试验设计

 动物喂养：31只8周龄的雄性Wistar大鼠，体重为195±30g。大鼠被随机分为四组（n=7-8）：（1）Sed-STZ-静止糖尿病大鼠，喂食标准饮食；（2）Ex-STZ-XOS-训练的糖尿病大鼠，喂食XOS补充剂；（3）Ex-STZ-训练的糖尿病大鼠，喂食标准饮食；（4）Sed-veh-静止健康大鼠，喂食标准饮食（对照组）。

 糖尿病模型：通过在腹部注射单剂量的STZ来诱导糖尿病状态；Sed-STZ、Ex-STZ-XOS和Ex-STZ组的大鼠接受腹腔注射STZ，剂量为60 mg/kg，以诱导1型糖尿病，其余的动物（对照组）被注射相同体积的生理盐水。在STZ处理一周后，Ex-SZT-XOS组的动物每天接受XOS的补充，剂量为100 mg/kg，持续8周。

 体育锻炼：大鼠10周的训练实验的时间表如图1所示，在第10周结束时，动物被禁食一夜，麻醉处理后被处死，处死后立即收集血清，并立即在-18℃下冷冻。 

 有氧训练：Ex-SZT-XOS组和Ex-STZ组的大鼠在EXER-3R-跑步机上进行有氧训练，其他组的大鼠静止不动。

 行为测试：活动笼实验测量大鼠的自主运动能力；通过被动回避跳台试验进行负强化的被动规避；之后进行高架加迷宫试验、Y型迷宫试验、物体识别测试（ORT）的一系列行为测试试验。

 大鼠血脂谱和氧化应激标志物的检测：定量分析由酶联免疫吸附试验（ELISA）进行，包括测定血清总胆固醇（TC）水平、高密度脂蛋白水平、三酰甘油（TAG）水平、8-羟基-2-脱氧鸟苷（8-OHdG）水平、以及MDA水平以及FRAP（铁还原抗氧化能力）

试验结果

（1）行为测试

 如图2a所示，活动笼试验事后检验显示，与Sed-veh动物相比，Sed-SZT组的运动次数显著减少（P=0.047）；与Sed-SZT组相比，Ex-SZT组和Ex-STZ-XOS组都表现出增强的运动能力（分别为p=0.004和p=0.006）。图2b显示，与两个静止组相比，训练计划使Ex-SZT组的垂直运动增加（与Sed-veh组相比，p=0.018，与Sed-SZT组相比，p=0.011）。以上结果表明，糖尿病[F（1, 33）=7.716, p<0.01]和运动[F（1, 33）=18.454, p<0.001]对水平运动的数量有显著的主效应，只有训练对垂直运动具有显著的主效应[F（1，33）=7.478，p=0.01]。

（2）被动回避跳台试验

 如图3a所示，跳台试验事后检验表明，Sed-SZT组比两个训练组（Ex-SZT和Ex-STZ-XOS，p<0.001）有更短的等待反应；对照组（Sed-veh）与Ex-SZT和Ex-STZ-XOS动物相比，在平台上花费的时间也更短（P<0.01）；以上结果说明糖尿病和训练对跳台试验的学习环节有显著影响。

 如图3b所示，在短期记忆痕迹的测试中，事后检验表明，与对照组（p=0.003）和两个训练组（Ex-SZT（p=0.013）和Ex-STZ-XOS（p<0.001））相比，Sed-SZT组减少了等待时间；此外，与Ex-SZT动物相比，补充了XOS的训练组在平台上花费了更多的时间（p=0.041）。以上结果表明，训练[F（1，33）=24.089，p<0.001]和糖尿病[F（1，33）=12.310，p=0.001]对短期记忆痕迹有显著的主效应。

 如图3c所示，在长期记忆保持测试中，方差分析表明，与其他三组（Sed-veh（p=0.05)，Ex-SZT（p=0.007），Ex-STZ-XOS组（p<0.001））相比，Sed-SZT组在平台上花费的时间显著减少；Ex-STZ-XOS动物的表现也优于Sed-veh组（p=0.005）和Ex-STZ组（p=0.035）。以上结果表明，训练[F（1，33）=26.804，p<0.001]和糖尿病[F（1，33）=6.018，p=0.02]对长期记忆痕迹有显著的主效应。

（3）高架加迷宫试验

 如图4a所示，高架加迷宫试验事后检验显示，与Sed-SZT动物相比，两个训练组（Ex-STZ和Ex-STZ-XOS）在张开臂中的进入次数更多（p<0.01），在厌恶区域停留的时间更长；与对照组相比，Sed-STZ组在张开臂中花费的时间也较少（P=0.028）。此外，图4b显示，与对照组和Ex-SZT组相比，Ex-STZ-XOS动物增加了在张开臂中花费的时间（p<0.001）。以上结果表明，训练和糖尿病对张开臂的进入次数以及张开臂中花费的时间有显著的主效应。

 如图4c所示，糖尿病（p=0.001）和训练（p<0.001）对焦虑指数的主效应都很明显；事后检验表明，与Sed-veh动物相比，Sed-SZT动物的焦虑指数更高（p<0.001），而且，与Sed-SZT动物相比，两个训练组的焦虑水平都有所下降（p<0.001）；与Ex-SZT动物（p=0.001）和对照组（p<0.001）相比，补充了XOS的训练组的焦虑指数更低。

（4）Y型迷宫

 如图5所示，与静止的T1DM动物相比，两个训练组的交替百分比都大大增加（Ex-SZT vs Sed-SZT动物，Ex-STZ-XOS vs Sed-SZT动物，p<0.001）。与Sed-veh组相比，Sed-SZT动物也降低了交替百分比（p<0.001）；与Ex-STZ组（p=0.045）和对照组（p<0.001）相比，长期补充XOS还增加了交替的百分比。以上结果表明，训练[F（1，33）=97.975，p<0.001]和糖尿病[F（1，33）=31.387，p=0.001]对交替百分比具有显著的主效应。

（5）物体识别测试（ORT）

 如图6所示，双向方差分析显示，训练[F（1，33）=42.366, p<0.001]和糖尿病[F（1，33）=38.743, p=0.001]）对识别指数有显著的主效应。事后检验比较表明，与静止的糖尿病动物相比，训练组（Ex-STZ和Ex-STZ-XOS）和对照组的识别指数都有所提高（p<0.001，resp.）。

（6）脂质情况

 如表1所示，列出了四组实验动物组的血脂参数的研究结果。Ex-STZ组和Sed-STZ组之间（P=0.032），以及Ex-STZ组和Sed-veh组之间（P=0.010）的TC浓度有统计学意义；Sed-veh组的血清TAG水平显著低于所有其他三组（Sed-STZ（p=0.000），Ex-STZ-XOS（p=0.000），和Ex-XOS（p=0.000））。

（7）氧化应激标志物

 如表2所示，四组的氧化应激标志物的研究结果发现Ex-STZ组和Ex-STZ-XOS组的MDA浓度有统计学上的显著差异（P=0.034），Ex-STZ-XOS组的MDA浓度较低。

试验结论

 总之，本研究评估了XOS和/或有氧训练对实验大鼠的认知能力、脂质状况和氧化应激标志物的潜在有益影响，结果显示，与静止的糖尿病大鼠相比，有氧训练独立地降低了总胆固醇水平（p=0.032），而XOS降低了训练后的糖尿病大鼠的丙二醛水平（p=0.034）。更重要的是，有氧训练，单独或与XOS结合，对行为测试的所有参数都有有利的影响，因此有氧训练单独或与益生元XOS结合可以改善实验性1型糖尿病动物的血脂异常、氧化应激和认知能力。

参考资料：

Choneva M , Shishmanova-Doseva M , Dimov I ,et al.Xylooligosaccharides and aerobic training regulate metabolism and behavior in rats with streptozotocin-induced type 1 diabetes[J].Open medicine (Warsaw, Poland),2022,Vol.17(1): 1632-1644