Ｇｈｒｅｌｉｎ與運動的關系研究進展

摘要：Ghrelin是生長激素促分泌素受體的內源性配體，是一種主要由胃腸分泌的含有28個氨基酸殘基的短肽，它具有強烈的刺激GH分泌的功能。Ghrelin與其受體結合后可以產生廣泛的生物學效應，在具有促生長激素分泌作用的同時，又具有維持能量正平衡、調節能量代謝的作用。不同的運動方式對Ghrelin水平的影響也不同，一般一次性急性運動不會導致ghrelin濃度的升高I長時間耐力性運動或者有氧健身運動，可能會導致ghrelin濃度的升高或者ghrelin對機體代謝作用的敏感性增加。本文通過查閱大量國內外文獻，就Ghrelin的生物結構、分泌調控、生理功能及運動對其的影響做一綜述。

關鍵詞：Ghrelin；生長激素；胰島素；運動

中圖分類號：G804.7 文章編號：1009-783X(2008)04-0052-04 文獻標識碼：A

在二十世紀，有關生長激素的研究報道取得了很大的成就。在關于調控GH分泌的機制方面，二十世紀最重要的發現是發現了下丘腦GHRH和SS對垂體GH分泌的調控。盡管還有許多別的因素能影響GH的分泌，但普遍的觀點是GHRH和SS的調控是決定性的。然而，到二十世紀的最后一年，人們發現了一種更能刺激GH分泌的物質——ghre-lin，使上述觀點受到嚴厲挑戰。Ghrelin是主要由胃腸分泌的一種含有28個氨基酸殘基的短肽，它具有強烈的刺激GH分泌的功能。Ghrelin的這種促GH釋放的功能是通過生長激素促分泌素受體-1α(GH secretagogue receptor type 1α，GHS-R lα)來實現的。除促GH分泌的作用外，ghrelin還有廣泛的生理功能，包括增加食欲、調控胃動力與胃酸的分泌、調控能量平衡、刺激下丘腦分泌促乳素和腎上腺皮質激素、影響垂體一性腺軸、影響睡眠與行為、調節胰腺的外分泌與內分泌功能和影響葡萄糖水平等。本文就ghrelin的生理功能及運動對其影響作一簡述。

1 Ghrelin的概述

Ghrelin的發現是一個逆向的過程。首先是發現了gh-relin的受體，即GHS-R，然后才發現了該受體的內源性配體，即ghrelin。

上世紀七十年代末，Momany和Bowers首先合成了促生長激素(GH)分泌的肽，稱為生長激素釋放肽(GH—relea-sing peptides，GHRPs)。此后人們陸續發現，許多人工合成的小分子肽(代表性物質如GHRP-6)和非肽類(如MK-0677)物質在體內和體外均可促進GH分泌，并將這類人工合成的物質統稱為生長素促泌物(GH secretagogues，GH-Ss)。根據GHSs在體內的促進GH分泌的信號傳導機制與已知的促生長激素釋放激素(GHRH)不同，推測體內存在著GHS的相應受體，即GHS-R。1996年Howards成功分離到了單一編碼GHS-R到cDNA，并證實GHS-R屬于α螺旋7次跨膜的G蛋白耦聯受體。基因組分析顯示GHS-R基因在人、猿、豬、牛、大鼠、小鼠中高度保守，人和豬GHS-R同源序列高達93％。1999年，日本學者Kojima等建立了穩定表達GHS-R的CHO(Chinese hamster ovary)細胞株，并用此細胞株作為分析系統來尋找內源性GHS。通過對大鼠心、腦、肺、腎、胃腸的提取物的檢測，發現大鼠胃組織提取物中GHS的活性最高。經過系列層析提純，從中純化出了28個氨基酸組成的活性肽，并證明它是GHS-R的內源性配體，命名為ghrelin。

1.1 Ghrelin的結構與分布

Ghrelin是由28個氨基酸組成的小分子多肽，它的產生來源于其前體。K0jima等(1999)研究結果表明，人和大鼠的ghrelin前體都是由117個氨基酸組成的多肽，同源性高達82.9％。Ghrelin前體N端的前23個氨基酸具有分泌信號肽特征，從第24位的甘氨酸到第51位的28個氨基酸為ghrelin序列。Ghrelin前激素原合成后，經過蛋白分解成為28個氨基酸的多肽。Ghrelin的分子量是3314，其結構在不同種屬間高度保守。小鼠與人ghrelin的氨基酸序列同源性高達89％，只有2個氨基酸(小鼠的11和12位氨基酸分別為賴氨酸和丙氨酸)不同。Ghrelin C末端的P-R結構(脯氨酸一精氨酸)為識別部位，N端第3位的絲氨酸殘基被疏水的n-辛酰基(n-octanoylGroup)修飾，辛酰基對于維持ghrelin的活性是必需的。

2000年，Hosoda等從大鼠中純化出了第2種GHSR內源性配基，稱之為des-Glnl4-ghrelin，是一個含27個氨基酸的多肽，它除少了第14位的谷氨酰胺外，其它氨基酸順序都與ghrelin一致，生物學活性也與ghrelin相同。Hosoda等在從胃純化ghrelin的過程中，還發現了別的ghrelin衍生分子。同大鼠一樣，人類在第3位的絲氨酸殘基被酰基化的28肽ghrelin是主要的具有活性的形式。

Ghrelin主要由胃合成。原位雜交方法顯示，ghrelin的mRNA存在于胃底泌酸腺的頸部和底部。合成ghrelin的細胞是X/A樣細胞，簡寫為Gr細胞，這種細胞呈緊密型，與胃腔不連續，說明它們接受胃腔的物理刺激，基底部的化學刺激，或者兩者均有。電子顯微鏡可見，Gr細胞與毛細血管固有層聯系緊密，顯示了其內分泌細胞的特性。循環中的Ghrelin大部分來源于胃，健康人血漿ghrelin濃度為(117±37.2)pmol/L。Ghrelin屬于腦腸肽，除了胃腸道外，在中樞神經系統、腸、腎、心臟、胎盤、性腺也有分泌，這些發現說明Ghrelin具有廣泛的生理學作用。

1.2 Ghrelin的分泌調控

研究認為胰島素、葡萄糖和生長抑制素是影響ghrelin分泌的最重要因素。血漿ghrelin濃度與攝食和營養狀況有關，在攝食前上升，攝食后下降。Mohammed等報道，在連續灌輸2 h胰島素(40mU/m²/min)，血漿ghrelin濃度在第90min時由85±28pmol/L下降到61±18pmol/L，并且在停止輸注胰島素后15main ghrelin還維持低水平。并且，胰島素能調節能量平衡對ghrelin產生影響，ghrelin與肥胖負相關，體胖者比體瘦者的血漿ghrelin濃度低，這可能是肥胖者的胰島素亢進抑制了血漿ghrelin水平。葡萄糖對ghrelin的分泌有抑制作用，Tomomi等發現在口服或注射葡萄糖后第15min，血漿ghrelin水平只有正常值的68％。胰島素與葡萄糖各自對ghrelin的調節作用目前還有爭議。Briatore等報道，低劑量的葡萄糖能降低血漿ghrelin濃度，而早期的胰島素反應并不影響ghrelin濃度。研究表明，葡萄糖對ghrelin的抑制作用是直接作用于胃底泌酸粘膜上的X/A樣細胞，而不通過胰島素調節來實現。胰島素獨自發揮對循環ghrelin濃度的調節作用。有報道稱，胰島素導致的低血糖可上調大鼠胃中ghrelin mRNA的表達。

Ghrelin與生長抑素相互均有作用。Ghrelin可直接刺激胃腸、胰腺D細胞導致生長抑素增多，也可通過調節迷走神經或β膽堿能受體刺激生長抑素釋放。Fabio等首先發現，生長抑素可抑制ghrelin的釋放，給人體經脈輸注生長抑素(2.0ug/kg/h)，循環ghrelin在第15min時減少，第120min時下降到最低點。比基礎值下降了55％，甚至在停止輸注生長抑素30min后ghrelin水平仍低于正常值。給大鼠經脈注入生長抑素可減少血漿ghrelin濃度，繼續于大鼠胃動脈灌注生長抑素，ghrelin的分泌受抑制并且呈劑量與時間依賴關系，這些發現表明ghrelin的分泌受胃中生長抑素的調節。

此外，生長激素，leptin、褪黑素、甲狀腺素、胰高血糖素后副交感神經系統也被認為可能影響ghrelin的代謝。

總之，ghrelin的表達與分泌主要受能量平衡和葡萄糖代謝變化的影響，也受內分泌軸變化的影響。

1.3 Ghrelin的生理功能

Ghrelin最初就是作為GHS-R的配體而被發現的，因此促GH分泌是迄今為止所知的ghrelin最重要的生理功能，它的另一項重要生理功能是增加飲食、調節能量平衡。

1.3.1 ghrelin的促GH分泌作用

人體和動物的體內、體外實驗都表明ghrelin有極強地刺激GH分泌的作用。1999年，KOjima等地實驗表明gh-relin以劑量方式刺激大鼠垂體細胞釋放GH。2000年，Takaya等，首先證實ghrelin在人體也有極強地刺激GH分泌的功能。大量的體外研究表明，Ghrelin和GHS可作用于親軀體細胞，促進GH的釋放，它可能是通過使親軀體細胞膜去極化并且增加每個細胞分泌GH量來實現的。

1.3.2 ghrelin與能量平衡

ghrelin具有促進正能量平衡的作用，表現為促進食欲，增加體重，減少機體脂肪消耗。Natazato等給小鼠腦室和外周靜脈內注射ghrelin，強烈刺激小鼠食欲，并減少能量消耗，而增加體重，甚至增加GH缺乏的小鼠食欲。Kamegai等證實，ghrelin增加食欲和攝入量是通過增加刺激肽基因相關蛋白的表達，而不是通過促進GH的釋放而引起的。

一項研究顯示，給大鼠外周注射ghrelin會導致脂肪利用減少而引起肥胖；持續的中樞給予ghrelin可產生劑量依賴性攝食，引起體重增加；腦室內注射會出現劑量依賴性攝食增多和體重增加。Ghrelin引起的能量正平衡導致脂肪組織增多、體重增加。人體實驗表明，肥胖者ghrelin較正常體重者低，而神經性厭食患者ghrelin高于正常人；空腹時ghrelin濃度升高，并且與體重、體脂量、體脂率、體重指數(BMI)、瘦素、胰島索呈負相關。Lindeman等的研究發現，血漿ghrelin與BMI呈負相關，并且ghrelin水平與內臟脂肪面積負相關。在中樞，人空腹腦脊液的ghrelin水平下降大約16％。回歸分析顯示，瘦素和胰島素是空腹ghrelin的獨立影響因素，肥胖者ghrelin的下降被認為是機體對肥胖時能量正態平衡的一種生理適應現象，這也是人體的一種自我保護機制。

2 Ghrelin與運動

能量消耗是運動的顯著特征，由于ghrelin參與能量代謝的調節，因此運動對ghrelin是否有作用是值得研究的課題。此外，由于ghrelin的強烈刺激GH分泌的特征，人們猜測其是否也在運動引起的GH分泌的變化中起著重要的作用。

2.1 急性運動與ghrelin的關系

關于急性運動與ghrelin的關系的研究自2001年來已有少量報道。2001年，Kallio等報道了自行車功率計上80％VO₂max的運動后。盡管血液中GH濃度極大地增加，但ghrelin濃度并未改變，提示循環ghrelin不參與運動導致的GH釋放的調控。2002年，Dall等報道，進行62％VO₂max自行車運動，在正常人和GH缺乏癥的被試者中，血液GH濃度上升，而ghrelin濃度均未見變化。反之，給GH缺乏癥被試者用rhGH替代治療。血漿ghrelin濃度下降。這兩種情況提示ghrelin不參與運動導致的GH釋放，且GH對ghrelin有負反饋作用。

2004年，Kraemer等報道了遞增負荷(60％、75％、90％、100％VO₂max)的大強度間歇跑臺運動對運動員循環ghrelin的影響。這種運動使循環GH濃度升高5倍，胰島素樣生長因子-1(IGF-1)略有增加，而ghrelin與IGF結合蛋白-3(IGFBP-3)沒有變化。統計分析表明，ghrelin與IGF-1及ghrelin與IGFBP-3負相關，而ghrelin與GH之間沒有相關性。相似的報道還見Schmidt等(2004)，8個健康男性進行50％、70％及90％V02max的跑臺運動后，所有3種強度的運動均使循環GH濃度升高，而ghrelin濃度沒有改變。

力量性運動與循環ghrelin水平的報道亦有報道。Kraemer等報道，9名受試男性進行12RM的腿部肌肉離心及向心抗阻運動，運動后血漿GH、葡萄糖和胰島素均升高。兩種運動后的血漿ghrelin未見升高，肌肉向心收縮運動還見ghrelin下降，提示ghrelin均不參與向心收縮性運動及離心收縮性運動引發的GH分泌增高。

從上述報道看，運動引起的GH分泌增加并不受ghrelin的調控，盡管ghrelin是極強的促GH分泌劑。但是，最近一項關于食物補充與ghrelin和leptin變化的研究顯示與上述實驗結果的不一致。11名耐力運動員進行兩次測試，分別為補充低脂食物2.5天后進行3h的有氧運動和補充高脂食物1.5天后進行同樣的運動。結果顯示，運動后GH沒有變化，而補充低脂食物，運動后血清ghrelin比補充高脂食物的高，而血清leptin的變化正好相反，提示因運動所致的負能量平衡使血清ghrelin和leptin濃度呈相反的變化。

2.2 耐力性運動訓練與ghrelin的關系

關于長期運動訓練對ghrelin水平的影響有不太一致的報道。2005年，Karen等研究了168名婦女在進行了12個月的有氧運動后循環ghrelin與體重的關系。經過1z月的有氧運動后，受試者的平均體重下降了1.4±0.4kg，同時循環ghrelin水平上升。該研究還觀察到，除與體重相關外，ghrelin還與BMI、瘦體重、體脂成負相關。但之前也有報道稱運動導致的體重丟失與循環ghrelin水平的增高無關。Leidy等(2004年)研究了循環ghrelin與體重變化的關系，3個月實驗后，由特殊食物引起的體重丟失組ghrelin水平上升了一倍，而維持體重的運動組ghrelin水平不變，提示循環ghrelin濃度對體重變化敏感，而對運動訓練刺激不敏感。

僅見一篇動物實驗報告，該研究觀察到，大鼠在進行30min或60min的運動后即刻，血清ghrelin濃度增加了40％，經1h的恢復期后，ghrelin濃度恢復到基礎水平。由此看來。大鼠的ghrelin分泌能對運動刺激產生應答，或許大鼠存在有不同于人的調控ghrelin分泌的機制。

由于ghrelin發現的時間還很短，究竟運動與ghrelin濃度有什么關系，其是否與運動中導致的能量平衡變化及GH分泌的調控等生理作用還有待進一步研究。本文作者分析認為，ghrelin濃度變化可能與運動方式有關。一般一次性急性運動不會導致ghrelin濃度的升高，還可能由于運動后GH的顯著升高反饋抑制ghrelin的分泌釋放，而導致ghrelin濃度下降；長時間耐力性運動或者有氧健身運動，可能會導致ghrelin濃度的升高或者ghrelin對機體代謝作用的敏感性增加；還有可能ghrelin的兩種存在形式N端去辛酰基化ghre-lin與N端辛酰基化ghrelin比例失調，不過這些都是本文作者的推測，都需要進一步的實驗驗證。運動導致ghrelin濃度變化的機制也還需要進一步研究。