运动对白色脂肪组织代谢的影响

陈能 秦立强 万忠晓

苏州大学公共卫生学院营养与食品卫生教研室（江苏215123）

白色脂肪组织具有多种生理功能， 在调节机体能量及糖代谢中发挥着重要作用[1，2]。 脂肪组织功能紊乱可能导致糖耐量异常、胰岛素抵抗。 运动是改善肥胖、胰岛素抵抗、 代谢综合征等的基础及关键措施之一[3]。越来越多的证据支持白色脂肪组织具有很强的可塑性，运动能够改善白色脂肪组织的功能。 本文简述白色脂肪组织在代谢和内分泌平衡方面的主要作用， 并总结运动改善白色脂肪组织功能的主要依据。

1 白色脂肪组织概述

解剖学一般将啮齿动物的白色脂肪组织分为皮下和内脏脂肪组织， 不同部位的脂肪组织具有不同的形态结构和代谢功能。皮下脂肪组织主要位于腹部、臀部和股部的皮下， 而内脏脂肪组织指腹腔内脏器官周围的脂肪，如性腺脂肪、肠系膜脂肪、网膜脂肪和腹膜后脂肪。和皮下脂肪组织相比，内脏脂肪组织不仅具有较高的基础甘油三酯分解水平， 且经儿茶酚胺类诱导后的甘油三酯分解水平也比皮下脂肪组织高； 经胰岛素诱导后， 内脏脂肪的糖摄取和线粒体蛋白的表达水平也均高于皮下组织， 且较少受到胰岛素抑制脂肪分解作用的影响[4]。 这些差异导致了两者在脂肪分解、糖摄取和内分泌功能等方面的不同。

白色脂肪组织通过内分泌、旁分泌、自分泌信号网络与其他组织产生广泛的交互作用从而在全身代谢平衡中发挥重要作用。 白色脂肪组织由几类不同的细胞组成，主要包括成熟脂肪细胞、内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞和前脂肪细胞， 后四类细胞通常被称为脂肪基质血管成分[2]。

白色脂肪组织有两大基本生理功能： 分解供能和分泌多种脂肪因子。在饱腹状态下，它是机体储存甘油三酯的主要器官；在禁食和运动状态下，它通过分解甘油三酯，释放甘油和脂肪酸进入血液循环，因而具有调节脂肪酸通量的作用[5]，若脂肪组织的这种缓冲作用被损坏，则游离脂肪酸含量将异常升高，增加胰岛素抵抗的风险。 此外，白色脂肪组织会释放一系列的内分泌和旁分泌因子，即脂肪因子[6]，目前被识别的脂肪因子具有大幅增加的趋势，主要包括瘦素、脂联素、内脂素、抵抗素、血管内皮生长因子、网膜素、胰岛素样生长因子1、视黄醇结合蛋白4、肿瘤坏死因子α、白介素6和单核细胞趋化蛋白1等。 这些脂肪因子除了参与机体能量、糖代谢外，还与肝、骨骼肌、下丘脑相互影响，调节炎症、血管生成和食物摄取等代谢过程[6，7]。

2 运动对白色脂肪组织代谢的影响

2.1 运动诱导脂肪组织的脂肪分解

在耐力运动过程中， 当体内储存的糖类消耗殆尽后， 从脂肪组织中动员出来的非酯化脂肪酸则成为肌肉收缩的主要能量来源， 血液中升高的儿茶酚胺类化合物是调节脂肪分解的主要调节因子。 儿茶酚胺类化合物（肾上腺素和去甲肾上腺素）与β-肾上腺素能受体结合，激活腺苷环化酶，致使细胞内cAMP水平升高并激活cAMP依赖蛋白激酶（PKA），活化的PKA使围脂滴蛋白和激素敏感性脂肪酶 （hormone -sensitive triglayceride lipase，HSL）发生磷酸化，最终促使甘油三酯水解[8，9]。 HSL是脂解的限速酶，存在若干个可逆的磷酸化位点，Ser-563、Ser-659和Ser-660是PKA刺激HSL磷酸化的主要位点，且Ser-659和Ser-660是主要活性控制位点[10]。

HSL在早期一直被认为是甘油三酯水解的唯一限速酶，2004年，三个研究团队分别独立发现了一种新的脂肪分解酶[11]，各自命名为脂肪甘油三酯脂酶（ATGL）、去脂素和钙独立性磷酸酯酶A2ζ。 在3T3-L1脂肪细胞中，ATGL能够显著增强无刺激状况下及儿茶酚胺诱导下的脂肪分解[11]，ATGL缺失小鼠异丙肾上腺素诱导的脂肪分解水平显著下降[12]，因此，ATGL在儿茶酚胺诱导的脂肪分解过程中起促进作用。 Wohlers等[13]发现一次急性平台跑步后， 雌性小鼠的大网膜和肠系膜脂肪内ATGL含量显著增加；Huijsman等[14]发现ATGL缺失小鼠的跑步能力受到损害， 且血浆内非酯化脂肪酸含量下降，ATGL可能是运动诱导脂肪分解过程中的一个重要调节因子。 而运动诱导的ATGL激活所涉及的信号通路有待进一步研究。

2.2 运动诱导脂肪组织的线粒体生成

Stallknecht等[15]已证实，每天6小时、为期12周的游泳运动能够显著提高大鼠睾脂内线粒体酶的活性。Sutherland等[16]也发现每天2小时、为期4周的游泳运动增加了大鼠睾周和腹膜后脂肪内柠檬酸合成酶的活性，并提高了线粒体呼吸链酶的含量。 此外，平台跑步运动训练同样能够增加小鼠睾脂内线粒体的密度[17]。以上研究表明运动对脂肪组织线粒体生成的影响不受运动形式的限制。

但人群研究的结果并不一致。 Ruschke等[18]对人群进行为期4周的运动干预，发现皮下脂肪中与线粒体合成密切相关的过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α （PGC-1α）mRNA 的表达上升， 但对网膜脂肪PGC-1α mRNA 的表达无影响。Camera等[19]发现引起骨骼肌改变的短期耐力训练没有改变人皮下脂肪内柠檬酸合成酶的活性、 线粒体总量或PGC-1α 的mRNA 表达量。 人群研究结果的差异可能是皮下脂肪对肾上腺素的刺激没有内脏脂肪敏感， 对儿茶酚胺类化合物的反应力也与内脏脂肪不同。 此外，运动的类型、持续时间和强度也可能是运动诱导白色脂肪组织线粒体生成的影响因素。

2.3 运动对脂肪组织糖摄取的影响

大鼠腹腔注射链脲佐菌素后脂肪细胞的糖代谢严重受损， 但进行为期10周的运动训练可恢复受损的糖代谢[20]。 运动训练还能使2型糖尿病患者脂肪细胞内葡萄糖转运蛋白4的蛋白表达量增加[21]，这可能与运动调节了脂肪细胞IRS/PI3K/Akt/PKB通路，从而提高白色脂肪组织的胰岛素敏感性有关[22]。 此外，运动能够增加脂肪组织的线粒体， 也可能是运动诱导脂肪组织糖摄取改善的原因之一。

2.4 运动对脂肪因子的影响

2.4.1 脂联素（adiponectin）

1995年Scherer等[23]首次发现脂联素，它只能由脂肪细胞分泌。脂联素具有提高胰岛素敏感性、增强血管功能、抗动脉粥样硬化、抗炎和保护心脏等功能[24]。 体重正常的健康受试者进行运动干预后， 外周血脂联素水平不受影响[25]，甚至略有降低[26]；但肥胖和超重的受试者，进行运动干预或是运动联合控制饮食干预后，血浆脂联素水平显著提高[27]。 运动诱导的脂联素水平改变很大程度上归因于身体成分的改变，同时，动物实验已证实运动训练的强度也是影响血浆脂联素水平的因素之一[28]。

2.4.2 瘦素（leptin）

在体内， 瘦素主要通过调节下丘脑和其他特定区域的中枢神经来抑制食欲[7]。瘦素还能刺激骨骼肌的脂肪酸氧化[29]、促进细胞因子生成和提高巨噬细胞粘附力[30]。 肥胖状况下，人体外周血瘦素水平升高。 运动对瘦素水平的影响并无一致的结论，既有运动降低瘦素水平[31]的报道，也有运动不影响瘦素水平[32]的报道。通常情况下，如果运动减少了脂肪含量，瘦素水平将下降[33]。

2.4.3 其他脂肪因子

运动对脂肪因子的影响是多方面的， 并不局限于脂联素和瘦素。 抵抗素（resistin）是近年被发现并重视的一类脂肪因子，由于它对胰岛素的功能有抑制作用，故被认为是形成胰岛素抵抗状态的重要一环。 有动物实验表明，运动、高脂饮食干预对抵抗素水平并无显著影响[34]。 但在人群研究中，运动疗法能显著降低肥胖人群循环系统抵抗素水平[35]；Wenning等[36]的研究也表明，为期3个月的运动训练能够降低男性糖尿病患者抵抗素水平。 动物实验与人群研究结果的差异可能与运动方式、强度、实验对象等的差异有关。 本课题组的研究结果表明[37]，抵抗素具有诱导脂肪组织分解，降低脂联素表达的作用。 抵抗素在调节运动对机体影响中究竟发挥怎样的作用还需要进一步的研究来阐明。

肿瘤坏死因子α（TNF-α）是一种促炎细胞因子，运动对其影响仍有争议。有文献指出，12周的游泳训练对高脂饲喂的小鼠血清TNF-α水平有显著降低的作用，对其脂肪组织内TNF-α无此作用， 但运动能显著降低正常饲喂小鼠脂肪组织的TNF-α水平[38]。人群研究结果表明， 有氧运动对肥胖人群血清TNF-α水平有降低趋势，但无显著意义[39]。 随着发现脂肪因子数量的迅猛增加， 还需要大量的研究来进一步阐明脂肪因子在调控运动改善机体状态中的作用。

2.5 运动诱导的代谢产物对脂肪组织代谢的影响

2.5.1 儿茶酚胺类化合物

运动升高血液儿茶酚胺类化合物水平， 激活脂肪组织的众多信号通路， 其中有关AMP依赖的蛋白激酶（AMPK）和p38 MAPK信号通路的报道最为广泛，β-肾上腺素受体激动剂能显著增强AMPK[40-42]和p38 MAPK[43，44]在脂肪细胞内的活性。儿茶酚胺激活AMPK是脂肪分解的结果，在随后的脂肪酸再酯化过程中增强[41]；脂肪分解的抑制导致肾上腺素受体激动剂诱导的p38 MAPK活化减弱[44]。 动物实验和人群研究均表明，一次急性运动诱导了脂肪组织AMPK活化[40，42]，但也有不一致的实验结论，这可能与运动持续时间、强度和类型影响脂肪组织内AMPK的磷酸化状态有关[45]。 目前已经明确的是， 儿茶酚胺能够调节雌性大鼠脂肪细胞内运动诱导的AMPK活化[40]，而这种变化是否存在性别差异需要进一步研究阐明。

2.5.2 白细胞介素-6（IL-6）

近年来骨骼肌被认为是一类内分泌器官， 研究最多的肌肉因子是IL-6。 当骨骼肌收缩时，IL-6的分泌量增多，这是运动过程中血浆IL-6水平增加的主要原因。肌源性IL-6也可能是运动相关的诱导脂肪组织代谢的潜在中介物。 早期研究认为IL-6能够刺激脂肪组织分解，且在运动诱导的AMPK活性增加过程中发挥作用[46]，但该观点受到越来越多研究者的质疑。 健康受试者在体灌注IL-6对脂肪组织的脂肪分解无效， 但刺激了骨骼肌内的脂肪分解[47]。运动过程中IL-6对皮下脂肪组织AMPK活性亦无影响[45]。 本课题组的研究也发现一次急性运动后，IL-6对脂肪组织的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和丙酮酸脱氢酶激酶4的mRNA表达无影响[48]。 值得注意的是，IL-6的间质浓度范围为2000～3000 pg/ml[49]，即使像马拉松这样的大运动量运动后， 外周血中IL-6浓度也稳定在35 pg/ml左右[50]。 因此，脂肪组织在非运动状态下已被高浓度IL-6包围， 在运动过程中IL-6信号通路是否被激活需进一步的研究。

2.5.3 鸢尾素（Irisin）

2012年Bostrom等[51]发现了一种新的多肽并将其命名为鸢尾素，它是一种由肌肉细胞分泌的细胞因子，其表达量呈PGC-1α依赖性。 在运动过程中，鸢尾素能够诱导小鼠皮下白色脂肪转变为褐色脂肪， 使机体消耗多余的热量， 这为开发新的治疗代谢性疾病的措施提供了新思路，但目前人群研究结果存在不一致性。 Huh等[52]的研究结果表明在正常人群及代谢综合征患者中，一次急性运动 （包括高强度间歇训练和中等强度持续训练） 能够显著增加人血液中鸢尾素的含量；但Hecksteden等[53]的研究则提示26周的运动训练并未改变血液中鸢尾素的含量， 且作者认为已报道的运动增强鸢尾素含量的阳性结果可能与样本储存控制不当导致鸢尾素降解有关；Blüher等[54]的研究表明在肥胖儿童中进行为期一年的运动和饮食联合干预能够增加循环系统鸢尾素的含量。因此，仍需大量的人群研究来进一步验证长期的运动训练是否能够增加鸢尾素含量，及鸢尾素对脂肪组织功能的影响在改善运动对机体影响中所起的作用。

3 结语

白色脂肪组织具有很强的可塑性，在调节糖、脂肪代谢中发挥重要作用。 脂肪组织的代谢与运动形式有关，因此，应进一步阐明不同形式的运动影响白色脂肪组织功能的具体机制。同时，应探讨运动与其他能够改善脂肪组织功能的措施（如植物化学物）联合作用对白色脂肪组织的影响， 最终为个性化的生活方式干预疗法提供理论依据。

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