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研究目的:近年来,许多研究发现大强度间歇性运动可作为一种"节约时间"的碎片化运动方式,延缓衰老、改善代谢性疾病。对于肿瘤而言,以往的研究重点关注低或中等强度耐力运动的抗肿瘤作用,而大强度间歇性运动对肿瘤的影响研究相对较少。大强度间歇性运动能否发挥同样的抗肿瘤作用,值得进一步探讨。代谢组学是通过对内源性代谢物种类及数量变化的分析,将机体作为一个完整的体系来研究,应用全面性系统策略解读疾病过程和机制。本研究以二乙基亚硝胺(DEN)诱导小鼠肝细胞肝癌(HCC)为动物模型,比较不同方式运动的抗肿瘤效益,从代谢组学的角度研究不同方式运动后肝脏的代谢谱变化,旨在进一步揭示不同运动方式抗肿瘤作用发生差异的可能机制。研究方法:3周龄C57小鼠腹腔注射二乙基亚硝胺(Diethylntrosamine,DEN)(25mg/kg,每周1次),给药10周,诱发肝肿瘤模型。8周对DEN注射小鼠进行运动干预,直至26周异氟烷麻醉处死取材。大强度间歇运动(HIT):85-90%VO2max,25m/min,运动2min,休息间歇2min,交替进行10次/日,5日/周;中等强度耐力运动(ET):65-75%VO2max,13m/min,持续运动40min/日,5日/周。取肝组织放入10%甲醛溶液固定,24—48h后转入70%酒精保存,进行常规的HE染色观察并拍照。采用气相色谱-飞行时间质谱联用(GC-TOFMS)检测小鼠肝脏代谢物,原始GC-TOFMS数据文件通过ChromaTOF软件(美国Leco公司)进行处理,最终得到保留时间和质荷比组成的谱峰索引、样本信息以及谱峰强度值组成的三维矩阵。经过数据提取功能得到480个变量,将上述处理的矩阵导入SIMCA-P软件中进行多元统计分析。研究结果:各组体重与肝脏重没有显著性变化。DEN组肿瘤发生率66.7%,HIT组肿瘤发生率62.5%,ET组肿瘤发生率20%,ET组肿瘤发生率明显下降。病理组织学检测(H&E染色)表明:NC组肝组织结构完整,清晰,细胞形态规则,未见凋亡、肿胀以及坏死,未见炎性细胞浸润。DEN组和HIT组肝组织结构破坏,胞浆空泡化,细胞肿胀,细胞大小、形态不一,有不同程度炎性细胞浸润。还观察到长时间中等强度运动可减轻DEN诱导的肝组织病变,减缓炎性细胞浸润。采用PCA-X对肝脏样本进行分组处理,DEN、HIT和ET肝脏样本在PCA得分图上可以区分(R2X(cum)=0.489,Q2(cum)=0.045),提示小鼠肝脏代谢网络因不同运动方式干预发生了明显变化。为了进一步验证代谢通路,采用OPLS-DA对DEN与ET组,HIT与ET组肝脏样本重新建模,以鉴别差异变量。在正交偏最小二乘法分析(OPLS)模型中,DEN与ET组(R2X(cum)=0.576,R2Y(cum)=0.698,Q2(cum)=-0.021),HIT与ET组(R2X(cum)=0.468,R2Y(cum)=0.643,Q2(cum)=-0.199),表明代谢物差异显著。通过OPLS-DA分析结果,DEN与ET组之间找到37个差异变量(VIP>1),HIT与ET组之间找到27个差异变量(VIP>1),并对这些差异代谢物的变量进行t检验(P<0.05),鉴定了13个差异代谢物。与DEN组相比,耐力运动后肝脏半乳糖、脯氨酸、甘氨酸、胆固醇、氨基甲酸和棕榈酸显著下降;丙二酸、鸟氨酸和谷氨酸显著上升。将DEN与ET组发生变化的代谢物带入Metaboanalyst4.0中进行代谢通路分析,构建与长时间中等强度运动相关的代谢通路分析图。设立t检验P<0.05、-log(p)值大于1以及代谢通路影响因子(pathway impact)大于0.2的临界点,发现与长时间中等强度运动相关的代谢通路主要涉及4条:谷氨酰胺和谷氨酸代谢,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成,精氨酸和脯氨酸代谢,丙氨酸天冬氨酸和谷氨酸代谢。HIT与ET组间的差异代谢物带入Metaboanalyst4.0中进行代谢通路分析,没发现运动方式对其影响的代谢通路。研究结论:DEN诱导肝肿瘤发生过程中,中等强度耐力运动使肝脏代谢谱发生了显著性变化,主要体现在脂代谢和氨基酸代谢通路。与大强度间歇性运动比较,运动抗肿瘤作用产生差异的代谢标记物包括胆固醇、棕榈酸、尿嘧啶、羟基吡啶、麦芽糖、硬脂酸,这些代谢物提示:中等强度耐力运动与大强度间歇性运动对肝脏的代谢谱进行了差异化重构,涉及脂代谢和氨基酸代谢通路。大强度间歇运动对DEN诱导肿瘤发生发展没有抑制作用,两种不同运动方式对肝脏的脂代谢和氨基酸代谢通路进行了差异化调节,这可能是抗肿瘤作用发生差异的重要机制。