相同攝氧量下向心運(yùn)動(dòng)和離心運(yùn)動(dòng)對(duì)脂代謝肌肉因子激活作用的對(duì)比研究

劉陽(yáng) 何玉秀 梅家順

1 河北師范大學(xué)體育學(xué)院人體運(yùn)動(dòng)生物信息測(cè)評(píng)省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（石家莊 050021）

2 河北師范大學(xué)體育學(xué)博士后科研流動(dòng)站

肥胖已經(jīng)成為日益嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題，而運(yùn)動(dòng)是目前公認(rèn)的安全、有效的減肥方法之一，然而何種運(yùn)動(dòng)方式或運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的減肥效果最佳目前仍不能確定[1，2]。運(yùn)動(dòng)減肥的最主要機(jī)制是骨骼肌收縮引起的能量代謝改變和脂肪分解增強(qiáng)。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，骨骼肌可作為一個(gè)內(nèi)分泌器官向血液中釋放調(diào)節(jié)物質(zhì)，Pedersen等在2003年首次將這些物質(zhì)命名為“肌肉因子（Myokine）”[3]。在常見(jiàn)的肌肉因子中，鳶尾素（Irisin）和肌聯(lián)素（C1q tumornecrosis factor-related rotein 15，CTRP15）與脂代謝密切相關(guān)。Irisin是肌細(xì)胞內(nèi)合成纖維連結(jié)蛋白Ⅲ型域包含蛋白5（fibronectin typeⅢ domain-containing protein 5，F(xiàn)NDC5），經(jīng)蛋白酶剪切分泌入血的肌肉因子，可通過(guò)誘導(dǎo)解耦聯(lián)蛋白1（UCP-1）高表達(dá)，促進(jìn)脂肪氧化分解。CTRP15同樣由骨骼肌分泌，可以促進(jìn)游離脂肪酸向脂肪細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)。這兩種脂代謝肌肉因子在運(yùn)動(dòng)減肥過(guò)程中扮演著重要作用[4，5]。

研究證明[6]，不同的運(yùn)動(dòng)方案，即使能量消耗水平相當(dāng)，其減肥效果也不相同。這可能與不同運(yùn)動(dòng)方案對(duì)肌細(xì)胞的刺激不同有關(guān)。我們之前的研究顯示[7]，離心收縮對(duì)骨骼肌的刺激更為明顯，相對(duì)于向心收縮可以造成更顯著的肌細(xì)胞胞漿“鈣超載”現(xiàn)象，而細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的升高對(duì)CTRP15和Irisin的上游調(diào)控蛋白過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α（PPARγ coactivator 1-alpha，PGC-1α）均有激活作用。因此離心運(yùn)動(dòng)相比于向心運(yùn)動(dòng)，可能會(huì)更強(qiáng)烈地刺激肌肉分泌脂代謝相關(guān)的肌肉因子。Trevor的研究顯示，能量消耗更低的下樓（離心收縮）運(yùn)動(dòng)與能量消耗更高的上樓（向心）運(yùn)動(dòng)的減體重效果相同，但離心運(yùn)動(dòng)對(duì)血脂、血壓和安靜心率的改善效果較向心運(yùn)動(dòng)更好[8]。這種現(xiàn)象可能與離心收縮刺激骨骼肌分泌更多脂代謝肌肉因子有關(guān)。

本研究給予大鼠一次相同攝氧量的向心和離心運(yùn)動(dòng)干預(yù)，對(duì)比觀察兩種運(yùn)動(dòng)后0～48小時(shí)內(nèi)骨骼肌FNDC5、血清Irisin和Ctrp15的變化，初步從分子層面探討減肥運(yùn)動(dòng)處方中，肌肉的離心收縮形式是否能夠有效地刺激脂代謝肌肉因子的分泌，從而更顯著地改善機(jī)體脂代謝。

1 對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組

潔凈級(jí)8周齡雄性SD大鼠78只，體重200.0±19.8 g，購(gòu)于北京維通利華動(dòng)物公司。自由攝食飲水，溫度控制在24℃±3℃、濕度40%～60%。隨機(jī)分為攝氧量測(cè)試組（OE組和OL組，n=6）、安靜對(duì)照組（C組，n=6）、向心運(yùn)動(dòng)組（E組，n=30）與離心運(yùn)動(dòng)組（L組，n=30）。參考相關(guān)研究，由于離心訓(xùn)練會(huì)使骨骼肌在運(yùn)動(dòng)后0～6小時(shí)與24～48小時(shí)出現(xiàn)顯著的結(jié)構(gòu)改變與細(xì)胞胞漿鈣超載現(xiàn)象[7]，而鈣離子濃度又正是Irisin與CTRP15的上游信號(hào)，故對(duì)運(yùn)動(dòng)干預(yù)組在運(yùn)動(dòng)后0、6、12、24、48小時(shí)分別進(jìn)行取材。具體分組見(jiàn)表1。

分組 亞組 干預(yù)方式 運(yùn)動(dòng)后取材時(shí)間點(diǎn)向心運(yùn)動(dòng)組（E組）E0 E6 E12 E24 E48向心運(yùn)動(dòng)即刻6小時(shí)12小時(shí)24小時(shí)48小時(shí)離心運(yùn)動(dòng)組（L組）L0 L6 L12 L24 L48離心運(yùn)動(dòng)即刻6小時(shí)12小時(shí)24小時(shí)48小時(shí)

1.2 運(yùn)動(dòng)方案

首先對(duì)OE和OL組在動(dòng)物氣體分析儀（Oxymax Equal Flow，Columbus，美國(guó)）內(nèi)的跑臺(tái)上進(jìn)行特定跑速下的攝氧量測(cè)試。3天適應(yīng)性訓(xùn)練后進(jìn)行正式測(cè)試。根據(jù)H?ydal的動(dòng)物模型[9]，OE組采用約70%VO2max強(qiáng)度跑臺(tái)訓(xùn)練，跑速20 m/min，坡度為0°。OL組用相同的跑速，相比常用的-10°或-15°下坡跑方案，使用較小的下坡跑坡度（-5°）進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，OL組攝氧量與OE組較為接近。也有研究者使用接近-5°的坡度（相對(duì)坡度8.5%～10%）成功進(jìn)行了離心運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練[10，11]，故本研究最終選用-5°作為下坡跑運(yùn)動(dòng)干預(yù)的坡度。

通過(guò)觀察訓(xùn)練時(shí)攝氧量曲線穩(wěn)定至出現(xiàn)攝氧量平臺(tái)，取平臺(tái)期攝氧量平均數(shù)為該鼠在此訓(xùn)練方案下的攝氧量，如測(cè)試時(shí)間超過(guò)10 min仍未出現(xiàn)平臺(tái)則實(shí)驗(yàn)終止。測(cè)試所得OE組與OL組攝氧量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，兩組攝氧量獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)P=0.94，無(wú)顯著性差異，說(shuō)明大鼠在20 m/min的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)中，采用0°平坡跑運(yùn)動(dòng)與-5°下坡跑運(yùn)動(dòng)攝氧量相同。

表2 向心與離心運(yùn)動(dòng)平臺(tái)期攝氧量

在OE與OL組確定運(yùn)動(dòng)攝氧量后，對(duì)E組與L組進(jìn)行一次與OE和OL組相同跑速的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)。由于本研究采用一次運(yùn)動(dòng)的干預(yù)方法，參考相關(guān)研究[7，9]，為避免大鼠對(duì)未知環(huán)境產(chǎn)生應(yīng)激，首先進(jìn)行3天低強(qiáng)度適應(yīng)性運(yùn)動(dòng)，跑速5 m/min，時(shí)間10 min，之后進(jìn)行正式運(yùn)動(dòng)干預(yù)，E和L組跑速均為20 m/min，時(shí)間60 min，E組跑臺(tái)坡度0°，L組為-5°。如有大鼠無(wú)法完成1小時(shí)的訓(xùn)練而提前達(dá)到力竭，則將其從實(shí)驗(yàn)對(duì)象中剔除。

1.3 取材

E組與L組進(jìn)行一次運(yùn)動(dòng)后，分別在0、6、12、24、48小時(shí)取材。C組在E和L組取材結(jié)束后3小時(shí)內(nèi)完成取材。大鼠腹腔注射5%戊巴比妥鈉（50 mg/kg），右心耳處取血，4℃靜置20 min，3500轉(zhuǎn)/min離心15 min后，抽取血清-80℃凍存。取血后剝離腿部肌肉，取右側(cè)腓腸肌肌腹部分液氮保存以備蛋白表達(dá)測(cè)試。E0、L0、E12、L12組左側(cè)腓腸肌固定后進(jìn)行電鏡觀察（方法見(jiàn)1.4）。

1.4 骨骼肌微細(xì)結(jié)構(gòu)觀察

根據(jù)以往研究[7]，離心運(yùn)動(dòng)后12～24小時(shí)肌細(xì)胞微細(xì)損傷達(dá)到峰值。為驗(yàn)證本研究-5°下坡跑訓(xùn)練方案能夠達(dá)到離心運(yùn)動(dòng)對(duì)肌細(xì)胞造成的微細(xì)損傷效果，采用透射電鏡觀察運(yùn)動(dòng)后即刻與12小時(shí)腓腸肌微細(xì)結(jié)構(gòu)變化。取材獲得的肌肉組織縱切成為3 mm×2 mm小塊，4%戊二醛固定，1/15 m磷酸緩沖液洗3次，1%鋨酸固定，1/15 m磷酸緩浸洗2次，丙酮梯度脫水（50%、70%、80%、90%、100%），丙酮滲透3小時(shí)，包埋劑滲透5小時(shí)，37℃聚合12小時(shí)，超薄切片，醋酸雙氧鈾和酸鉛雙重染色。隨機(jī)選取視野，觀察Z線和線粒體形態(tài)。

1.5 骨骼肌PGC-1α、FNDC5蛋白表達(dá)

使用蛋白質(zhì)免疫印跡法（Western blot）測(cè)試大鼠腓腸肌PGC-1α、FNDC5蛋白表達(dá)量。肌肉勻漿并裂解后，BCA法測(cè)定蛋白濃度。加入5倍Loading Buffer，煮沸。SDS-PAGE凝膠體系，濃縮膠4%，分離膠10%～12%。80 V，50 mA電泳至樣品進(jìn)入分離膠，120 V電泳直至結(jié)束。PVDF膜濕轉(zhuǎn)，恒流300 mA，90 min。脫脂奶粉封閉2小時(shí)，一抗4℃孵育過(guò)夜（PGC-1α、FNDC5一抗為兔抗鼠抗體，稀釋比例均為1∶2000，購(gòu)自Abcam）。TBST洗四次后二抗（羊抗兔抗體，稀釋比例1∶10000，購(gòu)自中杉金橋）孵育2小時(shí)，再洗5次后發(fā)光。凝膠成像系統(tǒng)分析蛋白質(zhì)印跡灰度，使用GAPDH作為內(nèi)參計(jì)算蛋白質(zhì)表達(dá)。

1.6 血清Irisin、CTRP15含量

血清Irisin和CTRP15濃度采用酶聯(lián)免疫法（ELISA）測(cè)試，嚴(yán)格依照試劑盒步驟操作（Irisin試劑盒購(gòu)自Phoenix Pharmaceuticals，CTRP15試劑盒購(gòu)自 Nordic BioSite）。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

數(shù)據(jù)使用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。蛋白表達(dá)的計(jì)算以對(duì)照組數(shù)據(jù)作為干預(yù)前基礎(chǔ)值（baseline），取其表達(dá)量為1，并將所有組條帶灰度值除以對(duì)照組灰度值，得到相對(duì)蛋白表達(dá)量。使用雙因素方差分析（Twoway ANOVA）進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，以運(yùn)動(dòng)方式（向心和離心）和取材時(shí)間（對(duì)照組作為運(yùn)動(dòng)前、運(yùn)動(dòng)后0～48小時(shí)）為固定因子。如兩因子存在顯著交互作用，則以簡(jiǎn)單效應(yīng)（simple effect）分別分析兩種運(yùn)動(dòng)前后不同時(shí)間點(diǎn)的變化差異；如不存在顯著交互作用，則以主效應(yīng)（main effect）來(lái)反映兩種運(yùn)動(dòng)的效應(yīng)差異；多重比較采用最小顯著性差異法（least significant difference，LSD）兩兩比較各時(shí)間點(diǎn)間和各運(yùn)動(dòng)組間差異。統(tǒng)計(jì)軟件為SPSS24.0，取P＜0.05為顯著性差異，P＜0.01為非常顯著性差異。

2 結(jié)果

2.1 離心與向心運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼肌微細(xì)結(jié)構(gòu)的影響

如圖1所示，在一次運(yùn)動(dòng)結(jié)束后即刻，向心運(yùn)動(dòng)組骨骼肌細(xì)胞Z線排列較為整齊，離心運(yùn)動(dòng)組則出現(xiàn)了Z線扭曲的現(xiàn)象。在運(yùn)動(dòng)結(jié)束后12小時(shí)，向心運(yùn)動(dòng)組出現(xiàn)了少量的Z線扭曲，而離心運(yùn)動(dòng)組則出現(xiàn)了大量的Z線扭曲和明顯的線粒體膨大現(xiàn)象，顯示坡度縮小至-5°的下坡跑依然能夠造成相當(dāng)程度的骨骼肌微細(xì)結(jié)構(gòu)改變。

2.2 離心和向心運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼肌PGC-1α和FNDC5蛋白表達(dá)的影響

如圖2、表3所示，雙因素方差分析顯示，取材時(shí)間（0～48小時(shí)）和運(yùn)動(dòng)方案（向心、離心）兩因素?zé)o顯著交互效應(yīng)（P＞0.05），不同運(yùn)動(dòng)方案間存在非常顯著的主效應(yīng)（P＜0.01），說(shuō)明離心運(yùn)動(dòng)比向心運(yùn)動(dòng)對(duì)PGC-1α表達(dá)作用更明顯。不同時(shí)間點(diǎn)之間也存在顯著主效應(yīng)（P＜0.01），多重比較顯示，運(yùn)動(dòng)后即刻、6小時(shí)、24小時(shí)和48小時(shí)，兩組PGC-1α蛋白表達(dá)量均顯著高于對(duì)照組（P＜0.05或P＜0.01），12小時(shí)與安靜對(duì)照無(wú)顯著差異。說(shuō)明離心和向心訓(xùn)練后，PGC-1α除12小時(shí)回落至基線值外，在48小時(shí)內(nèi)一直維持著高表達(dá)。

圖1 運(yùn)動(dòng)后即刻與12小時(shí)骨骼肌微細(xì)結(jié)構(gòu)變化

雙因素方差分析結(jié)果顯示，取材時(shí)間（0～48小時(shí)）和運(yùn)動(dòng)方案（向心、離心）兩因素?zé)o顯著交互效應(yīng)（P＞0.05），運(yùn)動(dòng)方案存在顯著的主效應(yīng)（P＜0.05），取材時(shí)間存在非常顯著的主效應(yīng)（P＜0.01）。說(shuō)明離心運(yùn)動(dòng)相比向心運(yùn)動(dòng)能更高地激活FNDC5表達(dá)，且運(yùn)動(dòng)后不同時(shí)間點(diǎn)FNDC5的表達(dá)具有顯著性變化。多重比較結(jié)果顯示，在運(yùn)動(dòng)后6小時(shí)和24小時(shí)，F(xiàn)NDC5蛋白表達(dá)量相比對(duì)照組基線值有非常顯著性升高（P＜0.01），其他時(shí)間點(diǎn)無(wú)顯著差異。這說(shuō)明離心和向心運(yùn)動(dòng)后，F(xiàn)NDC5出現(xiàn)6小時(shí)和24小時(shí)兩次高峰表達(dá)。

圖2 訓(xùn)練后48小時(shí)內(nèi)PGC-1α與FNDC5蛋白印跡

表3 訓(xùn)練后48小時(shí)內(nèi)PGC-1α與FNDC5蛋白表達(dá)

2.3 離心和向心運(yùn)動(dòng)對(duì)血清Irisin濃度的影響

血清Irisin濃度表達(dá)如表4所示。雙因素方差分析顯示，取材時(shí)間（0～48小時(shí)）和運(yùn)動(dòng)方案（向心、離心）兩因素存在非常顯著的交互效應(yīng)（P＜0.01），提示不同的運(yùn)動(dòng)組，Irisin在不同的時(shí)間點(diǎn)變化規(guī)律不同。

以取材時(shí)間點(diǎn)為單因素進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)分析顯示，相比于對(duì)照組：向心運(yùn)動(dòng)后48小時(shí)內(nèi)，只有6小時(shí)有非常顯著的升高（P＜0.01），其余時(shí)間點(diǎn)變化無(wú)顯著性；而離心運(yùn)動(dòng)組在運(yùn)動(dòng)后12和48小時(shí)有非常顯著的升高（P＜0.01），其余時(shí)間點(diǎn)無(wú)顯著性變化。

以不同訓(xùn)練方法為單因素進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)分析顯示，運(yùn)動(dòng)后6小時(shí)離心運(yùn)動(dòng)組Irisin濃度顯著性低于向心運(yùn)動(dòng)組（P＜0.05），運(yùn)動(dòng)后12和48小時(shí)離心運(yùn)動(dòng)組非常顯著性高于向心運(yùn)動(dòng)組（P＜0.01）。

2.4 離心和向心運(yùn)動(dòng)對(duì)血清CTRP15濃度的影響

血清CTRP15濃度表達(dá)如表4所示。雙因素方差分析顯示，取材時(shí)間（0-48小時(shí)）和方案（向心、離心）因素存在非常顯著的交互效應(yīng)（P＜0.01），提示兩組數(shù)據(jù)變化規(guī)律不一致。

以取材時(shí)間點(diǎn)為單因素進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)分析顯示，相比于對(duì)照組，向心運(yùn)動(dòng)后48小時(shí)內(nèi)，只有6小時(shí)有非常顯著的升高（P＜0.01），其余時(shí)間點(diǎn)變化無(wú)顯著性；而離心運(yùn)動(dòng)組在運(yùn)動(dòng)后即刻、12和48小時(shí)有非常顯著的升高（P＜0.01），其余時(shí)間點(diǎn)無(wú)顯著性變化。

以不同訓(xùn)練方法為單因素進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)分析顯示，運(yùn)動(dòng)后0小時(shí)向心運(yùn)動(dòng)組CTRP15濃度顯著性低于離心運(yùn)動(dòng)組（P＜0.05），12和 48小時(shí)后向心運(yùn)動(dòng)組CTRP15濃度非常顯著性高于離心訓(xùn)練組（P＜0.01），而在6小時(shí)向心運(yùn)動(dòng)組CTRP15濃度顯著性高于離心運(yùn)動(dòng)組（P＜0.05）。

表4 訓(xùn)練后48小時(shí)內(nèi)血清Irisin與CTRP15濃度

3 討論

3.1 離心和向心運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼肌PGC-1α蛋白表達(dá)的影響

PGC-1α是細(xì)胞內(nèi)重要的能量調(diào)節(jié)因子，普遍存在于線粒體豐富的組織如骨骼肌、肝臟、棕色脂肪內(nèi)。它可作用于多種與能量代謝密切相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子及核受體，進(jìn)而調(diào)節(jié)脂肪酸氧化、糖異生、組織產(chǎn)熱、線粒體合成等能量代謝過(guò)程。運(yùn)動(dòng)、寒冷、饑餓等多種應(yīng)激狀態(tài)都可以激活PGC-1α信號(hào)，以促使機(jī)體改變能量代謝狀態(tài)進(jìn)而適應(yīng)新的環(huán)境[12]。運(yùn)動(dòng)可增加骨骼肌PGC-1α表達(dá)，進(jìn)而改變肌細(xì)胞的能量代謝，但不同的運(yùn)動(dòng)方式對(duì)其作用不同。相對(duì)于向心收縮，離心收縮可更強(qiáng)烈地促使肌細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+的釋放[13]，而Ca2+濃度又是刺激PGC-1α表達(dá)的重要信號(hào)，PGC-1α的提高反過(guò)來(lái)又能夠抑制過(guò)高的Ca2+濃度[14]，所以離心運(yùn)動(dòng)是否可以更強(qiáng)烈地激活PGC-1α值得進(jìn)一步研究。

不同肌肉收縮形式對(duì)PGC-1α的影響研究相對(duì)較少，Conwright對(duì)絕經(jīng)期女性進(jìn)行共10組、每組10次最大力量的離心抗阻訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)，PGC-1α蛋白表達(dá)并沒(méi)有顯著性升高[15]。宋超對(duì)小鼠分別進(jìn)行上坡跑向心訓(xùn)練（5°，10 m/min）和下坡跑離心訓(xùn)練（-10°，13 m/min）后發(fā)現(xiàn)，離心訓(xùn)練在運(yùn)動(dòng)結(jié)束后1小時(shí)可顯著提升PGC-1α表達(dá)，但升高程度沒(méi)有上坡跑提升幅度高[16]。離心收縮對(duì)骨骼肌是一個(gè)較強(qiáng)的刺激，而PGC-1α過(guò)表達(dá)可以有效地保護(hù)離心收縮導(dǎo)致的骨骼肌微損傷[17]，該研究中離心訓(xùn)練對(duì)PGC-1α提升的效果不明顯可能是由于訓(xùn)練強(qiáng)度的不適宜所導(dǎo)致的。Conwright的研究采用的是最大力量的離心抗阻訓(xùn)練，訓(xùn)練強(qiáng)度很高，但抗阻訓(xùn)練導(dǎo)致肌肉實(shí)際的運(yùn)動(dòng)時(shí)間很短，訓(xùn)練量不足。Edgett對(duì)青年男性分別進(jìn)行3組不同峰值強(qiáng)度（分別為最大攝氧量的73%、100%、133%）的高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練，通過(guò)肌肉活檢發(fā)現(xiàn)，雖然3種訓(xùn)練方法都可提高PGC-1α的mRNA量，但峰值為133%最大攝氧量的訓(xùn)練對(duì)PGC-1α的mRNA提升量顯著性低于73%、100%組，提示并非運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越高，對(duì)PGC-1α信號(hào)的激活越明顯[18]。

本研究采用中等強(qiáng)度下坡跑離心訓(xùn)練（-5°，20 m/min）對(duì)SD大鼠進(jìn)行干預(yù)，在我們前期的研究中，此模型已經(jīng)被證實(shí)能夠較為有效地使肌細(xì)胞Ca2+濃度升高。大鼠PGC-1α蛋白表達(dá)在運(yùn)動(dòng)后0～6小時(shí)和24～48小時(shí)分別出現(xiàn)兩次峰值，與肌細(xì)胞離心訓(xùn)練后鈣超載的變化規(guī)律基本相似[7]，且電鏡照片結(jié)果也與離心運(yùn)動(dòng)造成的骨骼肌微細(xì)結(jié)構(gòu)變化類(lèi)似（實(shí)驗(yàn)結(jié)果2.1），表明本研究采用的離心訓(xùn)練方案可能是通過(guò)造成胞漿Ca2+濃度升高，進(jìn)而激活PGC-1α信號(hào)。同時(shí)，離心訓(xùn)練和向心訓(xùn)練兩者存在非常顯著的主效應(yīng)（P＜0.01），且離心訓(xùn)練的值較高，說(shuō)明即使攝氧量不同，離心運(yùn)動(dòng)依然比向心運(yùn)動(dòng)更顯著地激活了PGC-1α的表達(dá)。

3.2 骨骼肌細(xì)胞內(nèi)合成的FNDC5經(jīng)剪切修飾后釋放入血的

運(yùn)動(dòng)對(duì)FNDC5與Irisin的影響是目前的研究熱點(diǎn)，Irisin是骨骼肌細(xì)胞內(nèi)合成的FNDC5經(jīng)剪切修飾后釋放入血的細(xì)胞因子，可通過(guò)調(diào)控UCP-1促進(jìn)脂肪燃燒。細(xì)胞內(nèi)的FNDC5受PGC-1α調(diào)控激活合成，骨骼肌是合成FNDC5并向血液分泌Irisin的最重要的組織[19]，其次脂肪也具備類(lèi)似的功能。

離心運(yùn)動(dòng)可較為明顯地通過(guò)Ca2+的釋放激活PGC-1α，那么是否可以對(duì)FNDC5與Irisin產(chǎn)生激活作用呢？此方面的研究較少。于濤等[20]研究發(fā)現(xiàn)一次-16°的下坡跑離心運(yùn)動(dòng)后，1～3天內(nèi)FNDC5 mRNA較安靜時(shí)明顯升高，而血清Irisin含量只在運(yùn)動(dòng)后24小時(shí)升高，之后便回落。但該研究并未與向心運(yùn)動(dòng)進(jìn)行對(duì)比。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在20 m/min的跑速下，平坡跑與較小坡度下坡跑的攝氧量強(qiáng)度沒(méi)有顯著差異（見(jiàn)1.2訓(xùn)練方案），造成FNDC5/Irisin的不同變化趨勢(shì)，可能主要是由不同肌肉收縮形式造成的。本研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論離心或向心運(yùn)動(dòng)，都可以顯著提升運(yùn)動(dòng)后FNDC5在6小時(shí)和24小時(shí)的表達(dá)，且離心訓(xùn)練較向心訓(xùn)練提升的更明顯（存在顯著的主效應(yīng)）。這與PGC-1α的變化規(guī)律類(lèi)似，說(shuō)明相同攝氧量強(qiáng)度下離心運(yùn)動(dòng)較向心運(yùn)動(dòng)能更顯著地提升Ca2+—FNDC5信號(hào)。

值得注意的是，本研究中雖然離心運(yùn)動(dòng)組FNDC5顯著高于向心運(yùn)動(dòng)組，但離心組血清Irisin只在12和48小時(shí)顯著高于向心組，在6小時(shí)卻低于向心組。這可能是由于運(yùn)動(dòng)雖然可以通過(guò)PGC-1α提高FNDC5的合成量，但血清Irisin濃度不僅受骨骼肌FNDC5合成量的影響，同時(shí)受到血容量、機(jī)體代謝等諸多因素影響，從而表現(xiàn)出一種快速變化且與PGC-1α和FNDC5不同步的規(guī)律。大量研究表明，一次運(yùn)動(dòng)可以迅速提高血清Irisin濃度，而長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)后Irisin濃度不變甚至降低[20-22]，且FNDC5與Irisin的變化并不同步[23]，這與本研究的中FNDC5與Irisin變化不同步的結(jié)果是相符的。以上這些結(jié)果說(shuō)明，F(xiàn)NDC5相比于Irisin作為反映運(yùn)動(dòng)刺激骨骼肌分泌促脂肪氧化的細(xì)胞因子的指標(biāo)，更為穩(wěn)定可靠。本研究發(fā)現(xiàn)，雖然E組與L組在不同的時(shí)間點(diǎn)各有Irisin的升高，但離心運(yùn)動(dòng)組FNDC5表達(dá)在48小時(shí)內(nèi)始終顯著高于向心組（主效應(yīng)顯著），說(shuō)明離心運(yùn)動(dòng)對(duì)PGC-1α—FNDC5的激活作用比向心運(yùn)動(dòng)更顯著，促I(mǎi)risin分泌的效果更明顯。

3.3 離心和向心運(yùn)動(dòng)對(duì)CTRP15的影響

2012年Seldin等發(fā)現(xiàn)了參與調(diào)節(jié)脂代謝的肌肉因子CTRP15[5]。CTRP15主要在骨骼肌表達(dá)，釋放入血后可上調(diào)脂肪細(xì)胞與肝對(duì)血液游離脂肪酸的攝取。目前調(diào)控CTRP15的上游信號(hào)尚不完全清楚，運(yùn)動(dòng)、飲食、代謝與應(yīng)激都可以影響到CTRP15的合成量。目前已知的是，肌細(xì)胞內(nèi)CTRP15受cAMP和Ca2+濃度的調(diào)節(jié)[21]。運(yùn)動(dòng)對(duì)CTRP15的作用的研究結(jié)果也不完全一致，Seldin對(duì)大鼠進(jìn)行2周的跑輪訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是骨骼肌還是血液內(nèi)的CTRP15都顯著升高，但Seldin的研究發(fā)現(xiàn)，在9周的跑輪訓(xùn)練后，骨骼肌CTRP15的mRNA顯著降低[5]。造成這些研究結(jié)果不盡相同的原因可能與不同運(yùn)動(dòng)對(duì)Irisin的作用效果差異很大的機(jī)制類(lèi)似：CTRP15和Irisin都是受Ca2+濃度或激素調(diào)節(jié)的肌肉因子，其運(yùn)動(dòng)后變化的時(shí)程可能較短。目前對(duì)CTRP15進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)都是采用數(shù)周的長(zhǎng)期干預(yù)，長(zhǎng)期訓(xùn)練后，機(jī)體對(duì)不同的訓(xùn)練方式的適應(yīng)程度不同，同時(shí)取材時(shí)間點(diǎn)的差異都可能造成結(jié)果的不同。所以對(duì)CTRP15進(jìn)行一次運(yùn)動(dòng)后不同時(shí)間點(diǎn)的研究就較為必要。

本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，無(wú)論是離心還是向心運(yùn)動(dòng)，都可以顯著提高血清CTRP15濃度，但兩組在不同的時(shí)間點(diǎn)升高的幅度不同，造成這種現(xiàn)象的主要原因，可能是離心和向心運(yùn)動(dòng)激活了不同的CTRP15上游調(diào)控信號(hào)。在攝氧量相同的條件下，離心運(yùn)動(dòng)對(duì)胞漿Ca2+濃度的作用雖然更顯著，但向心運(yùn)動(dòng)可能通過(guò)cAMP等其他途徑提高了骨骼肌CTRP15的分泌量。但同時(shí)應(yīng)該注意到，向心運(yùn)動(dòng)組CTRP15只有在運(yùn)動(dòng)后6小時(shí)顯著升高；離心運(yùn)動(dòng)組雖然在6和24小時(shí)回落到基線水平，但在0、12和48小時(shí)持續(xù)維持在高濃度，說(shuō)明離心運(yùn)動(dòng)可以使肌肉在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持CTRP15的高分泌水平，在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)持續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)體脂肪轉(zhuǎn)運(yùn)。

科學(xué)合理地制定減肥或改善脂代謝的運(yùn)動(dòng)處方，就必須考慮肌肉的收縮形式造成的影響。已有學(xué)者發(fā)現(xiàn)特定的離心運(yùn)動(dòng)可以達(dá)到更理想的提高有氧能力和改善脂代謝的作用[8，24，25]。本研究對(duì)離心運(yùn)動(dòng)促進(jìn)骨骼肌脂代謝肌肉因子的分泌的相關(guān)結(jié)果，可為相關(guān)運(yùn)動(dòng)處方的制定提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）相同攝氧量下，離心運(yùn)動(dòng)對(duì)PGC-1α、FNDC5的激活作用比向心運(yùn)動(dòng)更顯著。

（2）相同攝氧量下，離心和向心運(yùn)動(dòng)均可提高Irisin與CTRP15濃度，但離心運(yùn)動(dòng)可在運(yùn)動(dòng)后更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)促進(jìn)兩肌肉因子的高分泌。