有氧运动调控血糖的机制研究进展

杨 宇，梁英业，何雨思，尚浩宇，何育风*

（1.广西中医药大学第一附属医院，广西 南宁 530023；2.广西中医药大学，广西 南宁 530200）

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是胰岛素分泌绝对或相对不足以及靶组织细胞对胰岛素敏感性降低而导致血糖升高的代谢性疾病［1］，典型症状为多饮、多食、多尿、体重减轻。诊断DM 的常用指标是空腹血糖和餐后2 h 血糖［2］，近年来，DM 的患病率显著上升，我国2017 年成年人DM 的患病率达到11.2%［3］，目前，治疗DM 的方法有营养治疗、运动治疗、药物治疗、健康教育和血糖监测等。人体运动的能量来自细胞内的有氧代谢（氧化反应）运动称有氧运动［4］，例如慢跑、游泳、登山等。近年来有较多有氧运动调控血糖机制的相关报道，因此本文从肠道菌群、脂代谢、葡萄糖转载体、炎症反应等角度整理归纳了有氧运动调控血糖的机制，为有氧运动调控DM 的机制及临床研究提供参考。

1 有氧运动对肠道菌群的影响

有研究报道，肠道菌群失调能诱发代谢性疾病，血糖代谢异常是其中之一［5］，拟杆菌、双歧杆菌、乳杆菌、柔嫩梭菌及其相关的类群（酪酸梭菌、梭菌类群Ⅳ以及普拉梭菌等）都与DM 的发生发展密切相关［6］，与健康人相比，DM 患者肠道中乳酸杆菌更多，双歧杆菌含量更少［7］。有研究通过粪菌移植实验证实改变肠道菌群可以发挥改善血糖代谢的作用［8］，而肠道菌群主要通过抗氧化作用、保护肠道屏障、调节短链脂肪酸等途径发挥调控血糖的功能［9-11］。给有反应菌群和无反应菌群的小鼠灌胃，在同样的有氧运动下，有反应菌群的小鼠血糖控制较好［12］，表明有氧运动可通过调整肠道菌群改善糖代谢异常［13］。另有研究表明，有氧运动能改善肠道菌群的组成及多样性，并且糖尿病的病情也得到缓解，这可能和肠道菌群的良性变化有关［14］。杨玲等［15］发现，有氧运动可通过调控肠道菌群影响短链脂肪酸而提高胰岛素的敏感性，进而影响血糖。综上，有氧运动能够使肠道菌群发生改变，而肠道菌群的变化可以通过不同机制影响血糖，起到调控血糖的作用。

2 有氧运动对脂代谢的影响

高脂血症是DM 发生的重要危险因素之一，脂代谢主要是指甘油三酯（TG）、胆固醇和脂蛋白的代谢［16］，脂代谢紊乱以TG 高于正常人，高密度脂蛋白（HDL-C）低于正常人为主［17］，脂代谢紊乱会使DM 患者糖代谢紊乱加重［18］。妊娠期糖尿病患者机体脂代谢紊乱，同时血清内脂素（visfatin）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）这些脂代谢指标水平与糖代谢指标水平呈显著正相关关系［19］。改善机体的脂代谢紊乱正是治疗DM 的机制之一。有研究显示，进行4周低氧运动后，大鼠血清瘦素（Leptin）水平会下降［20］，而Leptin对脂肪生成有抑制作用［21-22］，因此，有氧运动可通过降低血清TG 水平来改善脂代谢紊乱，从而减少因高脂血症导致DM 的概率。研究表明［23-24］，有氧运动能够降低血清TG，调节脂代谢，使糖尿病病情得到改善。毛文慧等［25-26］研究表明，游泳运动能使TG水平明显降低，HDL-C水平明显升高且胰岛素抵抗（IR）大鼠血脂代谢明显改善。骨骼肌内脂蛋白脂酶（lipoprotein lipase，LPL）是降解TG 的限速酶，能够促进TG 的分解［27］，有氧运动能够使骨骼肌细胞内环磷酸腺苷升高，刺激LPL 的活性［28-29］。有研究表明，有氧运动能激活大鼠下丘脑-垂体-肾上腺皮质（HPA）系统和交感神经-儿茶酚胺系统［30］，进而提高LPL的活性，加速脂肪水解，更好地促进脂代谢，从而使血糖降低［31］。综上，有氧运动可以通过不同的途径促进脂代谢，起到调控血糖的作用。

3 有氧运动对葡萄糖转运体的影响

血糖的代谢取决于细胞对葡萄糖的摄取，但是葡萄糖无法自由通过细胞膜脂质双层结构进入细胞，而葡萄糖转运体（GLUT）正是一类调控细胞外葡萄糖进入细胞内的跨膜蛋白家族［32］。葡萄糖转运蛋白-4（GLUT4）是促进机体葡萄糖跨膜转运的蛋白之一，正常状态下，胰岛素与胰岛素受体结合刺激GLUT4从细胞内囊泡上向细胞膜转移，并发挥转运葡萄糖的作用，从而降低血糖［33］。胰岛素与GLUT4 的表达影响着骨骼肌中葡萄糖的摄取，而胰岛素的分泌情况及肝糖原和葡萄糖之间的转化又影响着血糖升降［34］。体内胰岛素受体底物-1（IRS-1）/GLUT4 信号传导通路发生异常时，导致骨骼肌对葡萄糖摄取减少，从而血糖升高［35］。研究发现，运动和骨骼肌收缩可增加肌膜和T 管膜处的GLUT4，而GLUT4 敲除可使小鼠骨骼肌收缩、葡萄糖摄取能力降低［36］。在肥胖的大鼠模型中，有氧运动的干预可增强骨骼肌胰岛素刺激的葡萄糖转运和增加GLUT4 蛋白表达［37］，进而促进GLUT4从细胞囊泡上向细胞膜的转移，提高骨骼肌细胞对葡萄糖的摄入，发挥降糖作用。因此有氧运动可通过对葡萄糖转运体GLUT4 的影响，从而发挥调控血糖的作用。

4 有氧运动对炎症反应的影响

炎症反应是以血液中的炎症因子、C 反应蛋白水平上升有特征表现的一种防御性反应，其中主要炎症因子有肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）、白介素-6（IL-6）、转化生长因子-β（TGF-β）、白介素-8（IL-8）、白介素-10（IL-10）等，这些炎症因子能干扰胰岛素信号传递，产生胰岛素抵抗［38］，也能使胰岛素分泌减少［39］，且这些炎症因子升高与DM 及其并发症发生发展有着密切的关系［40-41］。DM 患者NFκB炎症信号通路过度激活，规律的有氧运动可通过抑制NF-κB 蛋白表达，使TNF-α 水平得以降低，改善炎症情况，从而降低DM 血糖水平［42］。有研究表明［43］，8周有氧运动能使DM 大鼠的血管炎症标志物IL-1β 和血管细胞黏附分子-1（VCAM-1）水平明显降低，其机制可能是有氧运动通过降低血管氧化应激状态缓解血管炎症，从而改善DM 大鼠的血糖代谢功能达到降糖作用。Ryan 等［44］研究表明，通过有氧运动能有效降低全身及血管炎症标志物。卞学鹏等［45］研究表明，12 周的跑台运动能够显著降低IR 小鼠海马焦亡相关蛋白，从而抑制炎症因子表达，改善IR，发挥调控血糖作用。

5 讨 论

DM 因其高发病率给人类健康造成严重威胁，胰岛素抵抗和胰岛素分泌不足是DM 形成的重要机制。运动疗法因其成本低、副作用小，与饮食疗法、胰岛素疗法并称为DM 及其并发症治疗的“三架马车”。有氧运动通过增加有益菌、抑制有害菌调整肠道菌群而改善血糖水平；能够加速血清中甘油三酯的代谢，从而促进脂代谢降低血糖；能有效促进细胞膜上GLUT4 的移动、表达，改善骨骼肌中葡萄糖的摄取，从而发挥降糖作用；通过明显降低炎症标志物IL-1β和VCAM-1 的水平，改善DM 大鼠的血糖代谢功能。综上，近年来有氧运动调控血糖机制研究取得了较大进展，但目前临床研究中关于有氧运动调控血糖水平通路相关的研究报道较少，这将是今后临床研究的重点。