4周有氧运动与饮食控制对肥胖女青少年血清IGF-1和IGF-1结合蛋白-3水平的影响*

杨宏芳，林小晶，王晓慧

（上海体育学院运动科学学院，上海200438）

运动和控制饮食是防治肥胖的主要手段［1］。运动和／或饮食控制能降低体重、减少肝和内脏的脂肪含量，降低血脂、血糖和改善胰岛素抵抗，对肥胖及其相关的慢性疾病如代谢综合征（metabolic syndrome，MetS）、2型糖尿病、动脉粥样硬化、冠心病等的发生、发展有预防和治疗作用［2］，但其作用机制目前仍未完全阐明。

胰岛素类生长因子1（insulin-like growth factors1，IGF-1）是一种多肽类激素，有与胰岛素类似的降低血糖和血脂作用。IGF-1还介导了生长激素（growth hormone，GH）的大部分生物学作用（如促进骨骼、肌肉的生长、增加脂肪动员和促进脂肪分解）。因此，IGF-1具有调控增殖和分化、促进骨骼和肌肉生长、参与调节血糖、血脂等多种生理学功能，作用于机体内的几乎所有的组织细胞［3］。

血浆中的IGF-1约99%与IGF-1结合蛋白（insulin-like growth factor-binding protein，IGFBP）结合，游离IGF-1只占1%左右，而游离IGF-1才具有生物活性。目前，已知在血浆中最丰富的是IGFBP-3，90%以上的IGF-1与其结合。IGF-1与IGFBP-3结合后一方面能保护IGF-1免遭降解，延长半衰期，是 IGF-1的储存池；另一方面抑制IGF-1从血浆转运到靶器官，抑制IGF-1与其受体结合，从而抑制IGF-1的生物学作用。因此，IGFBP-3是血浆IGF-1生物活性的主要调控者，文献上常用IGF-1／IGFBP-3的摩尔比来反映IGF-1的生物活性，当该摩尔比增加时表示IGF-1活性增加［4］。

IGF-1的研究主要集中在IGF-1促进骨骼、肌肉生长发育的生理作用［5］以及在肿瘤发生、发展中的病理作用［6］。近年来，IGF-1与糖脂代谢［7，8］及其在肥胖和肥胖相关疾病中作用的研究越来越多受到关注［3］。目前认为，血清低水平的 IGF-1与肥胖［7，9］和肥胖相关疾病如代谢综合征［8，10］、非酒精性脂肪肝［11］、动脉粥样硬化［12］、糖尿病［11］、心血管系统疾病［12］的发生和发展，甚至死亡率有关。肥胖及其相关疾病患者中糖脂代谢的紊乱程度越严重，血清IGF-1的水平和活性越低［7，10-12］。而且，外源补充IGF-1能降低肥胖及其相关疾病患者的血脂、血糖水平［8，12］以及减轻疾病的严重程度［8］，更证实了 IGF-1在调控糖脂代谢、以及在肥胖及其相关疾病中的作用。

血浆IGF-1和IGFBP-3的含量存在年龄和性别差异。血清IGF1-1和IGFBP-3的含量出生时较低，出生后逐渐增加，到青春期时均最高。之后，随着年龄的增长，IGF-1逐渐降低，而IGFBP-3可维持较长时间的高水平。女性的IGF-1水平比男性的高，但绝经期后女性比男性低［4，13］。因此，本文选择了青春期后期的14～16岁肥胖女少年和18～19岁的肥胖女青年，研究4周有氧运动结合饮食控制对血清总IGF-1、IGFBP-3及 IGF-1／IGFBP-3摩尔比的影响，及其在降低体脂、改善糖脂代谢中的作用，从而丰富对运动和／或饮食控制改善糖脂代谢机制的认识和理解。

1 材料与方法

1.1 对象

从巅峰减重夏令营中招募9名18～19岁的肥胖女青年（肥胖女青年组）和30名14～16岁肥胖女少年（肥胖女少年组），其身体形态和临床特征见表1。代谢综合征采用国际糖尿病协会的诊断标准，即中心性肥胖（腰围＞同年龄同性别的第90百分位点P90）和满足以下四个指标中的两个：高血糖（空腹血糖≥5.6 mmol／L）、高甘油三酯（≥1.7 mmol／L），高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）（＜1.03 mmol／L）和高血压（收缩压≥ 130 mmHg或舒张压≥85 mmHg）。另外，在上海某大学和某中学各分别招募了9名正常体重的女青年和女少年，其年龄、地域和没有运动习惯均与肥胖女青、少年类似，作为肥胖女青年和肥胖女少年的对照组。

1.2 方法

1.2.1 运动和饮食控制 所有的肥胖女青年、少年均完成了4周中等强度的有氧运动结合饮食干预。运动方案为：每周运动6 d，每天上午、下午各1次2 h的有氧运动，运动项目有游泳、跑步、健身操、乒乓球、羽毛球、篮球等，每运动30 min休息5 min，运动强度从第1周的低强度（运动后即刻心率约100～120次／分）递增至第2～4周的中强度（运动后即刻心率约120～140次／分）。饮食控制上，根据其基础代谢率给予每日总能量1 400 kcal或1 600 kcal的三餐饮食，糖类、蛋白质和脂肪的比例分别是65%，15%和20%，且食物构成中多蔬菜、多鱼虾、少油和少红肉。所有女青年对试验均知情、同意，所有女少年及其监护人对试验都知情、同意，且在试验前均签署知情同意书。

Tab.1 Anthropometric measures and clinical characteristics in different groups

1.2.2 身体形态和血清指标的检测 肥胖女青、少年在试验前、后，正常对照组的女青、少年在试验前，检测体重、BMI和腰围，并采集空腹血，血液全自动生化仪检测空腹血糖、空腹胰岛素和血脂四项水平（艾迪康生物有限公司检测），以及ELISA方法按说明书操作以检测血清IGF-1、IGFBP-3和GH的水平（三个ELISA试剂盒均购自美国R＆D公司）。IGF-1／IGFBP-3摩尔比的计算：IGF-1、IGFBP-3的分子量分别是 7.65 kDa、30.5 kDa，所以 IGF-1／IGFBP-3的质量比×3.978即为摩尔比。

1.3 统计学方法

采用SPSS 17.0软件对数据进行统计分析，所有数据均以均数±标准差（±s）表示。同一组别试验前后和对照组的数据采用单因素方差分析，不同组间的数据采用协方差进行分析。采用Pearson’s相关系数对运动所致的 IGF-1、IGFBP-3和 IGF-1／IGFBP-3摩尔比的改变与其他检测指标改变的相关性进行分析。

2 结果

2.1 运动结合饮食控制对身体形态的影响

与试验前相比，4周有氧运动结合饮食控制使肥胖女青、少年的体重、BMI、腰围均显著降低，但仍显著高于对照组（P＜0.05，P＜0.01，表 2）。

2.2 运动结合饮食控制对糖脂代谢的影响

与对照组相比，肥胖的女青、少年均出现了糖脂代谢紊乱，包括空腹胰岛素（fasting insulin，FINS）增加、胰岛素抵抗（homeostasis model assessment for insulin，HOMA-IR）以及血清中甘油三酯（triglyceride，TG）、总胆固醇（total cholesterol，TC）和低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）水平显著增加，高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）水平显著降低，但空腹血糖（fasting blood glucose，FBG）无显著改变。与试验前相比，4周有氧运动结合饮食控制显著改善肥胖女青年、少年的糖脂代谢，包括降低FINS、HOMA-IR、TG、TC和 LDL水平，且基本恢复到对照组水平（除了女少年组的FINS比正常对照组的高）。此外，4周有氧运动结合饮食控制还能降低女少年的 FBG水平（P＜0.05，P＜0.01，表 2）。

2.3 运动结合饮食控制对MetS的发病率的影响

根据国际糖尿病协会的MetS诊断标准，9名肥胖女青年和30名肥胖女少年在运动和饮食干预前，分别有4人和16人被诊断为MetS，患病率分别约44%和53%。而所有的肥胖女青年、少年均未发生糖尿病（表1）。与试验前相比，4周运动和饮食干预后，肥胖女青年组中有1人、肥胖女少年组中全部16人的MetS痊愈。

2.4 运动结合饮食控制对血清GH、IGF-1、IGFBP-3水平和IGF-1／IGFBP-3摩尔比的影响

与对照组相比，肥胖女青年、少年的血清GH、总IGF-1和IGFBP-3水平均显著下降，仅肥胖女少年的IGF-1／IGFBP-3摩尔比显著降低。与试验前相比，肥胖女青年、少年的IGFBP-3显著下降，IGF-1／IGFBP-3摩尔比显著增加，但血清总IGF-1水平无显著改变；以及仅肥胖女少年的血清GH水平显著增加（P＜0.05，P＜0.01，表 2）。

2.5 IGFBP-3、IGF-1／IGFBP-3摩尔比的改变与其他指标改变之间的相关性

相关性分析显示，运动和饮食干预所致的IGF-1／IGFBP-3摩尔比增加与肥胖女青年的腰围减少有关（P＜0.05），但与肥胖女少年的腰围减少无关。此外，没有观察到 IGF-1／IGFBP-3摩尔比的增加与腰围以外的其他指标如体重、BMI、糖脂代谢指标和GH水平的改变之间有相关性，也没有观察到IGFBP-3的下降与上述各指标的改变之间有相关性。

3 讨论

血清IGF-1和IGFBP-3水平受年龄和性别的影响。青春期时IGF-1水平最高，女性IGF-1峰值出现在14岁左右，之后随着年龄的增长逐渐降低；而IGFBP-3也是青春期时最高，之后可维持较长时间的高水平［4，13］。这就是本文分女青年和女少年 2组进行研究的原因。

Tab.2 Changes of anthropometric measures，glucose and lipid metabolism as well as serum levels of GH，IGF-1 and IGFBP-3 induced by aerobic exercise plus diet control

血清低水平的IGF-1已成为肥胖患者患糖尿病和心血管风险的筛查指标［12］。本研究观察到，肥胖女青年、少年的血清总IGF-1和IGFBP-3水平显著下降，且肥胖女少年的IGF-1活性也显著降低，而她们的MetS患病率高达50%左右，与文献报道的发病率类似［14］，提示低水平、低活性的 IGF-1可能增加MetS的患病率。

外源补充IGF-1已被尝试用来治疗肥胖患者的高血糖、高血脂，但由于外源补充IGF-1有较多的副作用，特别是过高的IGF-1可促进多种肿瘤的发生、发展，以及IGF-1较贵的价格限制了其广泛的临床使用［8］。运动和／或合理饮食被认为是目前最健康、最低成本的调控IGF-1水平及其活性的方式［8］。而运动和饮食控制，对人［1，2，15］和动物［16］都是降低体脂、改善糖脂代谢的最有效、健康方式。

IGF-1和IGFBP-3与肥胖及其相关疾病的相关性为运动降低血糖、血脂，防治肥胖及其相关疾病的机制研究提供了一个新的视角。大人群的横断面研究已证实了运动所致的血清IGFBP-3水平、IGF-1水平和活性的改变对于预防肥胖及其相关疾病有重要作用［17］。那么，运动和／或饮食调控的IGF-1的水平和活性改变对肥胖患者是否有减轻肥胖、改善糖脂代谢的治疗作用呢？目前这方面的研究非常少。仅有的两篇文献报道了运动结合饮食控制降低肥胖儿童的 IGF-1、IGFBP-3水平（未计算 IGF-1／IGFBP-3摩尔比）［18］和降低超重和肥胖的绝经后妇女血清IGFBP-3水平、增加 IGF-1／IGFBP-3摩尔比［19］，且该变化可能与体重的降低有关，但均未研究其与糖脂代谢改善和肥胖相关疾病发病率的关系。本研究不仅将运动结合饮食控制降低血清 IGFBP-3水平、增加IGF-1／IGFBP-3摩尔比的作用扩展到肥胖女青年和女少年，而且还探讨了其与糖脂代谢改善和MetS发病率的关系，观察到在血清IGFBP-3水平和IGF-1活性改变的同时，体重、BMI和腰围，血糖、血脂水平均降低，胰岛素抵抗减轻，MetS发病率降低，提示可能存在相关关系。这是本文的创新之处。但相关性分析中仅观察到IGF-1活性的增加与肥胖女青年的腰围减少有关，却没有观察到IGFBP-3水平的降低和IGF-1活性的增加与糖脂代谢改善的指标有关。分析其原因，可能与样本量较少有关，也可能是运动和饮食控制所致的糖脂代谢改善与血清IGF-1的内分泌功能无关，而与骨骼肌局部分泌的IGF-1（旁分泌和自分泌）有关，但仍需进一步的研究证实。

GH是最主要的促进肝合成、分泌和释放IGF-1和IGFBP-3的因素。而IGF-1也能调控IGFBP-3的水平。除此之外，高水平的胰岛素能抑制肝分泌和合成IGF-1。肥胖患者通常伴随着GH分泌减少［9］，以及高胰岛素血症和胰岛素抵抗［20］，提示肥胖时血清总IGF-1、IGFBP-3水平和IGF-1活性的降低可能与血清GH的显著减少和高胰岛素血症有关。那么，有氧运动结合饮食控制降低IGFBP-3水平、提高IGF-1活性的机制是否与血清GH、胰岛素水平的改变有关呢？尽管4周有氧运动结合饮食控制在降低肥胖女青年、女少年血清IGFBP-3水平、提高IGF-1活性的同时，降低了血清胰岛素水平、增加了肥胖女少年的血清GH水平，但相关性分析中没有显著相关性。分析其原因，可能与样本量较少有关，也可能运动结合饮食干预对血清IGFBP-3水平和IGF-1活性的影响不是通过血清GH和胰岛素水平介导的，这也需进一步的研究证实。

总之，本研究证实肥胖女青年、少年的血清总IGF-1和IGFBP-3水平显著降低，且肥胖女少年的IGF-1活性也显著降低；而4周有氧运动结合饮食控制显著降低肥胖女青年、少年的血清IGFBP-3水平、增加IGF-1活性，且IGF-1活性的增加可能与肥胖女青年腰围的减少有关。

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