有氧運(yùn)動(dòng)和抗阻運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)肥胖大鼠肝臟FGF21信號(hào)通路的影響

李良 徐建方 馮連世 房華玉 王曉靜

1國家體育總局體育科學(xué)研究所（北京100061）2曲阜師范大學(xué)（曲阜273165）

1 前言

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）家族是一類與代謝和發(fā)育密切相關(guān)的多功能細(xì)胞因子，通過旁分泌、自分泌的形式發(fā)揮生理作用[1]。其中，成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子21（FGF21）是一種具有激素作用的內(nèi)分泌因子，在糖、脂代謝的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用[2]。FGF21主要由肝臟分泌，胰腺、白色脂肪、骨骼肌及心臟也都可以表達(dá)FGF21[3]。臨床研究顯示，F(xiàn)GF21與很多代謝性疾病密切相關(guān)，如非酒精性脂肪肝（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）、高血脂等，它也是治療這些病癥的潛在藥物靶點(diǎn)[4]。Fisher等[5]研究發(fā)現(xiàn)，高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠肝臟及血清FGF21水平顯著升高，但FGF21的下游信號(hào)通路受損，推測(cè)在肥胖個(gè)體中可能存在FGF21抵抗。補(bǔ)充外源性的FGF21可顯著降低由飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠的體重及血糖水平，肥胖小鼠肝臟和血清中的甘油三酯含量也明顯下降，胰島素的敏感性得以增強(qiáng)并減輕了胰島素抵抗[6]。后續(xù)研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，雖然肥胖小鼠內(nèi)源性的FGF21水平升高，但其活性遠(yuǎn)不如外源性的重組FGF21，限制了FGF21在肥胖個(gè)體中生理作用的發(fā)揮[7]。

研究指出，F(xiàn)GF21也是一種運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的細(xì)胞因子，運(yùn)動(dòng)可通過影響FGF21的表達(dá)及活性來改善機(jī)體的脂代謝[8]。Hansen等[9]發(fā)現(xiàn)兩個(gè)小時(shí)的中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可使青年健康男性受試者的血漿FGF21水平顯著提高。另外，Kim等[10]觀察到小鼠在進(jìn)行30 min的急性運(yùn)動(dòng)后，其血清FGF21水平有顯著升高，同時(shí)，小鼠肝臟的FGF21 mRNA表達(dá)也明顯上升，但在骨骼肌及白色脂肪中沒有觀察到此種現(xiàn)象，由此推測(cè)循環(huán)中的FGF21主要來自于肝臟的分泌。FGF21在肝臟中的表達(dá)及生理作用的發(fā)揮受到多種因子的調(diào)控。過氧化物酶體增殖物激活受體α（peroxisome proliferators-activated receptor α，PPARα）被認(rèn)為是FGF21的上游調(diào)節(jié)因子，尤其是在禁食或生酮飲食喂養(yǎng)時(shí)，PPARα可激活大鼠肝臟FGF21的表達(dá)[11，12]。研究發(fā)現(xiàn)，饑餓會(huì)導(dǎo)致脂肪的脂解作用加快，循環(huán)中的游離脂肪酸（free fatty acid，F(xiàn)FA）濃度不斷升高，PPARα的活性被高濃度的FFA激活，然后PPARα通過激活FGF21啟動(dòng)子中的結(jié)合元件進(jìn)而促進(jìn)FGF21的表達(dá)[13]。當(dāng)進(jìn)行急性運(yùn)動(dòng)時(shí)，脂解作用同樣會(huì)加快，導(dǎo)致循環(huán)中的FFA水平上升，這與禁食產(chǎn)生的效果類似，提示運(yùn)動(dòng)或許也是通過PPARα調(diào)控了肝臟FGF21的表達(dá)[14]。FGF21與受體的親合性較低，需借助輔助受體β-Klotho的作用才能形成穩(wěn)定的復(fù)合體，再通過激活下游信號(hào)分子發(fā)揮生理作用[15]。Potthoff等[16]研究發(fā)現(xiàn)，由于饑餓導(dǎo)致的FGF21過表達(dá)會(huì)上調(diào)肝臟中過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助活化因子1α（PGC-1α）的表達(dá)，然后通過增強(qiáng)線粒體功能和檸檬酸循環(huán)加快脂肪酸的氧化，進(jìn)而調(diào)節(jié)脂代謝。Samms等[17]同樣發(fā)現(xiàn)外源性的FGF21可促進(jìn)肝臟PGC-1α的表達(dá)，對(duì)于肝臟的糖、脂代謝有重要意義。PGC-1β與PGC-1α同屬PGC-1家族，兩者結(jié)構(gòu)相似，PGC-1β也與線粒體生物合成和能量代謝密切相關(guān)[18]。研究表明，F(xiàn)GF21也可通過PGC-1β激活FoxA2等轉(zhuǎn)錄因子來調(diào)節(jié)肝臟脂肪的形成和脂蛋白的代謝[19]。因此，PPARα—FGF21—PGC-1α/PGC-1β信號(hào)通路在調(diào)節(jié)機(jī)體脂代謝方面可能發(fā)揮著重要作用。

與急性運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不同，Taniguchi等[20]發(fā)現(xiàn)5周的耐力訓(xùn)練可降低老年人的血清FGF21水平，同時(shí)降低了肝臟脂肪含量，兩者的變化呈正相關(guān)關(guān)系。另有研究指出，利用OLETF肥胖大鼠進(jìn)行36周的自由轉(zhuǎn)輪運(yùn)動(dòng)后，大鼠血清FGF21水平及肝臟FGF21 mRNA表達(dá)水平均顯著低于對(duì)照組，有效限制了大鼠體重的增長(zhǎng)及NAFLD的發(fā)展[21]。以上研究結(jié)果提示，急性運(yùn)動(dòng)引起的FGF21水平上升可能主要是為了促進(jìn)脂肪酸氧化，為機(jī)體快速提供能量；而長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可能有助于提高FGF21的敏感性，這對(duì)于肥胖個(gè)體通過FGF21信號(hào)通路調(diào)控脂代謝并減少脂質(zhì)堆積更加有意義。有氧運(yùn)動(dòng)一直以來被認(rèn)為是減輕體重、減少體脂的有效手段，有研究顯示，抗阻運(yùn)動(dòng)不僅能增加肌肉質(zhì)量，也能有效地減少體脂含量[22]。Leite等[23]利用去卵巢大鼠進(jìn)行了12周的抗阻運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)大鼠肝臟、骨骼肌及腸系膜等處的脂肪量有所減少，并且血脂水平也得到了有效改善。同時(shí)，抗阻運(yùn)動(dòng)還能提高機(jī)體在安靜狀態(tài)下的能量消耗、減少脂質(zhì)堆積[24]。但是，有關(guān)抗阻運(yùn)動(dòng)對(duì)FGF21的影響還鮮有報(bào)道，抗阻運(yùn)動(dòng)是否也能通過影響FGF21信號(hào)通路調(diào)控脂代謝還有待更多的研究進(jìn)行闡釋。

綜上所述，PPARα—FGF21—PGC-1α/PGC-1β信號(hào)通路在運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)于機(jī)體脂代謝的調(diào)節(jié)有重要作用。但是，目前有關(guān)運(yùn)動(dòng)影響FGF21信號(hào)通路的研究還處于初始階段，且研究結(jié)果的一致性和可重復(fù)性并不理想。有氧運(yùn)動(dòng)和抗阻運(yùn)動(dòng)都有改善脂代謝水平的作用，但兩種運(yùn)動(dòng)方式對(duì)PPARα—FGF21—PGC-1α/PGC-1β信號(hào)通路是否有不同的影響還缺乏系統(tǒng)闡釋。目前研究顯示，中長(zhǎng)期（＞5周）的運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)于激活FGF21信號(hào)通路從而改善脂代謝可能更有意義。因此，本研究通過對(duì)高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖大鼠進(jìn)行8周的有氧運(yùn)動(dòng)或抗阻運(yùn)動(dòng)干預(yù)，以觀察不同運(yùn)動(dòng)方式對(duì)PPARα—FGF21—PGC-1α/PGC-1β信號(hào)通路相關(guān)因子表達(dá)的影響，進(jìn)而探討有氧運(yùn)動(dòng)、抗阻運(yùn)動(dòng)通過FGF21信號(hào)通路對(duì)脂代謝的調(diào)節(jié)作用。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象和分組

本研究選用3周齡雄性SD大鼠為研究對(duì)象，由北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司提供，許可證號(hào)：SCXK（京）2015-0011。實(shí)驗(yàn)首先進(jìn)行單純性肥胖大鼠的建模，100只SD大鼠在SPF級(jí)動(dòng)物房中進(jìn)行1周的適應(yīng)性飼養(yǎng)后，利用隨機(jī)數(shù)字表將大鼠隨機(jī)分為肥胖建模組（80只）和正常大鼠組（20只）。其中，肥胖建模組大鼠利用高脂飼料（D12451，Research Diets，New Jersey，USA）進(jìn)行飼養(yǎng)，正常大鼠組利用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的嚙齒類動(dòng)物普通飼料進(jìn)行飼養(yǎng)。動(dòng)物房溫度控制在22℃±2℃，相對(duì)濕度50%±5%，大鼠自由進(jìn)食和飲水。飼養(yǎng)12周后，對(duì)所有大鼠稱重，篩選肥胖大鼠，篩選標(biāo)準(zhǔn)為：高脂飼料飼養(yǎng)的大鼠體重高于普通飼料飼養(yǎng)大鼠平均體重的20%即為單純性肥胖大鼠[25]。經(jīng)篩選，共44只大鼠達(dá)到肥胖大鼠的判斷標(biāo)準(zhǔn)，建模成功率為55%，可滿足本實(shí)驗(yàn)的需求。為進(jìn)一步驗(yàn)證肥胖大鼠是否建模成功，測(cè)量肥胖大鼠及正常大鼠的身長(zhǎng)，即鼻尖至肛門的距離，計(jì)算Lee’s指數(shù)并進(jìn)行比較。同時(shí)，在肥胖大鼠中隨機(jī)選取10只，連同10只正常大鼠處死后取腹主動(dòng)脈血，分離出血清后測(cè)試血脂水平并進(jìn)行比較。在剩余的肥胖大鼠中隨機(jī)挑選出30只分為三組進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)，包括安靜對(duì)照組（OC組）、有氧運(yùn)動(dòng)組（OA組）和抗阻運(yùn)動(dòng)組（OR組），每組各10只。

2.2 運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案

OA組大鼠利用跑臺(tái)進(jìn)行8周的有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)，OR組大鼠利用負(fù)重爬梯法進(jìn)行8周的抗阻運(yùn)動(dòng)干預(yù)，OC組大鼠不進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)。在運(yùn)動(dòng)干預(yù)期間，繼續(xù)利用高脂飼料喂養(yǎng)，大鼠維持自由進(jìn)食和飲水。

2.2.1 有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案

OA組大鼠首先進(jìn)行1周的跑臺(tái)適應(yīng)性訓(xùn)練，每天訓(xùn)練10 min，跑臺(tái)速度為15 m/min。適應(yīng)性訓(xùn)練結(jié)束后進(jìn)行8周的正式訓(xùn)練，每周訓(xùn)練5天，休息2天。參照Bedford的研究，本實(shí)驗(yàn)中有氧運(yùn)動(dòng)為中等強(qiáng)度訓(xùn)練，相當(dāng)于50%～60%VO2max負(fù)荷強(qiáng)度[26]。跑臺(tái)速度從第1周的15 m/min遞增至第8周的25 m/min，訓(xùn)練時(shí)間從第1周的20 min遞增至第8周的60 min，跑臺(tái)坡度保持0°。具體訓(xùn)練方案如表1所示。

表1 有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方案

2.2.2 抗阻運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案

本研究中采用負(fù)重爬梯法對(duì)大鼠進(jìn)行抗阻訓(xùn)練[27]。爬梯長(zhǎng)110 cm，寬18 cm，相臨臺(tái)階間隔2 cm，在其頂部有一個(gè)20 cm×20 cm×20 cm的小籠子，可供大鼠休息。訓(xùn)練時(shí)，爬梯以80°傾斜放置在地面上。

大鼠首先進(jìn)行1周的爬梯適應(yīng)性訓(xùn)練，訓(xùn)練過程中不負(fù)重，由爬梯底部爬到頂部為一次完整爬梯訓(xùn)練。正式訓(xùn)練每2天訓(xùn)練一輪，共訓(xùn)練8周?？棺栌?xùn)練采用遞增負(fù)荷方式，負(fù)重裝置固定于大鼠尾部。大鼠在每輪訓(xùn)練中需完成8次爬梯，次間休息2 min。具體訓(xùn)練方案如下：

第一輪正式訓(xùn)練時(shí)，初始負(fù)荷（第1次爬梯）為大鼠體重的50%，完成第1次爬梯后，在后續(xù)每次爬梯時(shí)遞增負(fù)荷30 g，直到大鼠完成8次爬梯訓(xùn)練。若中途出現(xiàn)大鼠無法爬到頂部的情況，將前一次爬梯的負(fù)荷定為該輪訓(xùn)練的最大負(fù)荷，并以此負(fù)荷完成該輪剩余的訓(xùn)練。第二輪訓(xùn)練中，首先4次訓(xùn)練的負(fù)荷分別為第一輪訓(xùn)練最大負(fù)荷的50%、75%、90%和100%。如果大鼠能夠完成這4次訓(xùn)練，在隨后的爬梯訓(xùn)練中，每次訓(xùn)練遞增負(fù)荷30 g，直到大鼠完成8次爬梯訓(xùn)練，并確定新的最大負(fù)荷。若出現(xiàn)大鼠無法爬到頂部的情況，以前一次爬梯的負(fù)荷定為該輪訓(xùn)練的最大負(fù)荷，并以此負(fù)荷完成該輪剩余的訓(xùn)練。每輪訓(xùn)練確定的最大負(fù)荷供下輪訓(xùn)練計(jì)算新的負(fù)荷，以此類推。大鼠爬梯訓(xùn)練情況如圖1所示。

2.3 實(shí)驗(yàn)取材

完成最后一次訓(xùn)練24 h后，大鼠禁食過夜，然后用10%水合氯醛溶液將大鼠麻醉處死并進(jìn)行取材。首先于腹主動(dòng)脈取血5 ml并置于血清管中，離心后取血清進(jìn)行FGF21、FFA及血脂水平檢測(cè)。取出大鼠的肝臟右葉，迅速置于冰上剝離外周脂肪后剪碎，用錫鉑紙包裝后置于液氮中冷凍，然后轉(zhuǎn)移至-80℃冰箱中保存，用于測(cè)試肝臟中PPARα、FGF21、PGC-1α、PGC-1β的基因及蛋白表達(dá)水平。

圖1 大鼠負(fù)重爬梯訓(xùn)練圖

2.4 RT-PCR 法檢測(cè)肝臟中FGF21、PPARα、PGC-1α、PGC-1 β的mRNA表達(dá)

取肝臟組織樣本在預(yù)冷的研缽中研磨后，采用Trizol總RNA提取試劑盒進(jìn)行樣本RNA提取，操作步驟嚴(yán)格按產(chǎn)品說明書進(jìn)行。以提取出的RNA為模板，按要求配置20 μl的反應(yīng)體系，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成cDNA。然后，再以合成的cDNA為模板，GAPDH為內(nèi)參，按要求配置20 μl的反應(yīng)體系進(jìn)行基因擴(kuò)增，每個(gè)樣本有三個(gè)復(fù)孔，并利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR系統(tǒng)（ABI 7500，Applied Biosystems，USA）進(jìn)行熒光定量?；驍U(kuò)增的反應(yīng)條件為：95℃30 s，95℃5 s，60℃40 s，共45個(gè)循環(huán)。根據(jù)熒光定量的結(jié)果，利用2-△△ct法對(duì)樣本中的mRNA進(jìn)行相對(duì)定量。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中所需的引物均參照GeneBank數(shù)據(jù)庫提供的基因序列，由北京Invitrogen公司合成，各引物的基因序列如表2所示。

表2 各目的基因的引物序列

2.5 Western Blot法檢測(cè)肝臟中FGF21、PPARα、PGC-1α、PGC- 1 β的蛋白表達(dá)

首先提取樣本中的總蛋白，利用BCA法檢測(cè)蛋白濃度，并用裂解液調(diào)節(jié)各樣本的蛋白濃度一致。然后加入相應(yīng)量的5×蛋白上樣緩沖液，在100℃水浴鍋中進(jìn)行10 min的蛋白變性。利用8%～12%的SDS-PAGE凝膠電泳分離蛋白，300 mA恒流轉(zhuǎn)膜，轉(zhuǎn)膜時(shí)間1～2 h，然后放入3%BSA-TBST中封閉30 min。然后將膜與稀釋好的一抗（FGF21 1∶1000，PPARα 1∶5000，PGC-1α 1∶1000，PGC-1β 1∶1000，均購自美國Abcam公司）室溫孵育10 min，放4℃過夜。次日拿出膜后室溫孵育30 min，用TBST洗膜5次，每次3 min，洗去殘留一抗。加入HRP標(biāo)記的山羊抗兔二抗（稀釋比1:10000，購自北京天德悅生物科技有限責(zé)任公司），室溫?fù)u床孵育40 min，然后用TBST洗膜6次，每次3 min。最后加入ECL化學(xué)發(fā)光試劑（Millipore，USA）反應(yīng)3～5 min，曝光10 s～5 min（曝光時(shí)間隨不同光強(qiáng)度而調(diào)整），顯影2 min后定影。條帶用Image J軟件進(jìn)行分析，將每個(gè)條帶與相應(yīng)樣品的內(nèi)參β-actin（Immuno-Way Biotechnology Company，USA）條帶光密度值進(jìn)行比較，計(jì)算出目的條帶的相對(duì)蛋白表達(dá)量。

2.6 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，兩組樣本比較的數(shù)據(jù)（肥胖大鼠、正常大鼠）利用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，三組樣本比較的數(shù)據(jù)（OC組、OA組、OR組）利用One-Way ANOVA進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，組間比較時(shí)利用Bonferroni法校準(zhǔn)后再進(jìn)行組間的差異比較。統(tǒng)計(jì)結(jié)果以平均值 ±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean±SD）表示，以P＜0.05為具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

3 結(jié)果

3.1 肥胖大鼠的建模結(jié)果

體重是直接反映個(gè)體肥胖程度的指標(biāo)之一，經(jīng)高脂飼料飼養(yǎng)12周后，篩選出的肥胖大鼠體重顯著高于正常飼料飼養(yǎng)的大鼠，并且肥胖大鼠的體重均在正常大鼠平均體重的1.2倍及以上。從表3可以看出，肥胖大鼠的Lee’s指數(shù)以及總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平都顯著高于正常大鼠（P＜0.05，P＜0.01），而高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）水平?jīng)]有顯著差異。

3.2 運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后大鼠的體重變化

如圖2所示，OC組、OA組、OR組大鼠的體重在運(yùn)動(dòng)干預(yù)前沒有顯著差異（683.20±19.80 g vs.672.00±28.90 g vs.676.20 ±31.20 g，P＞0.05）；而在完成8周的運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，OA組（651.40±42.10 g）和OR組（687.60±39.80 g）大鼠的體重顯著低于OC組（765.70±41.80 g，P＜0.01），OA組和OR組間無差異。

表3 肥胖大鼠與正常大鼠的對(duì)比分析

圖2 運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后大鼠的體重變化

3.3 運(yùn)動(dòng)干預(yù)后大鼠血清FGF21、FFA及血脂水平變化

運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，OA組和OR組的血清FGF21水平顯著低于OC組（P＜0.01，見表4）。三組的血清FFA水平?jīng)]有顯著性差異。OA組和OR組的TC、TG、LDLC水平也都顯著低于OC組（P＜0.05，P＜0.01），其中，OR組的LDLC水平也顯著低于OA組（P＜0.01）；而HDLC水平在三組間沒有顯著差異。

表4 運(yùn)動(dòng)干預(yù)后大鼠血清FGF21、FFA及血脂水平變化

3.4 運(yùn)動(dòng)干預(yù)后肝臟FGF21、PPAR α、PGC- 1 α、PGC- 1 β的mRNA表達(dá)變化

RT-PCR的測(cè)試結(jié)果如圖3所示，經(jīng)過8周的運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，F(xiàn)GF21的mRNA相對(duì)表達(dá)量在OA組為0.76±0.21，OR組為0.83±0.10，均顯著低于OC組的1.00±0.06（P＜0.05，P＜0.01）。OR組的PPARα mRNA相對(duì)表達(dá)量顯著高于OC組和OA組（OR vs.OC and OA:2.11±0.22 vs.1.00±0.05 and 1.19±0.27，P＜0.01）。PGC-1α的mRNA相對(duì)表達(dá)量在OR組中顯著高于OC組和OA組（OR vs.OC vs.OA:1.57±0.33 vs.1.01±0.06 vs.0.77±0.22，P＜0.01）。另外，PGC-1β的mRNA相對(duì)表達(dá)量在OR組中也顯著高于OC組和OA組（OR vs.OC vs.OA:2.64±0.42 vs.1.00±0.04 vs.1.10±0.29，P＜0.01）。

圖3 運(yùn)動(dòng)干預(yù)后肥胖大鼠肝臟FGF21（A）、PPARα（B）、PGC-1α（C）、PGC-1β（D）的mRNA表達(dá)變化

3.5 運(yùn)動(dòng)干預(yù)后肝臟FGF21、PPAR α、PGC- 1 α、PGC- 1 β的蛋白表達(dá)變化

Western Blot的測(cè)試結(jié)果如圖4所示，F(xiàn)GF21的蛋白表達(dá)量在OA組及OR組中顯著高于OC組（OA vs.OC:1.50±0.32 vs.1.00，P＜0.05；OR vs.OC:1.59±0.38 vs.1.00，P＜0.01）。PPARα的蛋白表達(dá)量在三組間沒有顯著性差異（P＞0.05）。PGC-1α的蛋白表達(dá)量在OR組中最高，但與OC組比較沒有顯著性差異（OR vs.OC:1.21±0.29 vs.1.00，P=0.098）。OR組中PGC-1β的蛋白表達(dá)顯著高于OC組（OR vs.OC:1.28±0.11 vs.1.00，P＜0.01）；OA組PGC-1β的蛋白表達(dá)與OC組比較無顯著性差異（OA vs.OC:1.17±0.10 vs.1.00，P=0.054）。

4 討論

肥胖及其所引起的多種慢性疾病問題在全球范圍內(nèi)日漸突出，成為了一個(gè)重要的公共衛(wèi)生問題[28]。高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖主要是由于能量代謝失衡、脂肪不斷累積所導(dǎo)致的，肥胖者體內(nèi)常常伴隨著脂代謝異常的現(xiàn)象，在本研究中觀察到肥胖大鼠的TG、TC、LDL-C水平顯著高于正常體重大鼠，說明肥胖大鼠的脂代謝已出現(xiàn)異常。合理的運(yùn)動(dòng)可通過調(diào)節(jié)新陳代謝為機(jī)體帶來持久的益處，研究已證實(shí)運(yùn)動(dòng)在減重或防止體重增加、改善胰島素抵抗、調(diào)節(jié)脂代謝等方面有重要作用，并且還可通過增加能量消耗改善肥胖的狀態(tài)并減輕肥胖所引起的代謝綜合征[29]。除了有氧運(yùn)動(dòng)，抗阻運(yùn)動(dòng)也被證實(shí)能夠調(diào)節(jié)肥胖個(gè)體的脂代謝，減少脂質(zhì)堆積，并能增加安靜狀態(tài)下的能量消耗[22]。在本研究中，肥胖大鼠經(jīng)過8周的有氧運(yùn)動(dòng)或抗阻運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，其體重以及血清TG、TC、LDL-C水平都顯著低于對(duì)照組，進(jìn)一步說明規(guī)律的運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖程度及脂代謝水平都有良好的改善作用。

作為調(diào)節(jié)機(jī)體脂代謝的重要因子之一，F(xiàn)GF21在調(diào)節(jié)肥胖個(gè)體的脂代謝、增加能量消耗、促進(jìn)肝臟脂肪酸氧化、增強(qiáng)胰島素敏感性方面都有重要作用[2]。但是，研究者發(fā)現(xiàn)肥胖個(gè)體中存在細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2（ERK1/2）磷酸化水平降低及FGF21受體基因表達(dá)下降的現(xiàn)象，影響了FGF21信號(hào)的傳導(dǎo)，阻礙了FGF21正常生理作用的發(fā)揮，使得肥胖個(gè)體循環(huán)中FGF21水平出現(xiàn)升高[5，30]。通過注射外源性的FGF21可以使肥胖小鼠的體重、體脂以及肝脂肪量都明顯降低，并且在不增加身體活動(dòng)的情況下增加能量消耗[31]。β-Klotho是FGF21發(fā)揮生理作用的必要輔助因子，F(xiàn)GF21首先在β-Klotho的作用下與受體形成穩(wěn)定的復(fù)合體，然后才能激活下游信號(hào)因子發(fā)揮生理調(diào)節(jié)作用[2，15]。研究證實(shí)，長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)干預(yù)可顯著上調(diào)β-Klotho及FGF21受體 2（FGF21 receptor 2，F(xiàn)GFR2）的表達(dá)[21]，使得FGF21可以與更多的受體結(jié)合進(jìn)而發(fā)揮作用，提高FGF21的敏感性，降低循環(huán)中的FGF21水平，并在長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)干預(yù)過程中形成FGF21調(diào)控脂代謝的穩(wěn)定狀態(tài)[32]。結(jié)合本研究的結(jié)果，長(zhǎng)期的有氧運(yùn)動(dòng)或抗阻運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練也可能通過提高FGF21的敏感性使得FGF21能夠正常發(fā)揮生理調(diào)控作用，改善了肥胖大鼠的FGF21抵抗?fàn)顟B(tài)，降低了血清FGF21水平并促進(jìn)機(jī)體脂代謝。

圖4 運(yùn)動(dòng)干預(yù)后肥胖大鼠肝臟FGF21（A）、PPARα（B）、PGC-1α（C）、PGC-1β（D）的蛋白表達(dá)變化

目前研究表明，F(xiàn)GF21也是一種運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的細(xì)胞因子，它在運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)體糖、脂代謝的過程中發(fā)揮了重要作用。在Fletcher等[21]的研究中，研究者對(duì)OLETF肥胖大鼠進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)36周的自由轉(zhuǎn)輪運(yùn)動(dòng)干預(yù)，在運(yùn)動(dòng)干預(yù)結(jié)束后發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)組大鼠的血清FGF21水平及肝臟FGF21 mRNA表達(dá)顯著低于對(duì)照組，并且運(yùn)動(dòng)組大鼠的體重及甘油三酯水平也比對(duì)照組有了顯著降低。另外，正常體重的小鼠在給予高脂飲食喂養(yǎng)的同時(shí)進(jìn)行12周的自由轉(zhuǎn)輪運(yùn)動(dòng)，其血清FGF21水平及肝臟FGF21 mRNA表達(dá)水平也顯著低于未進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)的對(duì)照組[32]。本研究也觀察到了相似的結(jié)果，肥胖大鼠經(jīng)過8周的有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，其血清FGF21水平及肝臟FGF21的mRNA表達(dá)水平均顯著低于安靜對(duì)照組。但是，目前有關(guān)抗阻運(yùn)動(dòng)影響FGF21表達(dá)的研究還鮮有報(bào)道。一項(xiàng)人體研究發(fā)現(xiàn)，肥胖女性經(jīng)過3個(gè)月的有氧訓(xùn)練與力量訓(xùn)練后，其血清FGF21水平比運(yùn)動(dòng)前有顯著下降[33]。本研究中的肥胖大鼠經(jīng)過8周的抗阻運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，其血清FGF21水平及肝臟FGF21的mRNA表達(dá)水平均也顯著低于安靜對(duì)照組，呈現(xiàn)出與有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)相同的結(jié)果。有意思的是，本研究中，有氧運(yùn)動(dòng)組及抗阻運(yùn)動(dòng)組大鼠肝臟FGF21 mRNA表達(dá)下降的同時(shí)，其蛋白表達(dá)卻顯著高于對(duì)照組，而在Fletcher等[21]的研究中，肥胖大鼠肝臟FGF21 mRNA及蛋白表達(dá)在運(yùn)動(dòng)干預(yù)后均出現(xiàn)下降。經(jīng)過比較分析，研究結(jié)果不一致的原因可能包括：一是動(dòng)物模型不同，F(xiàn)letcher等的研究為糖尿病肥胖大鼠模型，而本研究為高脂飲食誘導(dǎo)的單純性肥胖大鼠模型；二是運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間不同，F(xiàn)letcher等的研究共干預(yù)了36周，而本研究只有8周。另外，該結(jié)果也提示FGF21的合成可能存在負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。循環(huán)中的FGF21主要來自于肝臟[10]，當(dāng)運(yùn)動(dòng)干預(yù)使得循環(huán)中FGF21正常發(fā)揮生理作用且水平下降時(shí)，可能通過負(fù)反饋機(jī)制調(diào)節(jié)FGF21在肝臟中的合成速度加快，但該假設(shè)需要更多的研究來探討和驗(yàn)證。

PPARα被認(rèn)為是FGF21的上游調(diào)控因子之一[11，12]，運(yùn)動(dòng)刺激加速了脂肪的脂解作用，循環(huán)中的FFA濃度不斷升高，PPARα的活性被高濃度的FFA激活，進(jìn)而促進(jìn)了FGF21的表達(dá)[13，14]。研究發(fā)現(xiàn)，大鼠在高脂飼料喂養(yǎng)的情況下同時(shí)給予12周的游泳運(yùn)動(dòng)干預(yù)，其肝臟PPARα的基因表達(dá)顯著高于對(duì)照組[34]。但也有研究報(bào)道了不同的結(jié)果，無論是野生小鼠還是敲除FGF21基因的小鼠，在進(jìn)行12周有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)的同時(shí)給予高脂飼料喂養(yǎng)，其肝臟PPARα的基因表達(dá)水平與對(duì)照組并無顯著差異[32]。不同的動(dòng)物模型、運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度可能是造成上述結(jié)果不一致的主要原因。本研究發(fā)現(xiàn)8周的有氧運(yùn)動(dòng)或抗阻運(yùn)動(dòng)干預(yù)都沒有使肥胖大鼠血清FFA出現(xiàn)顯著升高；雖然抗阻運(yùn)動(dòng)使得肥胖大鼠肝臟PPARα的基因表達(dá)水平明顯上升，但PPARα的蛋白表達(dá)水平在三組中并沒有顯著性差異。本研究中的動(dòng)物模型為高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖大鼠，而非前述研究中所用的正常體重大鼠或小鼠。結(jié)合本研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明肥胖大鼠在長(zhǎng)期的有氧運(yùn)動(dòng)或抗阻運(yùn)動(dòng)過程中可能已形成了運(yùn)動(dòng)適應(yīng)，機(jī)體中的FFA水平及PPARα表達(dá)都處在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。相反的，急性運(yùn)動(dòng)在短時(shí)間內(nèi)會(huì)消耗大量的能量，脂解作用的加快使得循環(huán)中FFA水平急劇升高，激活PPARα從而誘導(dǎo)了FGF21的表達(dá)[10，14]。因此，急性運(yùn)動(dòng)和長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)在調(diào)控FGF21表達(dá)中的作用機(jī)理可能不同，還有待進(jìn)一步的研究闡釋。

目前的研究已證實(shí)FGF21可促進(jìn)肝臟脂肪酸的氧化并減少肝臟脂肪積累[35]，但對(duì)于其下游信號(hào)因子的研究還較少。有研究指出，PGC-1α是FGF21的下游作用因子之一，它可通過增強(qiáng)線粒體生物合成和線粒體功能來調(diào)節(jié)脂肪酸氧化，達(dá)到促進(jìn)脂代謝的效果[16]。研究發(fā)現(xiàn)，向小鼠注射FGF21后，其肝臟PGC-1α的mRNA表達(dá)顯著升高，然后通過增強(qiáng)線粒體功能和檸檬酸循環(huán)加快脂肪酸的氧化[16]。在脂肪及大腦神經(jīng)元細(xì)胞中都發(fā)現(xiàn)PGC-1α可介導(dǎo)FGF21所調(diào)控的能量代謝[36，37]。PGC-1β與PGC-1α結(jié)構(gòu)相似，兩者都與線粒體生物合成和能量代謝密切相關(guān)，并且在高耗能器官，如肝臟、心臟、骨骼肌中有較高表達(dá)[18]。Wolfrum等[19]在研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF21可通過上調(diào)PGC-1β激活FoxA2等轉(zhuǎn)錄因子來調(diào)節(jié)肝臟脂肪形成和脂質(zhì)的代謝。在本研究中，抗阻運(yùn)動(dòng)使得肥胖大鼠肝臟中PGC-1α及PGC-1β的基因表達(dá)都顯著高于對(duì)照組，并且PGC-1β的蛋白表達(dá)也顯著高于對(duì)照組。而在有氧運(yùn)動(dòng)的干預(yù)下，肥胖大鼠肝臟的PGC-1α及PGC-1β表達(dá)水平與對(duì)照組相比并未有顯著差異。在Fletcher等[38]的研究中同樣發(fā)現(xiàn)，小鼠在經(jīng)過8周自由轉(zhuǎn)輪運(yùn)動(dòng)后，肝臟PGC-1α的基因及蛋白表達(dá)與對(duì)照組并沒有顯著差別。因此，本研究的結(jié)果提示抗阻運(yùn)動(dòng)能夠更加有效地激活肥胖大鼠肝臟中FGF21下游信號(hào)因子PGC-1α和PGC-1β表達(dá)，這可能對(duì)于FGF21更好地發(fā)揮生理調(diào)節(jié)作用有重要意義。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)肥胖大鼠經(jīng)過8周的有氧運(yùn)動(dòng)或抗阻運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后，其肝臟FGF21的基因表達(dá)水平及血清FGF21水平都有了顯著降低，這可能與運(yùn)動(dòng)提高了FGF21的敏感性有關(guān)，F(xiàn)GF21得以發(fā)揮正常的生理調(diào)節(jié)作用，進(jìn)而使肥胖大鼠的體重下降，血脂水平也得到了改善。PPARα被證實(shí)是FGF21的上游調(diào)控因子之一，但本研究中長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練并沒有顯著提高肝臟PPARα的表達(dá)，運(yùn)動(dòng)調(diào)控FGF21表達(dá)的機(jī)制還有待進(jìn)一步的研究。相比于有氧運(yùn)動(dòng)，抗阻運(yùn)動(dòng)能夠更加有效地誘導(dǎo)FGF21下游信號(hào)因子PGC-1α和PGC-1β的表達(dá)，這對(duì)于FGF21在肥胖個(gè)體中順利的發(fā)揮生理作用并促進(jìn)脂肪酸的氧化有重要意義。FGF21在調(diào)節(jié)糖、脂代謝中的重要作用已引起人們的廣泛關(guān)注，它也成為一種治療或改善肥胖、糖尿病等慢性病的潛在藥物。美國的Eli Lilly and Company已研制出一種FGF21變構(gòu)體藥物L(fēng)Y2405319，并且已證實(shí)LY2405319可降低肥胖小鼠的血糖及體重[39]。在人體臨床實(shí)驗(yàn)中，研究發(fā)現(xiàn)LY2405319降低了肥胖2型糖尿病患者的體重及LDL-C、TG水平，升高了HDL-C水平，還在一定程度上改善了血糖水平[40]。但是，F(xiàn)GF21作為一種重要的糖、脂代謝調(diào)節(jié)因子，其發(fā)揮生物學(xué)作用的相關(guān)機(jī)制研究還不全面，尤其是在運(yùn)動(dòng)調(diào)控FGF21表達(dá)并改善脂代謝的機(jī)理方面，還需要更多的研究來論證。

5 結(jié)論

8周的有氧運(yùn)動(dòng)或抗阻運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練均提高了肥胖大鼠肝臟FGF21的蛋白表達(dá)水平，F(xiàn)GF21促進(jìn)了脂質(zhì)代謝并在一定程度上減輕了肥胖大鼠的體重，改善了血脂水平。相對(duì)于有氧運(yùn)動(dòng)，抗阻運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能夠更加有效地激活FGF21信號(hào)通路下游信號(hào)因子PGC-1α和PGC-1β的表達(dá)，有助于促進(jìn)FGF21生理作用的發(fā)揮及脂肪酸氧化。