一次急性運(yùn)動對骨骼肌AMPK不同亞型的影響：Meta分析

吳衛(wèi)東 徐嘉寶 王 宇 魏建翔

(1. 鄭州大學(xué)體育學(xué)院 運(yùn)動訓(xùn)練系,河南 鄭州 450040;2. 安陽師范學(xué)院 教育學(xué)院,河南 安陽 455000)

腺苷酸激活蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)在機(jī)體能量代謝和調(diào)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用,與慢性炎癥、糖尿病、肥胖及心血管疾病等疾病密切相關(guān)。AMPK包含一個催化亞基α和兩個調(diào)節(jié)亞基β和γ,其中α亞基有α1和α2兩個亞型,主要分布在肝臟、心肌和骨骼肌中。AMPK活性主要受Thr172位點(diǎn)調(diào)控,缺氧、缺血和運(yùn)動等均可激活A(yù)MPK。研究表明,運(yùn)動激活A(yù)MPK后可促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn),增加骨骼肌對葡萄糖的吸收和利用;還可促進(jìn)脂肪氧化代謝和抑制脂肪合成;此外,AMPK可增加糖酵解、抑制糖原合成和糖異生[1],因此,運(yùn)動與AMPK的關(guān)系受到廣泛關(guān)注。

AMPK是骨骼肌重要的能量感受器,在調(diào)節(jié)骨骼肌細(xì)胞能量穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。但關(guān)于運(yùn)動后人體骨骼肌AMPK活性變化趨勢的研究較少,尤其是運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα、AMPKα1及AMPKα2的活性變化有何異同?尚未見報道。目前,關(guān)于運(yùn)動對AMPK影響的研究多為動物實驗,動物研究顯示AMPK在運(yùn)動過程中的變化趨勢受運(yùn)動強(qiáng)度和持續(xù)時間的影響[2]。有研究總結(jié)了不同運(yùn)動類型運(yùn)動后動物骨骼肌AMPK的變化趨勢,以強(qiáng)度為30%～40%VO2max運(yùn)動至疲勞時AMPK可被激活,運(yùn)動強(qiáng)度為60%VO2max時AMPK較易被激活[3]。那么,一次急性運(yùn)動后人體骨骼肌中AMPKα、AMPKα1及AMPKα2的活化趨勢有何異同?其變化趨勢與運(yùn)動強(qiáng)度、時間關(guān)系如何?基于此,本文將通過系統(tǒng)分析評價一次急性運(yùn)動中和運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα、AMPKα1及AMPKα2的變化趨勢,為選擇科學(xué)的運(yùn)動方案改善人體骨骼肌機(jī)能提供理論支持。

1 資料與方法

1.1 文獻(xiàn)檢索

本研究根據(jù)PRISMA聲明進(jìn)行。檢索的電子文獻(xiàn)數(shù)據(jù)資源庫分別來自知網(wǎng)、萬方、Web of Science、PubMed、Embase。本文采用中文檢索關(guān)鍵詞為：“運(yùn)動”“訓(xùn)練”和“AMPK”,英文檢索關(guān)鍵詞為“exercise”“training”和“AMPK”：最后檢索時間為2023年3月1日。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：①急性運(yùn)動干預(yù);②結(jié)局指標(biāo)包括AMPK;③以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差或標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①長期運(yùn)動干預(yù);②非人體實驗;③非中英文文獻(xiàn)。

1.3 數(shù)據(jù)提取

由兩名人員根據(jù)文獻(xiàn)納入和排除標(biāo)準(zhǔn),采用獨(dú)立平行方式進(jìn)行篩選與提取,內(nèi)容包括文章的基本信息(標(biāo)題、作者、發(fā)表時間);研究對象的樣本量、年齡、BMI、性別、患病情況、運(yùn)動方案和結(jié)局指標(biāo)AMPK。

1.4 質(zhì)量評估

文獻(xiàn)質(zhì)量采用Cochrane Handbook標(biāo)準(zhǔn)對納入研究的質(zhì)量進(jìn)行評估。該標(biāo)準(zhǔn)包括7個問題,每個問題三種選項：“l(fā)ow risk”、“unclear risk”、“high risk”,對文獻(xiàn)質(zhì)量做出總體評估。文獻(xiàn)質(zhì)量分為低度、中度和高度偏倚。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

采用Revman 5.4軟件對指標(biāo)進(jìn)行分析。本研究中數(shù)據(jù)為連續(xù)型變量,均以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行統(tǒng)計,并計算95%置信區(qū)間。使用I2評價研究間異質(zhì)性,I2<25%為無異質(zhì)性,25%≤I2<50%為輕度異質(zhì)性,50%≤I2<75%為中度異質(zhì)性,I2≥75%為重度異質(zhì)性。I2≤50%采用固定效應(yīng)模型;I2>50%采用隨機(jī)效應(yīng)模型。采用漏斗圖進(jìn)行發(fā)表偏倚檢驗,逐一排除法進(jìn)行敏感性分析。

2 結(jié)果

2.1 文獻(xiàn)檢索

初步檢索共篩出1485篇文獻(xiàn),剔除重復(fù)文獻(xiàn)后剩余1378篇,閱讀題目和摘要進(jìn)行初篩后獲得文獻(xiàn)34篇,閱讀全文最終確定納入文獻(xiàn)19篇進(jìn)行Meta分析。流程見圖1。

圖1 文獻(xiàn)篩選流程圖

2.2 文獻(xiàn)基本特征

納入19篇研究進(jìn)行Meta分析,納入總?cè)藬?shù)285例。需要注意的是,納入研究包含2種及以上運(yùn)動方案且研究對象為同批研究對象,相應(yīng)間隔1～3周。納入文獻(xiàn)的基本特征見表1。

表1 納入文獻(xiàn)的基本特征

2.3 Meta分析結(jié)果

2.3.1 運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα變化趨勢

運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα變化趨勢見圖2、3。由于各研究對AMPKα的測量單位不同,采用標(biāo)準(zhǔn)化均數(shù)差(SMD)表示。結(jié)果顯示,運(yùn)動后0min合并效應(yīng)量高于運(yùn)動前,且具有顯著性SMD=[0.91,95%CI為(0.69,1.12),Z檢驗P<0.05],各研究間無異質(zhì)性I2=10%。運(yùn)動后30min合并效應(yīng)量高于運(yùn)動前,且具有顯著性SMD=[1.17,95%CI為(0.75,1.60),Z檢驗P<0.05],各研究間無異質(zhì)性I2=84%。運(yùn)動后120min合并效應(yīng)量高于運(yùn)動前,且具有顯著性SMD=[0.52,95%CI為(0.02,1.01),Z檢驗P<0.05]。各研究間無異質(zhì)性I2=90%。運(yùn)動后180min合并效應(yīng)量高于運(yùn)動前,且具有顯著性SMD=[0.71,95%CI為(0.25,1.16),Z檢驗P<0.05],各研究間無異質(zhì)性I2=21%。其他各組間無顯著性差異(P>0.05)。

圖2 運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα的Meta分析

圖3 運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα效應(yīng)量的變化趨勢

2.3.2 運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα1變化趨勢

運(yùn)動中和運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα1變化趨勢見圖4、5。由于各研究對AMPKα1的測量單位不同,采用標(biāo)準(zhǔn)化均數(shù)差(SMD)表示。結(jié)果顯示,運(yùn)動中和運(yùn)動后的合并效應(yīng)量均與運(yùn)動前合并效應(yīng)量無顯著性差異,而運(yùn)動后0min時P=0.05。

圖4 運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα1的Meta分析

圖5 運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα1效應(yīng)量的變化趨勢

2.3.3 運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα2變化趨勢

運(yùn)動中和運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα2變化趨勢見圖6、7。由于各研究對AMPKα2的測量單位不同, 采用標(biāo)準(zhǔn)化均數(shù)差(SMD)表示。 結(jié)果顯示, 運(yùn)動中合并效應(yīng)量高于運(yùn)動前,且具有顯著性SMD=[0.73,95%CI為(0.12,1.33),Z檢驗P<0.05],各研究間無異質(zhì)性I2=0%。運(yùn)動后0min合并效應(yīng)量高于運(yùn)動前,且具有顯著性SMD=[0.82,95%CI為(0.52,1.11),Z檢驗P<0.05],各研究間無異質(zhì)性I2=39%。運(yùn)動后60min合并效應(yīng)量高于運(yùn)動前,且具有顯著性SMD=[1.19,95%CI為(0.16,2.21),Z檢驗P<0.05]。其他各組間無顯著性差異(P>0.05)。

圖6 運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα2的Meta分析

圖7 運(yùn)動后人體骨骼肌AMPKα2效應(yīng)量的變化趨勢

3 討論

AMPK是一種重要的細(xì)胞能量感受器。運(yùn)動可通過增加骨骼肌能量消耗激活A(yù)MPK,活化的AMPK可增強(qiáng)分解代謝相關(guān)細(xì)胞因子的活性或表達(dá)促進(jìn)能量的生成。單磷酸腺苷(AMP)與二磷酸腺苷(ADP)比例和ADP與三磷酸腺苷(ATP)的比例變化會激活A(yù)MPK[23]。在運(yùn)動過程中,ATP被大量消耗,AMP/ADP和ADP/ATP比例升高,隨后AMPKγ亞基與AMP相互作用,促使AMPKα亞基中Thr172磷酸化,AMPK被激活[24]。此外,ATP與AMPKγ亞基作用后促使AMPK構(gòu)象變化,構(gòu)象變化后AMPK同樣被激活[25]。有研究顯示,兩種激活方式可促使AMPK活性增加近1000倍[26]。在骨骼肌中,肝激酶B1(LKB1)可激活A(yù)MPKα2,高強(qiáng)度和中等強(qiáng)度持續(xù)運(yùn)動均可通過此通路激活A(yù)MPKα2[27]。此外,長時間低強(qiáng)度運(yùn)動可通過鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶β(CaMKKβ)激活A(yù)MPKα1[28]。

人體骨骼肌AMPK活性和表達(dá)量受運(yùn)動影響較大,且運(yùn)動強(qiáng)度變化對其影響顯著。研究發(fā)現(xiàn),以30%～40%VO2max的小強(qiáng)度運(yùn)動至疲勞狀態(tài)時AMPK可能被激活,且隨運(yùn)動時間的延長而活性增強(qiáng)。隨運(yùn)動強(qiáng)度增加,AMPKα2活性增加較為顯著,有研究發(fā)現(xiàn)以逐漸遞增強(qiáng)度運(yùn)動1h后AMPKα2活性增加5倍。以68%VO2max強(qiáng)度運(yùn)動30min后,AMPKα2活性顯著增加[29]。在高強(qiáng)度或中等強(qiáng)度運(yùn)動中,骨骼肌中AMPKα2被激活,并與運(yùn)動強(qiáng)度和運(yùn)動時間呈正相關(guān),但AMPKα1并無出現(xiàn)此現(xiàn)象,甚至?xí)S著運(yùn)動強(qiáng)度和運(yùn)動時間的增加而降低[30]。此外,有研究顯示,在長期運(yùn)動訓(xùn)練后進(jìn)行一次急性運(yùn)動干預(yù)后骨骼肌AMPK的活性出現(xiàn)降低,這可能是在運(yùn)動訓(xùn)練后骨骼肌中糖原升高,阻止了AMPK在運(yùn)動中被充分激活[31]。由此可見,正常情況下,AMPK活性隨運(yùn)動強(qiáng)度的增大和時間的增加,其活性逐漸增強(qiáng),但AMPK不同亞基表現(xiàn)出不同變化趨勢,骨骼肌中AMPKα2更易被激活。

本研究結(jié)果顯示,一次急性運(yùn)動中、0min和60min,骨骼肌中AMPKα2合并效應(yīng)量高于運(yùn)動前(P<0.05),說明一次急性運(yùn)動可激活骨骼肌中AMPKα2,這與先前的研究結(jié)果一致。不同運(yùn)動強(qiáng)度和運(yùn)動時間可影響AMPK活性,一次較高強(qiáng)度的急性運(yùn)動后,AMPK的活性將在短時間內(nèi)升至高點(diǎn),在運(yùn)動后20min恢復(fù)到基礎(chǔ)狀態(tài)。一次中等強(qiáng)度的急性運(yùn)動后,AMPK的活性會隨著運(yùn)動時間的延長而增加,一段時間后將保持穩(wěn)定,運(yùn)動結(jié)束后活性可維持?jǐn)?shù)小時。此外,在一次急性運(yùn)動后10min和40min時,并未發(fā)現(xiàn)AMPKα2被激活,這可能與研究者的運(yùn)動方案有關(guān)。該研究者采用50%VO2max運(yùn)動強(qiáng)度進(jìn)行干預(yù),此強(qiáng)度可能并未改變AMPKα2的活性。一次急性運(yùn)動后,骨骼肌中AMPKα1合并效應(yīng)量均未高于運(yùn)動前(P>0.05),說明一次急性運(yùn)動不能激活A(yù)MPKα1。但值得注意的是,在運(yùn)動后0min(P=0.05),說明一次急性運(yùn)動有激活A(yù)MPKα1的可能性,且可能存在其它激活路徑。一次急性運(yùn)動后0min、30min、120min和180min,骨骼肌中AMPKα合并效應(yīng)量高于運(yùn)動前(P<0.05),說明在一次急性運(yùn)動后0min、30min、120min和180min,可激活A(yù)MPKα,且AMPK活性可維持?jǐn)?shù)小時,該結(jié)果與AMPKα2類似。

4 結(jié)論

一次急性運(yùn)動后0min、30min、120min和180min,骨骼肌AMPKα活性升高;一次急性運(yùn)動中、0min和60min,骨骼肌AMPKα2活性升高。