糖尿病(DM)的发生已经严重威胁到人类健康,而运动作为防治DM的有效手段,在改善胰岛素敏感性、增加骨骼肌对葡萄糖的利用率方面发挥着重要的作用。但运动干预对2型糖尿病(T2DM)的调控机制仍不明确,从运动对胰岛素敏感性和骨骼肌功能的改善作用来解释运动干预T2DM的病理生理机制有一定的难度。因此,本研究借助代谢组学技术,对5周实验干预(有氧运动干预和高糖高脂饲料喂养)后各组大鼠血清代谢物进行检测,描绘实验干预后各组大鼠的代谢轮廓,寻找运动干预后具有特异性的代谢小分子物质,阐述运动本身及其干预对高糖高脂诱导T2DM的代谢调控网络及作用机制,系统全面揭示运动改善T2DM的代谢过程,并根据代谢物的变化寻找运动预防T2DM的新靶点,针对潜在的新靶点进行全面干预,实现优化干预和精准防治。研究方法:将18只12月龄的雄性大鼠,用基础饲料适应性喂养1周后,随机分为正常对照组(C组)、高糖高脂组(H组)和高糖高脂结合有氧运动组(HE组),每组6只,进行为期5周的实验干预。C组用基础饲料喂养、H组用高糖高脂饲料喂养、HE组用高糖高脂饲料喂养的同时进行有氧运动干预。采用的有氧运动方案:适应性训练2周(速度从速度0.3Km/h~0.8Km/h,每2天递增1次,每次递增0.1Km/h),正式训练3周(速度0.9Km/h,恒定速度),每周训练6天,每次45min,坡度5°。实验干预结束后,尾尖取血检测大鼠的空腹血糖,再麻醉心脏取血,静置离心并提取血清,用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)检测各组大鼠的血清代谢物。所得的代谢组学数据选用MetaboAnalyst3.0处理,各组大鼠的生化指标采用SPSS20.0软件进行处理。研究结果:(1)5周实验干预后,各组大鼠的空腹血糖之间存在统计学差异(P<0.01),C组空腹血糖属于正常范围,H组空腹血糖水平较高,处于糖尿病初期,而HE组空腹血糖水平位于C组和H组之间,但未能达到T2DM水平。(2)代谢组学分析评价大鼠模型,主成分分析(PCA)显示C组、H组和HE组的各样本团聚,各组大鼠血清代谢轮廓发生了明显的分离趋势。偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)显示各组大鼠血清代谢轮廓之间发生了明显的分离,且HE组的血清代谢轮廓位于C组和H组中间。(3)单因素方差分析显示:与C组相比,H组的琥珀酸、甘油、苏糖酸、丙三酸、苏氨酸、甘露糖、核糖水平之间具有统计学意义(P<0.05);与H组相比,HE组的吡喃型甘露糖、琥珀酸、苏糖酸、甘氨酸、肌醇、肌酐、甘露糖、丝氨酸、葡萄糖、核糖、乳酸、天冬酰胺之间具有统计学差异(P<0.05)。(4)热图显示,C组、H组和HE组代谢物的色彩差异较大,但各组模型组又能完全分离,且HE组位于C组和H组之间,表明有氧运动对高糖高脂诱导T2DM的代谢物有一定的改善作用。相关分析性显示,各代谢物之间有明显的相关性。(5)代谢途径分析显示:与实验干预最相关的代谢途径共7个,分别是半乳糖代谢;缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成;花生四烯酸代谢;甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢;甘油脂代谢;色氨酸代谢;肌醇磷酸盐代谢。研究结论:(1)5周的有氧运动使高糖高脂饲料诱导T2DM大鼠的空腹血糖下降,延缓了T2DM的发生,达到预防T2DM的效果。(2)5周的有氧运动干预明显改善了高糖高脂饲料诱导T2DM大鼠的血清代谢网,其中糖代谢标志物的改善最显著。有氧运动干预可以在一定程度上逆转核糖、甘露糖、苏糖酸代谢紊乱。此外,也发现有氧运动对柠檬酸循环代谢、氨基酸和脂质代谢影响显著。