赵 娜,黄冬琴,詹晓梅,胡 敏
1980年Tatemoto等[1]从猪空肠粘膜萃取物中分离出一种36个氨基酸残基缩合而成的多肽——酪酪肽[2],这种多肽与胰多肽(PP)和神经肽Y(NPY)在结构上具有高度一致性。目前,已经在多种动物以及人类体内发现酪酪肽的存在。在循环系统中,酪酪肽以PYY1-36和PYY3-36两种形式存在[3,4]。PYY1-36释放入血后很快被二肽激肽酶酶切失去N端的两个氨基水解后形成PYY3-36,PYY3-36是血液循环的主要形式[5]。
酪酪肽通过位于靶细胞的Y受体发挥生物学效应。Y受体包含六种受体亚型(Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6),Y6受体在人体内不发挥作用。各种受体亚型结构、分布及其与酪酪肽的亲和力都各有差异。除了Y3受体外,酪酪肽可以与其他几种受体结合,对Y1,Y2,Y5受体亲和力更强,其中PYY3-36对Y2受体具有高亲和力。Y2受体主要分布在下丘脑弓状核、海马、肠道、迷走神经背侧端神经体内[6],尤其在食欲调节中枢下丘脑弓状核的NPY神经元中高度表达[7]。
酪酪肽广泛分布于胃肠道,主要由消化管的回肠、结肠和直肠上皮组织的L细胞以内分泌和旁分泌两种方式分泌[8],胰腺的内分泌细胞、中枢神经系统和末梢神经系统也有表达[9]。酪酪肽的分泌受营养物质成分对肠腔的刺激以及神经体液因素的影响[4]。Renshaw等[10]研究表明,摄食15分钟之内,在营养物质到达L细胞之前,酪酪肽的分泌已经增加,这说明酪酪肽释放初期,神经或激素可能参与了机制的调节。酪酪肽生物效应的大小和持续时间还取决于机体摄入的食物热量、营养成分和食物稠度[4,11,12]。机体摄入高蛋白质食物后,血清酪酪肽浓度明显高于摄入高脂肪或高碳水化合物食物[11]。Konturek等[13]证实,外周循环血中酪酪肽峰值与食物热量高度相关,酪酪肽以营养依赖性的方式释放,进入血液循环后,其水平快速增加,饭后1小时~2小时达到峰值,并可持续升高数小时[4]。此外,胆汁盐、胃酸以及调节因子如胆囊收缩素、血管活性肠肽等[14,15,16]都能刺激胃肠道细胞分泌酪酪肽。
1.4.1调节摄食PYY3-36具有促进饱腹感和抑制摄食的作用。研究证实,外周注射PYY3-36可抑制食欲,且摄食减少量与PYY3-36的注射量呈正比。在对动物的实验研究中,Batterham等[17]对自由采食和先禁食24小时的大鼠腹腔注射PYY3-36(50μg·kg-1),每天注射两次,连续七天,发现酪酪肽能抑制摄食和降低体重。Chelikani等[18]研究指出雄性SD大鼠静脉注射PYY3-36后,出现食欲减退、摄食量下降。Papadimitriou等[19]对短尾猴侧脑室灌注PYY3-36后,也发现短尾猴食欲明显受到抑制,减少摄食量。Sileno等[20]对新西兰兔每天一次较大剂量静脉注射PYY3-36,连续注射14天后,体重明显下降。
在对人类的研究中,Batterham等[17]对12名健康成人空腹注射正常餐后水平的PYY3-36,食欲明显降低,24小时内摄食量减少33%。2003年,该研究小组为评估酪酪肽对食欲和摄食量的影响,实验设计正常体重者和肥胖者(各12名)空腹注射PYY3-36两小时后进餐,发现肥胖个体能量摄入降低了30%,正常体重者降低了31%,且两组24小时总能量摄入均显著下降。这表明体重正常者和肥胖者对PYY3-36的厌食作用都比较敏感[21]。因此,酪酪肽可作为一种调节摄食的信号。
酪酪肽对摄食具有调节机制。摄食受下丘脑调节,包括弓状核黑素肾上腺皮质激素和NPY系统。PYY3-36可经血脑屏障进入神经中枢,通过下丘脑弓状核的Y2受体抑制摄食。Y2受体是NPY的抑制突触前受体,在弓状核NPY神经元上高度表达,容易受周围激素的影响。PYY3-36通过抑制NPY神经末端的活性,从而激活邻近的阿片-促黑素细胞皮质素原(POMC)神经元而发挥作用。酪酪肽受神经内分泌系统(脑-肠轴)调节,由肠道内分泌细胞分泌后作为控制能量摄入信号,通过G蛋白偶联作用于传入神经或通过血脑屏障直接作用于下丘脑弓状核神经元,引起饱腹感;还可能通过负反馈作用阻断饮食摄入刺激所引起NPY和相关蛋白的表达和释放,从而阻断兴奋下丘脑腹外侧核引起的摄食[17]。
1.4.2增加能量消耗PYY3-36具有促进能量消耗和脂肪氧化的作用。Adams等[22]对饮食诱导C57BL/6J雄性肥胖小鼠皮下注射PYY3-36(剂量为每天1mg·kg-1),连续处理七天。结果表明,PYY3-36处理组小鼠的采食量在第二至四天时显著低于对照组,昼夜呼吸商也低于对照组,说明脂肪氧化作用增加。Van den Hoek等[23]对C57BL/6J雄性肥胖小鼠慢性注射PYY3-36的研究也表明呼吸商降低,氧化酶活性改变,脂肪氧化增加。Boey等[24]研究发现,酪酪肽超表达的转基因小鼠表现出基础体温升高及促甲状腺释放激素持续表达,表明燃脂率和能量消耗增加降低血清甘油三酯水平及体重的增加。
Sloth等[25]对体重正常、超重及肥胖男性各12名采用盲目、随机、交叉研究发现,注射PYY3-36能够促进机体产热、脂类分解。表明能量消耗和脂肪氧化率增加。Guo等[26]通过对29名健康受试者(其中13名是肥胖受试者)测量空腹和餐后30分钟~180分钟内酪酪肽水平。研究发现空腹酪酪肽水平与肥胖各指标及15小时的静息代谢率呈负相关,餐后酪酪肽峰值与24小时的呼吸商也呈负相关,而餐后酪酪肽水平变化与餐后的饱感程度呈正相关。该研究表明内源性酪酪肽可能通过对摄食、能量消耗和脂代谢的影响来参与体重的长期调节。同样,Doucet等[27]对25名绝经前期正常体重健康女性进行空腹和早餐后三小时酪酪肽水平的测定发现,餐后酪酪肽水平与餐后的能量消耗和食物热效应相关。以上研究均表明酪酪肽能降低食欲和增加能量消耗。
1.4.3抑制胰岛素分泌
Nieuwenhuizen等[28]研究发现,酪酪肽可以抑制胰岛素的分泌。PYY3-36可能经过下丘脑的Y2受体来影响胰岛素的敏感性[29]。PYY3-36能抑制下丘脑弓状核的神经肽Y(NPY)神经元的活性和激活邻近的阿片-促黑素细胞皮质素(POMC)神经元,下丘脑中NPY的过度表达可引起啮齿类的肥胖症状和胰岛素抵抗;而α-黑色素细胞刺激素(POMC的一种产物)可以激活POMC神经元从而提高胰岛素敏感性[17]。
也有实验证明酪酪肽通过Y1受体影响其分泌。在胰岛β细胞上存在Y1受体[30],酪酪肽通过降低环磷酸腺苷(cAMP)水平以及直接作用于胰岛的Y1受体来抑制胰岛素分泌[28,31]。酪酪肽还可以通过胰腺内其它细胞来抑制β细胞分泌的胰岛素,δ细胞分泌的生长素也能有效地抑制胰岛素和胰高血糖素的分泌[32]。Karlsson等[33]还发现酪酪肽可通过间接减少胰高血糖素的作用来影响胰岛素分泌,并认为酪酪肽可能是以旁分泌方式来调节胰岛素的分泌,但关于胰高血糖素和酪酪肽是否同时分泌尚不确定。
肥胖个体空腹血浆酪酪肽水平较低。Rahardjo等[34]对小鼠进行22周饮食干预,研究发现高脂饮食诱导的肥胖小鼠血浆酪酪肽循环水平比体重正常和低脂饲养小鼠更低。在人类,McGowan等[35]研究表明,空腹酪酪肽水平与体重指数(BMI)呈负相关,超重者体内PYY3-36水平较低,肥胖患者内源性血浆酪酪肽水平在空腹和餐后均低于正常体重者[11,21]。Zwirska-Korczala 等[36]对患有代谢综合症的重度肥胖妇女测定空腹血浆PYY3-36水平,发现其浓度比正常体重组和患有代谢综合症的中度肥胖妇女低。Roth等[37]对73名肥胖儿童和45名正常体重儿童的研究也发现,与正常体重儿童相比,肥胖儿童体内内源性酪酪肽水平明显偏低,空腹酪酪肽水平不存在性别、青春期和青春前期间的差异,同时他还认为较低的酪酪肽水平使受试者更易于发生肥胖。Li等[38]也证实肥胖者空腹酪酪肽低水平下,酪酪肽可能产生很弱的饱感信号,从而加剧肥胖。Guo等[26]研究发现空腹酪酪肽水平与BMI和腰围以及15小时的静息代谢率都呈负相关。餐后肥胖组的酪酪肽水平比正常体重组低得多。酪酪肽循环水平与成人[39,40]、儿童[37]以及婴儿[41]的脂代谢均呈负相关。因此,循环中低水平的酪酪肽可能参与肥胖的发病机理[42,43]。
研究发现减肥能使肥胖个体血液循环中低的酪酪肽浓度显著升高。le Roux CW等[44]研究发现,胃旁路术两天后酪酪肽水平开始上升,食欲减退;给患者皮下注射生长抑素后,酪酪肽分泌受到抑制,食欲恢复,摄食增加。Rosa等[45]研究也表明胃旁路术六周后,饥饿感降低,饱感增强,血浆总酪酪肽水平升高。Alvarez_Bartolome等[46]研究发现,重度肥胖患者酪酪肽水平比非肥胖者更低,而重度肥胖患者经过垂直捆绷式胃成形术六个月及12个月后酪酪肽水平逐渐上升到正常水平。Valderas等[47]将肥胖者分为手术治疗组和药物治疗组各八名与八名正常体重组随访两个月,发现吻合胃绕道术、袖状切除术组和药物治疗组减肥效果相似,手术组酪酪肽水平上升,食欲降低,而药物治疗组没有发生显著性变化;研究还提示酪酪肽水平升高及饱感增强可加强手术减肥的持续效果。肥胖者酪酪肽水平可随着体重降低而逐渐上升,甚至能恢复到生理水平。然而,Paulina等[48]对30名肥胖成年人进行八周饮食干预(分为低碳水化合物减肥组和低脂减肥组)研究发现,减重后空腹和餐后血清PYY水平都下降了,这可能反映了一种维持能量平衡的代偿反应及会导致限制能量饮食期间减重困难。出现不同的研究结果可能是受试者没有严格遵从饮食处方造成的。
中等强度的急性有氧运动可提高血浆酪酪肽水平。Broom等[49]对11名健康男学生进行为期三周,每周一次八小时的实验,受试者随机交叉完成任何一组实验(有氧练习、力量练习和休息),力量练习组以80%RM的抗阻运动(举重)持续90分钟,休息六小时;有氧练习以70%的最大摄氧量(VO2 max)跑台持续一小时,休息七小时;另一组实验仅是安静休息八小时。研究发现有氧运动的能量消耗高于抗阻运动和休息组,有氧运动期间和运动后一段时间饥饿感均受到抑制,且运动后酪酪肽水平在较长时间内可持续一个较高水平。Ueda等[50]分别对肥胖和正常体重者(各7名)以50%VO2 max进行持续一小时的骑自行车运动,结果显示,急性运动可以增加血浆中酪酪肽浓度,降低能量摄入和相对能量摄入;肥胖受试者运动抑制能量摄入的程度及能量消耗均显著高于对照组,表明中等强度的急性运动可引起能量负平衡。Martins等[51]报道标准餐一小时后(饱腹状态下)对12名健康受试者以65%VO2 max进行持续一小时的骑自行车运动,发现运动期间血浆酪酪肽水平显著增加,而且运动期间饥饿感显著降低,但是这种效果很短暂,运动后即消失。与对照组相比,运动组机体相对能量摄入也显著下降。研究认为急性运动诱导的食欲降低可能会影响随后的能量平衡,且可能与运动中酪酪肽升高有关系。此外,Cheng等[52]对12名有适量运动习惯的年轻男性(适量运动是指受试者在入选前至少进行了三个月有氧运动,每周二至四天,每次20分钟~60分钟)进行三组随机实验(饭后两小时运动组、饭前一小时运动组、安静进餐能耗组)均以60%VO2 max进行50分钟的踏车运动,研究发现饭后组50分钟中等强度运动可延长食欲对摄食的抑制作用,而且血浆PYY3-36水平有上升的趋势;饭前组50分钟中度强度运动可削弱运动后期的饥饿感,抑制饭后食欲的增加,这表明急性运动可降低他们的饥饿感,且饥饿程度受运动时间选择的影响。
长期运动锻炼降低体重后能够增加肥胖青少年空腹酪酪肽总水平。Jones等[53]对肥胖青少年以60%~85%VO2 max的运动强度、每周三次持续锻炼时间为一小时的有氧运动八个月后,体脂率降低2.2%,甘油三酯浓度降低23%,空腹酪酪肽循环总浓度增加23%,该研究表明,空腹酪酪肽浓度的增加暗示着可能会降低肥胖青少年的食欲。Roth等[37]通过对肥胖儿童运动锻炼配合行为干预和饮食治疗,每周一次持续一年的研究发现,肥胖儿童酪酪肽基线水平较低,但减重后酪酪肽水平显著增加,这暗示降低体重能使血浆酪酪肽水平恢复到生理水平。而Kelly等[54]将19名老年肥胖受试者分为适当热量饮食组和低热量饮食两组,然后以75% VO2 max每周五次,每次一小时、持续12周的中等强度有氧运动锻炼(跑台或踏车运动),研究发现干预后两组受试者体重指数和脂肪量都下降,而空腹酪酪肽水平没有变化。
酪酪肽具有抑制摄食、增加能量消耗和抑制胰岛素分泌的作用。近年来,酪酪肽在肥胖领域的研究已经取得了一些成果,但仍存在许多亟待解决的问题。酪酪肽抑制摄食作用时间的长短以及与其他食欲调节因子之间的相互作用还不明确,酪酪肽是如何结合和激活Y2受体发挥生物效用、酪酪肽进入循环后对肥胖的作用及机制还需进行进一步的探讨。目前更值得关注的是,急性运动以及长期运动锻炼对肥胖个体酪酪肽水平的影响及其作用机制,不同强度运动、运动时间的选择、运动方式以及运动时间对酪酪肽时效性的影响、运动诱导的酪酪肽变化对能量摄入是否有影响、酪酪肽对减肥效果和持续效果的时间等等都有待于更深入的研究。随着对酪酪肽与肥胖及运动关系的不断探究,酪酪肽将为肥胖症的预防和治疗开辟新的途径。
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