL/6小鼠随机分为3组,肥胖组(HFD)和运动组(HFD-E)进行为期8周高脂饲料(D12492,Research Diet)饲养,对照组(CON)使用普通饲料饲养。利用小动物CT和肝脏油红O染色观察小鼠脂肪分布情况,通过观察体重、整体形态、腹部区域脂肪分布、空腹血糖和肝组织形态结构对建模进行判断,并使用PCR-Array检测肝能量代谢相关基因表达。第四部分实验,将Hif1aLKO和Hif1afl/fl小鼠分别随机分为2组,肥胖组(HFD-LKO,HFD-fl)进行8周高脂饲养构建肥胖模型,对照组(CON-LKO,CON-fl)使用普通饲料喂养。建模结束后,观察小鼠肠道形态结构,提取粪便基因组,通过Illumina MiSeq平台进行测序分析菌群结构。所有动物实验均已通过校伦理委员会审查。研究结果:本研究发现小鼠经过一次30分钟无负重游泳运动后,肝脏区域低氧程度加重。Hif1aLKO和Hif1afl/fl小鼠一次运动前后整体能量代谢呈现不同的模式,且运动后Hif1aLKO小鼠整体能量代谢恢复到基础值的时间显著延长。HFD组小鼠与CON组小鼠相比,体重显著上升,腹部区域脂肪含量增加,空腹血糖升高,表明高脂饲养致肥胖小鼠模型建模成功。此外,我们还发现HFD-E组小鼠Abca1、Il1r1、Mapk8、Apoa1、Nfatc3、Sirt1、Cyp3a41a、Cyp2e1和Atf2等表达水平升高,调控脂肪代谢基因Pparg、Srebf1、Srebf2和Scd1的表达水平降低。研究发现,CON-LKO小鼠的菌群丰度显著低于对照CON-fl小鼠(ACE index:328.5±36.6 vs 403.1±22.3,P<0.05;Chao1 index:336.0±34.9vs414.5±26.8,P<0.05)。与对照CON-fl小鼠相比,CON-LKO小鼠的Akkermansia,Alloprevotella,Allobaculum和Prevotella比例显著降低。高脂饲养后,HFD-LKO小鼠脂肪肝情况更为严重,空腹血糖显著高于其对照HFD-fl小鼠(8.5±0.8 vs6.1±0.5 mmol/L,P<0.05),肠道形态结构和菌群结构也呈现出不同的模式。研究结论:上述结果证实,运动加重肝脏区域性低氧程度,通过肝HIF-1α信号途径调节高脂饲养诱导肥胖过程中能量代谢与菌群结构。本研究从肝肠轴的角度探索肝HIF-1α信号途径对肝代谢和肠道菌群结构的影响,为中小强度运动积极的能量代谢稳态调控提供实验依据,增进对肥胖运动干预机制的认识。