胃腸激素在能量平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)及運(yùn)動(dòng)減肥中的作用

山西大學(xué)體育學(xué)院，山西 太原　030000

李秋雨

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胃腸激素在能量平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)及運(yùn)動(dòng)減肥中的作用

前言

目前，肥胖及其并發(fā)癥已經(jīng)成為困擾世界人民的一個(gè)嚴(yán)重問題。肥胖意為能量攝入和消耗之間的不平衡導(dǎo)致的脂肪過度累積，對(duì)人體健康會(huì)產(chǎn)生一系列直接或間接影響。成年人中，“超重”是指BMI(身體質(zhì)量指數(shù)，公式為BMI=體重/身高2)超過25 kg/m2，而“肥胖”則指BMI超過30 kg/m2。亞洲人由于體質(zhì)不同于歐美人，BMI值超重和肥胖的標(biāo)準(zhǔn)要低一些，我國的標(biāo)準(zhǔn)是BMI超過27 kg/m2則為肥胖。繼“肥胖是一種病”之后，世界衛(wèi)生組織再次宣布，世界上每7個(gè)人中就有一個(gè)是肥胖癥患者。截至2014年底，世界上有超過19億的人屬于超重人群，而超過6億人是肥胖人群。

一般情況下，超重和肥胖都會(huì)伴隨高發(fā)病率的并發(fā)癥，包括高血壓、代謝性疾病、Ⅱ型糖尿病(T2DM)、心血管疾病等。研究表明，每增加1kg體重，患糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)將增加4.5%-9%，心血管疾病的患病風(fēng)險(xiǎn)將增加3.1%[1]。胃腸道是食物攝入的通道，胃腸激素在調(diào)控食物攝取的過程中發(fā)揮重要作用，隨著日益嚴(yán)重的肥胖危機(jī)，胃腸激素已成為科學(xué)家們的研究熱點(diǎn)。本文綜述了胃腸激素在在食物攝入調(diào)節(jié)和肥胖癥治療中的作用，為胃腸激素相關(guān)科學(xué)研究提供參考。

1食物攝取的神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)概述

胃腸道粘膜表面積巨大，其中包含多種類型數(shù)量眾多的內(nèi)分泌細(xì)胞，因此胃腸道可以稱為人體內(nèi)最大內(nèi)分泌器官。我們攝入的食物在消化道被分解為各種我們所需要的營養(yǎng)成分和食物殘?jiān)@些營養(yǎng)成分可以激活胃腸道和胰腺的內(nèi)分泌細(xì)胞的GPCR(G-蛋白耦聯(lián)受體)[2]。當(dāng)被激活時(shí)，這些內(nèi)分泌細(xì)胞會(huì)釋放某些特定的激素參與調(diào)節(jié)機(jī)體各種生理過程，包括食物攝入[3]。這些激素即胃腸激素，由于其本質(zhì)都是肽類物質(zhì)，因此胃腸激素又被稱為“胃腸肽”。這些激素會(huì)把信號(hào)傳導(dǎo)到下丘腦弓狀核(ARC)，ARC是主要負(fù)責(zé)食物攝入和能量消耗調(diào)節(jié)[4，5]的中樞。一些機(jī)械感受器和化學(xué)感受器會(huì)激活迷走傳入神經(jīng)，信號(hào)通過腦干的孤束核(NTS)后最終傳導(dǎo)到了下丘腦[6]。研究表明，部分胃腸激素就是通過這個(gè)通路將信號(hào)傳導(dǎo)到下丘腦的[7]。

下丘腦促進(jìn)食欲和抑制食欲的神經(jīng)元是由許多神經(jīng)和激素信號(hào)所調(diào)控的，這些神經(jīng)元也會(huì)將信號(hào)投射到下丘腦其他部位，如室旁核(hypothalamic paraventricular nucleus，PVN)、外側(cè)丘腦(lateral hypothalamus，LH)、穹窿周圍區(qū)(perifornical area，PFA)等。這些部位有一些重要的傳出通路負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)機(jī)體的饑餓感、飽腹感、能量攝入與利用等[8]。

2各種胃腸激素在能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的作用

2.1促生長(zhǎng)素(ghrelin)

Ghrelin是一種由28個(gè)氨基酸構(gòu)成的生長(zhǎng)激素促分泌素受體(GHSR)的內(nèi)源性配體，是第一個(gè)確定有促食欲作用的激素[9]。Ghrelin主要由胃粘膜α細(xì)胞分泌，它的主要作用是將機(jī)體的能量攝入的狀態(tài)傳遞給腦。研究發(fā)現(xiàn)，腦室內(nèi)注射(intracerebroventricular，ICV)Ghrelin會(huì)增加大鼠食物攝入、能量累積，減少能量消耗，從而使其體重增加[10]。Ghrelin的分泌主要受食物攝入情況來調(diào)節(jié)，以人類為對(duì)象的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，血漿Ghrelin濃度在空腹時(shí)尤其是餐前增加，但在進(jìn)食1h內(nèi)迅速下降[11]。研究表明排除日常干擾后，食物攝入情況、饑餓程度均和血漿Ghrelin水平息息相關(guān)[12]。血漿Ghrelin水平的變化和能量存儲(chǔ)狀態(tài)有著密切的聯(lián)系，它也是體重變化后人體自發(fā)的調(diào)整性變化，體重增加時(shí)Ghrelin水平下降，反之體重減輕時(shí)Ghrelin水平增加[13]。

除了直接對(duì)腦產(chǎn)生作用，Ghrelin還可以通過迷走神經(jīng)發(fā)揮作用。大鼠結(jié)狀神經(jīng)節(jié)迷走傳入神經(jīng)的神經(jīng)元上分布著Ghrelin受體表明Ghrelin通過迷走神經(jīng)從胃部將信號(hào)傳導(dǎo)到下丘腦[14]。在迷走神經(jīng)切斷的動(dòng)物和人類身上，Ghrelin并未表現(xiàn)出促食欲作用[15]。

2.2膽囊收縮素(cholecystokinin，CCK)

CCK由小腸I細(xì)胞產(chǎn)生，主要在攝入飽和脂肪、長(zhǎng)鏈脂肪酸、氨基酸和一些肽類物質(zhì)后分泌，空腹時(shí)含量逐漸降低。動(dòng)物[16]和人類[17]試驗(yàn)均表明，餐前靜脈注射CCK可以降低食物攝入量，降低的量和注射CCK的量成正比。有證據(jù)表明，空腹時(shí)，CCK在注射30min后就無法檢測(cè)到[18]，表明CCK作為一種短效飽食信號(hào)，并不在長(zhǎng)期的體重調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用。

CCK主要以CCK-8、CCK-22、CCK-33和CCK-58這幾種形式存在，其生物活性并不完全相同。CCK-8和CCK-58在注射后均可以減少攝食量，但CCK-58同時(shí)延長(zhǎng)兩餐之間的間隔時(shí)間，CCK-8則縮短了兩餐之間的間隔時(shí)間[19，20]。CCK有兩種受體：CCK-A和CCK-B。其中CCK-A分布在腦部，與食欲減退有關(guān)，主要通過迷走傳入神經(jīng)發(fā)揮作用[21]。膈肌下迷走神經(jīng)切斷和選擇性迷走神經(jīng)阻斷術(shù)均會(huì)使CCK減食欲效果降低。此外，顯微注射CCK到下丘腦會(huì)引起動(dòng)物食欲下降，攝食量降減少[22]，后腦最后區(qū)(area postrema，AP)病變會(huì)削弱CCK的減食欲作用[23]。這些研究表明，CCK既可以通過迷走神經(jīng)也可以直接將信息傳遞到腦部。

2.3酪酪肽(peptide tyrosine tyrosine，PYY)

PYY是一種含有36個(gè)氨基酸的直鏈多肽類物質(zhì)，其N端和C端殘基均為絡(luò)氨酸，1980年首次從豬腸中分離出來[24]，與神經(jīng)肽Y(neuropeptide Y，NPY)和胰多肽(pancreatic peptide，PP)序列同源性較高，均含有一個(gè)α-螺旋和一個(gè)聚脯氨酸螺旋經(jīng)由β-旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)依次相連而成的U型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)被稱為PP-折疊，是PP家族的特征結(jié)構(gòu)，因此它們同被歸為PP家族。PYY由L-細(xì)胞分泌，從回腸遠(yuǎn)端沿著腸道分泌量逐漸增加，在結(jié)腸和直腸達(dá)到最高水平。PYY一般飯后開始逐漸分泌，在飯后1-2h分泌量達(dá)到峰值水平，有研究表明進(jìn)食后6h內(nèi)血漿PYY一直處于上升水平[25]。飲食結(jié)構(gòu)對(duì)于PYY的釋放亦有很大影響，有研究證明，蛋白質(zhì)促進(jìn)PYY分泌的程度高于脂肪和碳水化合物[26]。PYY有主要兩種類型，PYY1-36和PYY3-36，血液中主要以PYY3-36的形式存在。PYY通過和其受體家族(Y1、Y2、Y4、Y5、Y6)結(jié)合發(fā)揮作用，其中PYY3-36和Y2受體具有高親和性，而和Y1、Y5受體親和性較低[27]。

給予嚙齒類動(dòng)物靜脈注射PYY3-36可以顯著降低它們的食欲，引起攝食量下降[28]，以人類為對(duì)象的試驗(yàn)也有同樣的結(jié)果[29]，這表明PYY是一種降低食欲的肽類激素。PYY的這種減食欲作用主要是通過和下丘腦弓狀核的Y2受體結(jié)合發(fā)揮作用的，減食欲的同時(shí)也會(huì)抑制NPY/AgRP神經(jīng)元，從而激活黑皮質(zhì)素分泌細(xì)胞分泌減食欲的黑皮質(zhì)素。在Y2受體基因表達(dá)缺陷的動(dòng)物身上，PYY的減食欲作用消失[30]。出人意料的是，如果直接注射PYY到大鼠腦部，結(jié)果是大鼠食欲增加。這可能與PYY受體家族不同的受體作用不一樣導(dǎo)致的，PYY的促食欲作用可能與Y1、Y5受體有關(guān)[31]。此外，迷走、腦干介導(dǎo)的通路也參與了PYY3-36發(fā)揮作用的過程，Y2受體就位于迷走傳入神經(jīng)的終端，如果腹部切斷迷走神經(jīng)或者橫斷丘腦-后腦將會(huì)抑制PYY的減食欲作用，下丘腦ARC亦不會(huì)被激活[32]。總之，PYY作為飽足感的信號(hào)，其作用主要是通過ARC或迷走傳入神經(jīng)上的Y2受體抑制食欲，減少食物攝入。

2.4胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1 ，GLP-1)

GLP-1的前體是胰高血糖素原，主要由小腸L-細(xì)胞分泌，主要調(diào)節(jié)機(jī)體葡萄糖攝入。有研究表明，攝入高蛋白食物后血漿GLP-1的濃度也會(huì)增加[33]。GLP-1有主要由兩種具有生物活性形式GLP-1(7-37)多肽與GLP-1(7-36)酰胺，它們的生物半衰期很短，在血液中會(huì)被二肽酶IV(dipeptidil peptidase 4 ，DPP4)迅速降解。外周或中樞GLP-1一次性給藥均會(huì)減少動(dòng)物的食物攝入量[34]，長(zhǎng)期持續(xù)給藥則會(huì)使動(dòng)物體重減輕[35]。在以人類為對(duì)象的試驗(yàn)中，靜脈注射GLP-1也會(huì)減少食物攝入量，減少的量和注射的量成正比[36]。GLP-1可以抑制胃酸分泌，延緩胃排空。除了食欲方面，GLP-1在糖代謝方面有著不可忽視的作用：它作為腸降血糖素可以誘導(dǎo)葡萄糖依賴性胰島素的釋放，促進(jìn)胰島B細(xì)胞生長(zhǎng)，減少胰高血糖素分泌[37]。GLP-1通過與GLP-1受體(GLP-1 receptors，GLP-1R)結(jié)合發(fā)揮作用， GLP-1R主要分布于胰腺、腦干、下丘腦和迷走神經(jīng)。有實(shí)驗(yàn)證明，在迷走神經(jīng)被切斷的嚙齒類動(dòng)物體內(nèi)，GLP-1的減食欲作用下降。另外，科學(xué)家通過磁共振成像技術(shù)(magnetic resonance imaging ，MRI)證實(shí)，GLP-1的外周給藥改變了AP、PVN、腹內(nèi)側(cè)核(ventromedial nucleus ，VMN)的信號(hào)強(qiáng)度[38]，我們可以推測(cè)，GLP-1既通過下丘腦，又通過迷走-腦干復(fù)合體通路來發(fā)揮作用。

2.5胃泌酸調(diào)節(jié)素(oxyntomodulin ，OXM)

OXM和GLP-1類似，都是由小腸L-細(xì)胞分泌，其前體均為胰高血糖素原。在嚙齒類動(dòng)物中，OXM外周給藥可以增加能量消耗，減少動(dòng)物食物攝入量，降低體重[39]。人類試驗(yàn)中，對(duì)于體重正常的人，靜脈注射OXM可以降低食物攝入[40]，而對(duì)于超重和肥胖的受試者，靜脈注射OXM不僅可以降低食物攝入量，還可以增加能量消耗[41]。

OXM和兩種受體都具有親和力：GLP-1R和胰高血糖素受體。一般認(rèn)為，OXM的減食欲效果主要與GLP-1R有關(guān)[42]，胰高血糖受體也參與OXM的食欲調(diào)節(jié)過程，但具體機(jī)制還不是很清楚。和GLP-1相比，OXM和GLP-1R的親和力較低，但是在減食欲方面，OXM具有還GLP-1相似的效力。在GLP-1R敲除的小鼠和注射GLP-1R拮抗劑促胰島素分泌肽9-39(exendin9-39)的小鼠體內(nèi)，OXM的減食欲功能被抑制，但GLP-1的的減食欲作用并不受影響[42]。因此我們可以推測(cè)，雖然OXM和GLP-1均具有減食欲作用，但其作用方式并不相同。

3胃腸激素與運(yùn)動(dòng)減肥的關(guān)系

關(guān)于胃腸激素與運(yùn)動(dòng)減肥的關(guān)系目前研究相對(duì)較少，但由于運(yùn)動(dòng)會(huì)一定程度上導(dǎo)致胃腸功能紊亂，因此目前關(guān)于運(yùn)動(dòng)與胃腸激素的研究眾說紛紜，不同形式的運(yùn)動(dòng)對(duì)不同的胃腸激素的影響不盡相同。吳娜娜53[43]等人的研究表明，一次性運(yùn)動(dòng)可以增加成年人血漿PYY3-36的濃度。李潔采用了大強(qiáng)度的臺(tái)階運(yùn)動(dòng)的方式，得出了運(yùn)動(dòng)后即刻到60min，血漿中的GLU-1、VIP濃度均有不同程度提高[44]。徐偉等[45]的研究表明，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可以延緩胃的排空速度，使GAS、MOT水平下降。喬德才[46]的研究則表明，大強(qiáng)度持續(xù)運(yùn)動(dòng)會(huì)抑制胃腸激素分泌，適量的中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)則可以促進(jìn)胃腸激素的分泌，我們推測(cè)這可能與持續(xù)大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致胃腸功能紊亂有關(guān)。但也有研究結(jié)果表明，在安排受試者進(jìn)行跳繩和功率自行車運(yùn)動(dòng)時(shí)候發(fā)現(xiàn)，在食欲抑制方面效果更明顯，但相對(duì)于功率自行車運(yùn)動(dòng)grealin、PYY、GLP-1的濃度則沒有明顯區(qū)別，表明負(fù)重運(yùn)動(dòng)對(duì)食欲的改變可能不是通過胃腸激素來調(diào)節(jié)的[47]。

4結(jié)語

綜上所述，胃腸激素通過循環(huán)系統(tǒng)或迷走神經(jīng)向大腦調(diào)節(jié)食欲和能量平衡的功能區(qū)傳遞信息從而影響機(jī)體食欲和進(jìn)食行為。胃腸激素彼此間的拮抗或協(xié)同作用使人體可以適應(yīng)不同的環(huán)境并維持能量平衡系統(tǒng)在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，人體是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，關(guān)于能量平衡系統(tǒng)目前的研究也只是冰山一角，運(yùn)動(dòng)控制體重是一個(gè)大課題，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或利用胃腸激素及其信號(hào)通路，為運(yùn)動(dòng)減肥的研究提供了新方向。

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Role of Gastrointestinal Hormones in Energy Balance Regulatory System and Weight-losing through Exercise

山西大學(xué)體育學(xué)院，山西 太原030000

李秋雨

Li Qiuyu

摘要：食物攝入的調(diào)節(jié)是多方面的，涵蓋多種復(fù)雜機(jī)制，其中基于負(fù)反饋機(jī)制的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是其中不可缺少的一部分。在內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由胃腸道分泌的外周激素發(fā)揮了重要作用，我們統(tǒng)稱其為胃腸激素。胃腸激素是營養(yǎng)和能量攝入情況反饋到內(nèi)分泌細(xì)胞后分泌的肽類物質(zhì)，直接或通過迷走神經(jīng)與腦聯(lián)系。胃腸激素對(duì)于調(diào)節(jié)營養(yǎng)攝入和能量消耗過程的平衡、維持體重的相對(duì)穩(wěn)定具有重要意義。本文概述了胃腸激素在調(diào)節(jié)食欲和攝食行為以及運(yùn)動(dòng)減肥中發(fā)揮的作用。

關(guān)鍵詞：胃腸激素；食欲；攝食行為；運(yùn)動(dòng)；肥胖

Abstract:Regulation of food intake is multifaceted and covers a variety of complex mechanisms. Among them, system of homeostasis which based on negative feedback mechanisms is an indispensible part．In the regulation system of homeostasis, peripheral hormones which secreted from the gastrointestinal tract plays an important role and are called gastrointestinal hormones．Gastrointestinal hormones are peptide materials secreted from enteroendocrine cells after the feedback of nutrient and energy intake, and will communicate with the brain directly or via the vagus nerve．These hormones are crucial for balancing the process of food intake and energy expenditure and maintaining a relatively stable body weight. The paper provides an overview of the role of gastrointestinal hormone in regulating appetite, food intake and weight-losing through exercise.

Key words:gastrointestinal hormone; appetite; feeding behavior; exercise; obesity

doi:10.3969/ j.issn.1005-0256.2016.04.055

中圖分類號(hào)：G804

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-0256(2016)04-0126-4

作者簡(jiǎn)介：李秋雨(1991-)，女，安徽靈璧人，在讀碩士研究生，研究方向：運(yùn)動(dòng)生理解剖學(xué)。

School of Physical Education, Shanxi University, Taiyuan 030000, Shanxi, China.