不同运动方式介导下的白色脂肪组织棕色化.pdf

肥胖是一种由遗传、环境、心理和社会等因素引起的慢性代谢性疾病,它极大地增加了人们患糖尿病、心血管疾病、非酒精性脂肪肝等疾病的概率。全球肥胖率持续上升,目前成人年龄标化肥胖率是 14%,远高于 1980 年的 4.6%1。肥胖源于能量摄入与消耗的不均衡,这种不均衡会导致体内白色脂肪组织(white adipose tissue,WAT)过剩。近年来的研究显示了 WAT 棕色化在肥胖治疗上的潜在价值2-3。运动能使脂肪组织产生良好适应,包括 WAT 棕色化2,4。科学的运动作为干预和治疗肥胖的一种非药物手段,对代谢健康有良好的促进作用,而运动效果又因运动方式的不同有所差异。因此,研究不同运动方式对 WAT 棕色化的影响对肥胖的干预非常重要。1白色脂肪组织棕色化脂肪组织是人体能量代谢的重要器官,对能量平衡和葡萄糖代谢具有重要的调节作用,同时DOI:10.16605/ki.1007-7847.2022.08.0190不同运动方式介导下的白色脂肪组织棕色化收稿日期:2022-08-12;修回日期:2022-11-30;网络首发日期:2023-03-15基金项目:国家重点研发计划“主动健康和老龄化科技应对”重点专项(2022YFC2010200);中央高校基本科研业务费专项资金资助课题(2020045);教育部“运动与体质健康”重点实验室支持项目作者简介:曾丽清(2000),女,四川西昌人,硕士研究生;*通信作者:张培珍(1974),女,山西原平人,博士,教授,博士生导师,主要从事运动与心血管健康、运动健身与运动处方、运动营养研究,E-mail:。曾丽清,张培珍*(北京体育大学 运动医学与康复学院,中国北京 100084)摘要:脂肪组织是一种具有多种生理功能的高度复杂的异质性组织,不同部位、不同类型的脂肪组织在代谢特征上存在差异,过多的白色脂肪组织(white adipose tissue,WAT)会造成肥胖,而棕色脂肪组织(brown adiposetissue,BAT)在影响能量消耗方面起着重要作用,近年来不断有研究证实运动能促进 WAT 棕色化,这将对代谢健康大有裨益。WAT 棕色化受运动方式、运动强度、运动时间等因素的影响,该文总结了有氧运动、抗阻运动、高强度间歇训练、全身振动训练等对 WAT 棕色化的影响,以便采取更佳的运动策略提高 WAT 棕色化,进而改善肥胖和促进代谢健康。关键词:白色脂肪组织棕色化;运动方式;解偶联蛋白 1;肥胖;运动因子中图分类号:Q493,R339.4,R589.2文献标志码:A文章编号:1007-7847(2023)04-316-08White Adipose Tissue Browning Mediated by Different Modes ofExerciseZENG Liqing,ZHANG Peizhen*(School of Sports Medicine and Rehabilitation,Beijing Sport University,Beijing 100084,China)Abstract:Adipose tissue is a highly complex and heterogeneous tissue with many physiological roles.Dif-ferent parts and types of adipose tissue have different metabolic characteristics.Excessive white adipose tis-sue(WAT)causes obesity,whereas brown adipose tissue(BAT)plays an important role in energy expenditure.In recent years,studies have confirmed that exercise can promote the browning of WAT,which is beneficialfor metabolic health.WAT browning is affected by the exercise mode,exercise intensity and time,and otherfactors.Herein,the effects of aerobic exercise,resistance exercise,high-intensity interval training and whole-body vibration training on browning of WAT are summarized,with the aim of exploring more efficient exer-cise strategies to promote the browning of WAT,thereby preventing obesity and improving metabolic health.Key words:browning of white adipose tissue;exercise mode;uncoupling protein 1(UCP1);obesity;exerkine（Life Science Research，2023，27（4）：316-323）第 27 卷 第 4 期生命科学研究灾燥造援27 晕燥援4圆园23 年 8 月蕴蚤枣藻 杂糟蚤藻灶糟藻 砸藻泽藻葬则糟澡Aug.圆园23窑 细胞与生理学 窑第 4 期曾丽清等：不同运动方式介导下的白色脂肪组织棕色化它也是人体最大的内分泌器官5。现常将脂肪组织分为三类:WAT、棕色脂肪组织(brown adipose tis-sue,BAT)和米色脂肪组织,三类脂肪组织存在不同的形态特征和生理功能3,5。WAT 主要由具有多种生理功能的单房脂肪细胞构成,其脂滴面积较大,线粒体含量较少,主要功能是储存多余的脂质、机械缓冲和热防护;而 BAT 与其相反,BAT富含线粒体,其呈现褐色主要是由于具有较高的线粒体密度3,5-6。BAT 由多房脂肪细胞组成,其解偶联蛋白 1(uncoupling protein 1,UCP1)表达增加有助于非颤栗产热4。研究显示,成人 WAT 在寒冷或运动等方式的刺激下会生成米色脂肪细胞,包括新米色脂肪细胞的分化和白色脂肪细胞向米色脂肪细胞的转化,这一过程称为 WAT 棕色化7。不仅冷刺激可诱导 WAT 棕色化,最新研究显示,局部热疗(local hyperthermia therapy,LHT)也可促进小鼠和人类米色脂肪的激活,该过程通过HSF1-A2B1 转录轴实现8。在该研究中,LHT 是利用水凝胶光热疗法激活米色脂肪,其效果依赖于重组人热休克转录因子 1(heat shock transcriptionfactor 1,HSF1),HSF1 可调控核不均一核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein,hnRNP)A2B1 转录,hnRNP A2B1 作用于 HSF1 的下游,以增强代谢基因转录本的稳定性。通过调节肠道菌群来预防和改善高脂膳食引起的肥胖在近年来也备受关注。适当的饮食干预可以重塑肠道菌群,新琼四糖(neoagarotetraose,NA4)作为一种新型益生元,可以选择性地促进有益肠道菌群的活动或生长繁殖,从而改善宿主健康。2022 年关于 NA4 在高脂膳食诱导小鼠肥胖中的作用研究显示,NA4 干预不仅显著降低了高脂膳食诱导的肥胖小鼠的体重增加、胰岛素抵抗、肝脂肪堆积等,而且还能促进 WAT 的脂解和棕色化,抑制脂肪生成9。既往认为 BAT 虽存在于啮齿动物和人体内,但就人体而言,其只存在于婴幼儿时期,成人体内没有 BAT。现有研究显示,成人体内也存在BAT,其主要分布于颈部和锁骨上以及肩胛骨之间的区域10。激活的 BAT 代表了非颤栗产热的主要部位,通常 BAT 产热不依赖于肌肉收缩,而是由位于线粒体内膜上的 BAT 特异性因子 UCP1 实现的,UCP1 促进 ATP 合成过程中氧化磷酸化的解偶联,导致流出的质子重新进入线粒体基质,进而产生热能11。米色脂肪细胞在产热功能和部分形态上与棕色脂肪细胞极为相似,其特征是比棕色脂肪细胞拥有更多的线粒体,UCP1 等参与脂解和产热的蛋白质表达增强,脂肪酸运输和氧化速率也更高12。BAT 与米色脂肪组织的产热过程都离不开线粒体,最近的一项研究指出,线粒体嵴重塑蛋白,即视神经萎缩蛋白 1(optical atrophy 1,OPA1),可通过影响尿素循环和 Jumanji 家族组蛋白去甲基化酶 KDM3A 促发 WAT 自主棕色化13。上述研究探讨了物理治疗、营养补充、基因修饰等方式对 WAT 棕色化的影响,而棕色脂肪细胞和米色脂肪细胞在防治肥胖方面最显著的特点是,它们可以通过摄取葡萄糖和脂肪酸产生热能,进而调节全身脂代谢。运动与热能产生之间联系紧密,而且在人体脂肪组织中 WAT 的比例最高,因此,探究运动诱导 WAT 棕色化的机制和不同运动方式对 WAT 棕色化的影响,以 WAT 棕色化的机制为切入点,为适宜减脂运动方式的选择提供新思路,在肥胖的改善和促进代谢健康方面有深远的意义。2运动因子与白色脂肪组织棕色化规律的运动能够提高线粒体生物发生和氧化能力以及增加 WAT 中米色脂肪细胞的数量14-15。运动介导的 WAT 棕色化被认为主要起源于肌肉因子或者其他分泌因子,因运动能够刺激这些因子的分泌而将其统称为“运动因子”。运动因子包括任何器官在急性运动或长期运动时分泌到循环中的体液因子,包括多肽、代谢物、核糖核酸等16。常见的与 WAT 棕色化相关的运动因子包括:鸢尾素(irisin)、白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、成纤维细胞生长因子 21(fibroblast growth factor 21,FGF21)、微 RNA(microRNA,miRNA)、外泌体、一氧化氮(nitric oxide,NO)等11,16。2.1鸢尾素鸢尾素是一种骨骼肌和脂肪细胞分泌的肌肉因子,由芋型纤连蛋白结构域包含蛋白 5(fibronec-tin type 芋 domain-containing protein 5,FNDC5)裂解而来,它能刺激 WAT 中 UCP1 的表达,并抑制脂肪细胞分化17。长期运动可以增加循环中的鸢尾素浓度,例如:啮齿类动物转轮跑 3 周后血浆鸢尾素浓度显著增加;在人体中,每周 45 次、每次 2035 min 的为期 10 周的中等强度(65%VO2max)功率自行车运动后,血浆鸢尾素浓度增加了 2 倍18。在啮齿类动物中进行的研究显示,鸢尾素可通过317生命科学研究圆园23 年p38 丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated pro-tein kinase,MAPK)激活人工培养的白色脂肪细胞中的胞外信号调节激酶和激活转录因子 2(acti-vating transcription factor 2,ATF2),促进与产热相关的基因表达19-20。此外,运动可刺激 ATF2 依赖的过氧化物酶体增殖物激活受体 酌(peroxi-someproliferator-activated receptor 酌,PPAR酌)辅助激活因子-1琢(PPAR酌 coactivator-1琢,PGC-1琢)的基因表达,从而引起鸢尾素分泌20。以上研究表明,运动能促进鸢尾素分泌,进而促进 WAT 棕色化,增加机体产热,减少脂质堆积。2.2白细胞介素-6IL-6 是另一种调节 WAT棕色化的运动因子7。近期一项研究显示,IL-6 以自分泌或旁分泌的方式促进 WAT 棕色化;并进一步证实,外周 IL-6可通过刺激信号转导及转录活化因子 3(signaltransducer and activator of