胃肠激素在能量平衡调节系统及运动减肥中的作用

山西大学体育学院，山西 太原　030000

李秋雨



胃肠激素在能量平衡调节系统及运动减肥中的作用

前言

目前，肥胖及其并发症已经成为困扰世界人民的一个严重问题。肥胖意为能量摄入和消耗之间的不平衡导致的脂肪过度累积，对人体健康会产生一系列直接或间接影响。成年人中，“超重”是指BMI(身体质量指数，公式为BMI=体重/身高2)超过25 kg/m2，而“肥胖”则指BMI超过30 kg/m2。亚洲人由于体质不同于欧美人，BMI值超重和肥胖的标准要低一些，我国的标准是BMI超过27 kg/m2则为肥胖。继“肥胖是一种病”之后，世界卫生组织再次宣布，世界上每7个人中就有一个是肥胖症患者。截至2014年底，世界上有超过19亿的人属于超重人群，而超过6亿人是肥胖人群。

一般情况下，超重和肥胖都会伴随高发病率的并发症，包括高血压、代谢性疾病、Ⅱ型糖尿病(T2DM)、心血管疾病等。研究表明，每增加1kg体重，患糖尿病的风险将增加4.5%-9%，心血管疾病的患病风险将增加3.1%[1]。胃肠道是食物摄入的通道，胃肠激素在调控食物摄取的过程中发挥重要作用，随着日益严重的肥胖危机，胃肠激素已成为科学家们的研究热点。本文综述了胃肠激素在在食物摄入调节和肥胖症治疗中的作用，为胃肠激素相关科学研究提供参考。

1食物摄取的神经内分泌调节概述

胃肠道粘膜表面积巨大，其中包含多种类型数量众多的内分泌细胞，因此胃肠道可以称为人体内最大内分泌器官。我们摄入的食物在消化道被分解为各种我们所需要的营养成分和食物残渣，这些营养成分可以激活胃肠道和胰腺的内分泌细胞的GPCR(G-蛋白耦联受体)[2]。当被激活时，这些内分泌细胞会释放某些特定的激素参与调节机体各种生理过程，包括食物摄入[3]。这些激素即胃肠激素，由于其本质都是肽类物质，因此胃肠激素又被称为“胃肠肽”。这些激素会把信号传导到下丘脑弓状核(ARC)，ARC是主要负责食物摄入和能量消耗调节[4，5]的中枢。一些机械感受器和化学感受器会激活迷走传入神经，信号通过脑干的孤束核(NTS)后最终传导到了下丘脑[6]。研究表明，部分胃肠激素就是通过这个通路将信号传导到下丘脑的[7]。

下丘脑促进食欲和抑制食欲的神经元是由许多神经和激素信号所调控的，这些神经元也会将信号投射到下丘脑其他部位，如室旁核(hypothalamic paraventricular nucleus，PVN)、外侧丘脑(lateral hypothalamus，LH)、穹窿周围区(perifornical area，PFA)等。这些部位有一些重要的传出通路负责调节机体的饥饿感、饱腹感、能量摄入与利用等[8]。

2各种胃肠激素在能量调节系统中的作用

2.1促生长素(ghrelin)

Ghrelin是一种由28个氨基酸构成的生长激素促分泌素受体(GHSR)的内源性配体，是第一个确定有促食欲作用的激素[9]。Ghrelin主要由胃粘膜α细胞分泌，它的主要作用是将机体的能量摄入的状态传递给脑。研究发现，脑室内注射(intracerebroventricular，ICV)Ghrelin会增加大鼠食物摄入、能量累积，减少能量消耗，从而使其体重增加[10]。Ghrelin的分泌主要受食物摄入情况来调节，以人类为对象的研究结果发现，血浆Ghrelin浓度在空腹时尤其是餐前增加，但在进食1h内迅速下降[11]。研究表明排除日常干扰后，食物摄入情况、饥饿程度均和血浆Ghrelin水平息息相关[12]。血浆Ghrelin水平的变化和能量存储状态有着密切的联系，它也是体重变化后人体自发的调整性变化，体重增加时Ghrelin水平下降，反之体重减轻时Ghrelin水平增加[13]。

除了直接对脑产生作用，Ghrelin还可以通过迷走神经发挥作用。大鼠结状神经节迷走传入神经的神经元上分布着Ghrelin受体表明Ghrelin通过迷走神经从胃部将信号传导到下丘脑[14]。在迷走神经切断的动物和人类身上，Ghrelin并未表现出促食欲作用[15]。

2.2胆囊收缩素(cholecystokinin，CCK)

CCK由小肠I细胞产生，主要在摄入饱和脂肪、长链脂肪酸、氨基酸和一些肽类物质后分泌，空腹时含量逐渐降低。动物[16]和人类[17]试验均表明，餐前静脉注射CCK可以降低食物摄入量，降低的量和注射CCK的量成正比。有证据表明，空腹时，CCK在注射30min后就无法检测到[18]，表明CCK作为一种短效饱食信号，并不在长期的体重调节中发挥作用。

CCK主要以CCK-8、CCK-22、CCK-33和CCK-58这几种形式存在，其生物活性并不完全相同。CCK-8和CCK-58在注射后均可以减少摄食量，但CCK-58同时延长两餐之间的间隔时间，CCK-8则缩短了两餐之间的间隔时间[19，20]。CCK有两种受体：CCK-A和CCK-B。其中CCK-A分布在脑部，与食欲减退有关，主要通过迷走传入神经发挥作用[21]。膈肌下迷走神经切断和选择性迷走神经阻断术均会使CCK减食欲效果降低。此外，显微注射CCK到下丘脑会引起动物食欲下降，摄食量降减少[22]，后脑最后区(area postrema，AP)病变会削弱CCK的减食欲作用[23]。这些研究表明，CCK既可以通过迷走神经也可以直接将信息传递到脑部。

2.3酪酪肽(peptide tyrosine tyrosine，PYY)

PYY是一种含有36个氨基酸的直链多肽类物质，其N端和C端残基均为络氨酸，1980年首次从猪肠中分离出来[24]，与神经肽Y(neuropeptide Y，NPY)和胰多肽(pancreatic peptide，PP)序列同源性较高，均含有一个α-螺旋和一个聚脯氨酸螺旋经由β-旋转结构依次相连而成的U型结构，这种结构被称为PP-折叠，是PP家族的特征结构，因此它们同被归为PP家族。PYY由L-细胞分泌，从回肠远端沿着肠道分泌量逐渐增加，在结肠和直肠达到最高水平。PYY一般饭后开始逐渐分泌，在饭后1-2h分泌量达到峰值水平，有研究表明进食后6h内血浆PYY一直处于上升水平[25]。饮食结构对于PYY的释放亦有很大影响，有研究证明，蛋白质促进PYY分泌的程度高于脂肪和碳水化合物[26]。PYY有主要两种类型，PYY1-36和PYY3-36，血液中主要以PYY3-36的形式存在。PYY通过和其受体家族(Y1、Y2、Y4、Y5、Y6)结合发挥作用，其中PYY3-36和Y2受体具有高亲和性，而和Y1、Y5受体亲和性较低[27]。

给予啮齿类动物静脉注射PYY3-36可以显著降低它们的食欲，引起摄食量下降[28]，以人类为对象的试验也有同样的结果[29]，这表明PYY是一种降低食欲的肽类激素。PYY的这种减食欲作用主要是通过和下丘脑弓状核的Y2受体结合发挥作用的，减食欲的同时也会抑制NPY/AgRP神经元，从而激活黑皮质素分泌细胞分泌减食欲的黑皮质素。在Y2受体基因表达缺陷的动物身上，PYY的减食欲作用消失[30]。出人意料的是，如果直接注射PYY到大鼠脑部，结果是大鼠食欲增加。这可能与PYY受体家族不同的受体作用不一样导致的，PYY的促食欲作用可能与Y1、Y5受体有关[31]。此外，迷走、脑干介导的通路也参与了PYY3-36发挥作用的过程，Y2受体就位于迷走传入神经的终端，如果腹部切断迷走神经或者横断丘脑-后脑将会抑制PYY的减食欲作用，下丘脑ARC亦不会被激活[32]。总之，PYY作为饱足感的信号，其作用主要是通过ARC或迷走传入神经上的Y2受体抑制食欲，减少食物摄入。

2.4胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1 ，GLP-1)

GLP-1的前体是胰高血糖素原，主要由小肠L-细胞分泌，主要调节机体葡萄糖摄入。有研究表明，摄入高蛋白食物后血浆GLP-1的浓度也会增加[33]。GLP-1有主要由两种具有生物活性形式GLP-1(7-37)多肽与GLP-1(7-36)酰胺，它们的生物半衰期很短，在血液中会被二肽酶IV(dipeptidil peptidase 4 ，DPP4)迅速降解。外周或中枢GLP-1一次性给药均会减少动物的食物摄入量[34]，长期持续给药则会使动物体重减轻[35]。在以人类为对象的试验中，静脉注射GLP-1也会减少食物摄入量，减少的量和注射的量成正比[36]。GLP-1可以抑制胃酸分泌，延缓胃排空。除了食欲方面，GLP-1在糖代谢方面有着不可忽视的作用：它作为肠降血糖素可以诱导葡萄糖依赖性胰岛素的释放，促进胰岛B细胞生长，减少胰高血糖素分泌[37]。GLP-1通过与GLP-1受体(GLP-1 receptors，GLP-1R)结合发挥作用， GLP-1R主要分布于胰腺、脑干、下丘脑和迷走神经。有实验证明，在迷走神经被切断的啮齿类动物体内，GLP-1的减食欲作用下降。另外，科学家通过磁共振成像技术(magnetic resonance imaging ，MRI)证实，GLP-1的外周给药改变了AP、PVN、腹内侧核(ventromedial nucleus ，VMN)的信号强度[38]，我们可以推测，GLP-1既通过下丘脑，又通过迷走-脑干复合体通路来发挥作用。

2.5胃泌酸调节素(oxyntomodulin ，OXM)

OXM和GLP-1类似，都是由小肠L-细胞分泌，其前体均为胰高血糖素原。在啮齿类动物中，OXM外周给药可以增加能量消耗，减少动物食物摄入量，降低体重[39]。人类试验中，对于体重正常的人，静脉注射OXM可以降低食物摄入[40]，而对于超重和肥胖的受试者，静脉注射OXM不仅可以降低食物摄入量，还可以增加能量消耗[41]。

OXM和两种受体都具有亲和力：GLP-1R和胰高血糖素受体。一般认为，OXM的减食欲效果主要与GLP-1R有关[42]，胰高血糖受体也参与OXM的食欲调节过程，但具体机制还不是很清楚。和GLP-1相比，OXM和GLP-1R的亲和力较低，但是在减食欲方面，OXM具有还GLP-1相似的效力。在GLP-1R敲除的小鼠和注射GLP-1R拮抗剂促胰岛素分泌肽9-39(exendin9-39)的小鼠体内，OXM的减食欲功能被抑制，但GLP-1的的减食欲作用并不受影响[42]。因此我们可以推测，虽然OXM和GLP-1均具有减食欲作用，但其作用方式并不相同。

3胃肠激素与运动减肥的关系

关于胃肠激素与运动减肥的关系目前研究相对较少，但由于运动会一定程度上导致胃肠功能紊乱，因此目前关于运动与胃肠激素的研究众说纷纭，不同形式的运动对不同的胃肠激素的影响不尽相同。吴娜娜53[43]等人的研究表明，一次性运动可以增加成年人血浆PYY3-36的浓度。李洁采用了大强度的台阶运动的方式，得出了运动后即刻到60min，血浆中的GLU-1、VIP浓度均有不同程度提高[44]。徐伟等[45]的研究表明，高强度运动可以延缓胃的排空速度，使GAS、MOT水平下降。乔德才[46]的研究则表明，大强度持续运动会抑制胃肠激素分泌，适量的中等强度的运动则可以促进胃肠激素的分泌，我们推测这可能与持续大强度运动导致胃肠功能紊乱有关。但也有研究结果表明，在安排受试者进行跳绳和功率自行车运动时候发现，在食欲抑制方面效果更明显，但相对于功率自行车运动grealin、PYY、GLP-1的浓度则没有明显区别，表明负重运动对食欲的改变可能不是通过胃肠激素来调节的[47]。

4结语

综上所述，胃肠激素通过循环系统或迷走神经向大脑调节食欲和能量平衡的功能区传递信息从而影响机体食欲和进食行为。胃肠激素彼此间的拮抗或协同作用使人体可以适应不同的环境并维持能量平衡系统在相对稳定的状态，人体是一个复杂系统，关于能量平衡系统目前的研究也只是冰山一角，运动控制体重是一个大课题，适当的调整或利用胃肠激素及其信号通路，为运动减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

山西大学体育学院，山西 太原030000

李秋雨

Li Qiuyu

摘要：食物摄入的调节是多方面的，涵盖多种复杂机制，其中基于负反馈机制的内环境稳态调节系统是其中不可缺少的一部分。在内环境稳态调节系统中，由胃肠道分泌的外周激素发挥了重要作用，我们统称其为胃肠激素。胃肠激素是营养和能量摄入情况反馈到内分泌细胞后分泌的肽类物质，直接或通过迷走神经与脑联系。胃肠激素对于调节营养摄入和能量消耗过程的平衡、维持体重的相对稳定具有重要意义。本文概述了胃肠激素在调节食欲和摄食行为以及运动减肥中发挥的作用。

关键词：胃肠激素；食欲；摄食行为；运动；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

中图分类号：G804

文献标识码：A

文章编号：1005-0256(2016)04-0126-4

作者简介：李秋雨(1991-)，女，安徽灵璧人，在读硕士研究生，研究方向：运动生理解剖学。

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