نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• سمیه پایکاری ¹
• علیرضا رحیمی ²
• فریبا آقایی ³
• فواد فیض الهی ³

¹ دانشجوی دکتری، گروه فیزیولوژی ورزش، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران.

² دانشیار گروه فیزیولوژی ورزش، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران.

³ استادیار گروه فیزیولوژی ورزش، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی، کرج، ایران.

چکیده

چکیده مبسوط
زمینه و هدف: بیماری کبد چرب غیر الکلی^[1] (NAFLD)، یک بیماری متابولیک اکتسابی است که با رسوب تری گلیسیرید در کبد توسط عواملی غیر از مصرف الکل ایجاد می‌شود(1). امروزه درمان کبد چرب غیرالکلی عمدتاً از طریق فعالیت بدنی(9) و برخی مکمل‌های غذایی برای کاهش توده چربی صورت می‌گیرد(16). ناهنجاری‌های میتوکندری، مانند اختلال در عملکرد زنجیره انتقال الکترون و کاهش بتااکسیداسیون اسیدهای چرب، به تجمع چربی در سلول‌های کبدی کمک می‌کند که منجر به تخریب سلولی و پیشرفت به استئاتوهپاتیت غیرالکلی^[2] (NASH) می‌شود (2). ورزش نه تنها می‌تواند وضعیت التهابی کبد را کاهش دهد، بلکه باعث تقویت بیوژنز میتوکندری شده و پویایی مورفولوژیکی و سرعت بازسازی را از طریق بیوژنز و میتوفاژی افزایش می‌دهد (10). همچنین مکمل‌هایی بر پایه حشرات خوراکی، خواص تحریک ‌کننده ایمنی و ضد سرطانی، ضد دیابتی و آنتی اکسیدانی قوی از خود نشان داده‌اند (17). یکی از این مکمل‌ها، کرم آرد است که علاوه بر محتوای پروتئینی بالا، گزارش شده است که اثر ضد چاقی از طریق فعال‌سازی PGC-1α نشان می‌دهد. این مطالعه هم‌چنین نشان داد که این مکمل با تاثیری که بر بیان ژن‌های دخیل در متابولیسم چربی می‌گذارد، می‌تواند به طور موثری در کاهش وزن و توده چربی ایفای نقش کند (18).  لذا در این تحقیق تاثیر همزمان مکمل پروتئینی کرم آرد با تمرین هوازی بر بیان ژن‌های دخیل در بیوژنز میتوکندریایی شامل گیرنده فعال کننده‌ی تکثیر پروکسی زوم گاما هم فعال سازـ ۱ آلفا (PGC1α)، پروتئین جفت نشده-1 (UCP1)، میتوفیوژن-1 (Mfn1) و پروتئین-1 وابسته به دینامین (Drp1) در بافت عضله نعلی موش‌های صحرایی مبتلا به کبد چرب غیر الکلی بررسی گردید.
روش تحقیق: در این مطالعه تجربی، 25 سر موش صحرایی نر نژاد ویستار به پنج گروه پنج تایی شامل گروه سالم، بیمار، بیمار+ مکمل، بیمار+ تمرین، و بیمار+ مکمل+ تمرین تقسیم شدند. گروه بیمار با رژیم غذایی پرچرب و کلسترول دچار NAFLD شدند. تمرین هوازی تناوبی به مدت هشت هفته شامل دویدن روی نوارگردان به مدت 30 دقیقه و پنج روز در هفته همراه با اضافه بار تدریجی انجام شد. گاواژ مکمل کرم آرد با دوز 20 میلی‌گرم/کیلوگرم وزن بدن مشابه با روزهای ورزش صورت گرفت. 48 ساعت بعد از آخرین جلسه تمرینی و گاواژ مکمل، بافت برداری عضله نعلی در هر گروه انجام شد. حیوانات با تزریق درون صفاقی کتامین و زایلازین بیهوش شدند و برداشت بافت عضله نعلی بلافاصله انجام شد. بافت نمونه هر حیوان بلافاصله در میکروتیوب وارد محلول نیتروژن مایع شد و در دمای ۸۰- درجه فریز گردید. نمونه در آزمایشگاه تا زمان انجام آزمایشات ارزیابی مقدار تغییرات بیان ژن در فریزر ۸۰- درجه نگهداری شد. بیان ژن­های PGC1α، UCP1، Mfn1 و Drp1 با روش Real-Time PCR مورد بررسی قرار گرفت. استخراج RNA به صورت RNX-Pluse و به منظور بررسی کیفیت و کمیت آن از روش اسپکتروفوتومتری و الکتروفورز بروی ژل آگارز استفاده شد. ابتدا توالی mRNA ی مربوط به ژن‌های PGC1α، UCP1، Mfn1 و Drp1 با استفاده از سایت NCBI استخراج شد. پرایمرها توسط نرم افزار کامپیوتری AllelID ساخته شد و سپس هر پرایمر توسط نرم افزار BLAST جهت اطمینان از یکتا بودن محل جفت شدن پرایمرها مورد ارزیابی قرار گرفت. داده‌های بدست آمده از طریق آزمون‌های آماری t مستقل و تحلیل واریانس دو عاملی در سطح معنی داری p≤0.05 تجزیه و تحلیل شدند.
یافته‌ها: نتایج آزمون t مستقل نشان داد که بیان ژن‌های PGC1α، UCP1 و Mfn1 در گروه بیمار یا مدل، در مقایسه با گروه سالم، به طور معنی داری کاهش یافته و بر عکس، بیان Drp1 به طور معنی داری افزایش پیدا کرده است(p=0.0001). نتایج حاصل از آزمون آماری تحلیل واریانس 2 عاملی در تعیین تغییرات بین گروهی در بیان ژن‌های مورد مطالعه نشان داد که یک دوره تمرین هوازی منجر به افزایش معنی دار UCP-1 (p=0.0001)، PGC-1α (p=0.0001) و Mfn1 (p=0.0001) و هم‌چنین کاهش معنی دار Drp1 (p=0.0001) در بافت عضله سولئوس موش‌های مبتلا به کبد چرب می شود. علاوه بر این، یافته‌های آماری نشان داد که یک دوره دریافت مکمل پروتئینی عصاره کرم آرد منجر به افزایش معنی دار UCP-1 (p=0.0001)، PGC-1α (p=0.0001) و Mfn1 (p=0.0001) و هم‌چنین کاهش معنی دار Drp1 (p=0.0001) در بافت عضله سولئوس موش‌های مبتلا به کبد چرب شد. نتایج آزمون تحلیل واریانس 2 عاملی هم‌چنین نشان داد که یک دوره تمرین هوازی همراه با دریافت مکمل پروتئینی عصاره کرم آرد بر بیان ژن‌های UCP-1(p=0.537)، PGC-1α(p=0.361) و Drp1(p=0.881) در بافت عضله سولئوس موش‌های مبتلا به کبد چرب تاثیر معنی داری ندارد. با این وجود، مداخله همزمان تمرین هوازی همراه با دریافت مکمل پروتئینی عصاره کرم آرد باعث افزایش معنی دار Mfn1 (p=0.0001)  در بافت عضله سولئوس موش‌های مبتلا به کبد چرب شد.
جدول 1. نتایج تحلیل واریانس دو عاملی در مقایسه تغییرات بیان نسبی ژن‌ها در گروه های مورد مطالعه




متغیرها


گروه ها


SS


df


F


p


ضریب اتاء (اندازه اثر)




 
 
PGC-1α


تمرین


36/846


1


65/87


^*0001/0


84/0




مکمل


65/770


1


81/79


^**0001/0


83/0




تمرین×مکمل


53/8


1


88/0


361/0


05/0




 
 
 
UCP-1


تمرین


64/143


1


19/108


^*0001/0


87/0




مکمل


46/294


1


8/221


^**0001/0


93/0




تمرین×مکمل


52/0


1


39/0


537/0


02/0




 
 
 
MFN-1


تمرین


52/58


1


68/564


^*0001/0


97/0




مکمل


83/38


1


63/374


^**0001/0


95/0




تمرین×مکمل


32/3


1


05/32


^***0001/0


66/0




 
 
 
DRP-1


تمرین


66/0


1


20/104


^*0001/0


86/0




مکمل


69/0


1


00/109


^**0001/0


87/0




تمرین×مکمل


0001/0


1


02/0


881/0


00/0




^* نشانه اثر معنی دار تمرین هوازی بر بیان ژن‌‌ها؛ ^** نشانه اثر معنی دار مکمل بر بیان ژن‌‌ها؛ ^*** نشانه اثر تعاملی معنی دار تمرین هوازی و  مکمل بر بیان ژن‌‌ها؛ سطح معنی داری p≤0/05.
نتیجه‌گیری : با توجه به این که تمرین هوازی و مکمل پروتئینی کرم آرد هر کدام به طور جداگانه منجر به افزایش بیان عضلانی ژن‌های PGC-1α ،UCP1 و Mfn1 و هم‌چنین کاهش معنی دار بیان Drp1 در موش‌های مبتلا به NAFLD شد، به نظر می‌رسد تمرین هوازی تناوبی با شدت متوسط و دریافت عصاره کرم آرد هر کدام به تنهایی با ایجاد تغییرات مثبت بر سطوح عضلانی برخی ژن‌های مهم دخیل در بیوژنز میتوکندری و تعدیل متابولیسم چربی، احتمالا در درمان NAFLD موثر واقع شود. انجام مطالعات بیشتری با توجه به محدود بودن تحقیقات در زمینه اثر تعاملی تمرینات ورزشی و دریافت کرم آرد بر ظرفیت میتوکندریایی و متابولیسم چربی و نقش اساسی آن‌ها در درمان NAFLD ، ضروری به نظر می‌رسد. لذا پیشنهاد می‌شود مطالعه‌ای مشابه روی نمونه‌های مبتلا به چاقی و یا دیابت نوع 2 که با NAFLD در ارتباط هستند، در آینده اجرا شود.
واژه های کلیدی: تمرین هوازی، کرم آرد، بیوژنز میتوکندریایی، کبد چرب
ملاحظات اخلاقی: تمامی مراحل نگهداری و کشتار موش‌های صحرایی براساس دستورالعمل نگهداری حیوانات آزمایشگاهی هلسینکی^[3] 1964 انجام شد.
پذیرش دستورالعمل های اخلاقی: کد اخلاق اخذ شده از کمیته اخلاق دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج با شماره شناسه IR.IAU.K.REC.1403.029 انجام شد.
تامین مالی: هزینه ­های مطالعه بر عهده محقق بوده.
تضاد منافع: تداخل در منافع وجود ندارد.

کلیدواژه‌ها

• تمرین تناوبی
• پیاده روی نوردیک
• عوامل خطرزای قلبی عروقی
• کیفیت زندگی
• سالمندی

عنوان مقاله [English]

Simultaneous effect of mealworm supplement with aerobic exercise on mitochondrial genes expression in the soleus muscle of rats with non-alcoholic fatty liver

نویسندگان [English]

• Somayeh Payekari ¹
• Alireza Rahimi ²
• Fariba Aghaei ³
• Foad Feizollahi ³

¹ Ph.D Student, Department of exercise physiology, Karaj branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran

² Associate Professor, Department of exercise physiology, Karaj branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran

³ Assistant Professor, Department of exercise physiology, Karaj branch, Islamic Azad University, Karaj, Iran

چکیده [English]

Extended Abstract
Background and Aim: Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is an acquired metabolic disorder characterized by the deposition of triglycerides in the liver, caused by factors other than alcohol consumption(1). Currently, the treatment of NAFLD primarily involves physical activity(9) and dietary supplements to reduce fat mass(16). Mitochondrial abnormalities, such as dysfunction in the electron transport chain and reduced beta-oxidation of fatty acids, contribute to fat accumulation in liver cells, leading to cellular damage and progression to non-alcoholic steatohepatitis (NASH)(2). Exercise not only reduces liver inflammation but also enhances mitochondrial biogenesis, improving morphological dynamics and regeneration rates through biogenesis and mitophagy(10). Additionally, insect-based supplements, such as mealworms, have demonstrated strong immunostimulatory, anticancer, antidiabetic, and antioxidant properties(17). This supplement, rich in protein, has been reported to exhibit anti-obesity effects by activating PGC-1α. Furthermore, it has been shown to effectively reduce weight and fat mass by influencing the expression of genes involved in fat metabolism(18). in this study, the simultaneous effect of mealworm protein supplementation with aerobic exercise on the expression of genes involved in mitochondrial biogenesis, including peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha (PGC-1α), uncoupling protein 1 (UCP1), mitofusin 1 (Mfn1), and dynamin-related protein 1 (Drp1), in the soleus muscle tissue of rats with NAFLD.
Materials and Methods: In this experimental study, 25 male Wistar rats were divided into five equal groups including: 1- healthy, 2- patient, 3- patient+ supplement, 4- patient+ exercise, 5- patient+ supplement + exercise. The sick groups developed NAFLD with high fat and cholesterol diet. Interval endurance exercise was performed for eight weeks, including running on a treadmill for 30 minutes, five days a week with gradual overload. mealworm supplement gavage with a dose of 20 mg/kg body weight was performed on the same days as exercise. Tissue sampling of the soleus muscle was performed 48 hours after the last exercise and supplement session. The animals were anesthetized with intraperitoneal injections of ketamine and xylazine, and the soleus muscle tissue was immediately collected. Each tissue sample was placed in a microtube containing liquid nitrogen and stored at -80°C until gene expression analysis. RNA extraction was performed using the RNX-Plus method, and the quality and quantity of RNA were assessed via spectrophotometry and agarose gel electrophoresis. The sequences of mRNAs corresponding to the genes PGC-1α, UCP1, Mfn1, and Drp1 were extracted using the NCBI database. Primers were designed using AllellD software and evaluated for specificity using BLAST. The obtained data were analyzed using independent t-tests and two-way ANOVA at a significance level of p ≤ 0.05.
Results: The independent t-test results showed that in the diseased group, the expression of PGC-1α, UCP1, and Mfn1 genes significantly decreased compared to the healthy group, while the expression of Drp1 significantly increased (p = 0.0001). The two-way ANOVA results indicated that aerobic exercise significantly increased the expression of PGC-1α (p = 0.0001), UCP1 (p = 0.0001), and Mfn1 (p = 0.0001), while significantly decreasing the expression of Drp1 (p = 0.0001) in the soleus muscle tissue of rats with NAFLD. Additionally, statistical findings revealed that tenebrio molitor protein supplementation significantly increased the expression of UCP1 (p = 0.0001), PGC-1α (p = 0.0001), and Mfn1 (p = 0.0001), while significantly decreasing the expression of Drp1 (p = 0.0001) in the soleus muscle tissue of rats with NAFLD. However, the two-way ANOVA results showed that the combination of aerobic exercise and menebrio tolitor protein supplementation did not have a significant effect on the expression of UCP1 (p = 0.537), PGC-1α (p = 0.361), or Drp1 (p = 0.881) in the soleus muscle tissue of rats with NAFLD. Nevertheless, the simultaneous intervention of aerobic exercise and mealworm protein supplementation significantly increased the expression of Mfn1 (p = 0.0001) in the soleus muscle tissue of rats with NAFLD.
 
Table 1. Results of two-way ANOVA comparing relative gene expression changes in the study groups
 
 
*Significant effect of aerobic exercise on gene expression. **Significant effect of supplement on gene expression. ***Significant interaction effect (p ≤ 0.05).
 
Conclusion: Aerobic exercise and mealworm protein supplementation each independently led to a significant increase in the expression of PGC-1α, UCP1, and Mfn1 genes, as well as a significant decrease in the expression of Drp1 in the soleus muscle of rats with NAFLD. It appears that moderate-intensity interval aerobic exercise and mealworm extract supplementation, individually, can positively influence the levels of key genes involved in mitochondrial biogenesis and fat metabolism, potentially aiding in the treatment of NAFLD. Further studies are recommended to explore the interactive effects of exercise and mealworm supplementation on mitochondrial capacity and fat metabolism, particularly in samples with obesity or type 2 diabetes associated with NAFLD.
Keywords: Aerobic exercise, mealworm Larvae, mitochondrial biogenesis, Fatty Liver
Hical Considerations: All stages of animal care and euthanasia were conducted in accordance with the Helsinki Declaration (1964).
Funding: Ethical approval was obtained from the Ethics Committee of Islamic Azad University, Karaj Branch (Code: IR.IAU.K.REC.1403.029).
Conflict of Interest: No conflicts of interest declared.
 

کلیدواژه‌ها [English]

• Aerobic exercise
• mealworm Larvae
• mitochondrial biogenesis
• Fatty Liver