运动干预对肥胖青少年血管生成素样蛋白8及血管内皮功能的影响

2020-06-17姚梦白爽李旭龙唐东辉

中国运动医学杂志 2020年4期

姚梦白爽李旭龙唐东辉

1 北京师范大学体育与运动学院（北京100875）

2 北大附中西三旗学校（北京100096）

肥胖已经成为全球性公共健康问题，能诱发心血管疾病、糖尿病等多种严重危害健康的疾病[1]。多项研究发现儿童青少年时期已经开始显现肥胖相关疾病的病理改变，该过程与脂质代谢紊乱密切相关[2]。血管内皮功能异常是肥胖者的常见状态，通常表现为促炎和促血栓因子表达上调、氧化应激增加和一氧化氮（nitric oxide，NO）的生物利用率降低，进一步发展会形成血管内皮功能障碍[3，4]。内皮功能障碍被认为是动脉粥样硬化和心血管疾病的早期征兆[5，6]。因此，改善肥胖青少年血管内皮功能的研究具有重要现实意义。

血管生成素样蛋白8（angiopoietin-like protein 8，ANGPTL8）是血管生成素样蛋白家族成员之一，被认为是一种新型脂质调节因子[7-9]。人体的ANGPTL8 主要在肝脏中表达[9]，研究表明ANGPTL8 与甘油三酯（triglyceride，TG）呈正相关[10，11]。动物实验也支持这种结论，在敲除ANGPTL8的小鼠中发现心脏和骨骼肌中的脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase，LPL）活性明显升高，血浆TG水平降低[12]；在ANGPTL8过表达的小鼠中发现肝脏中LPL 活性降低，导致血清TG 水平显著增加[9]。此外，在离体培养的3T3-L1脂肪细胞和HepG2肝脏细胞中进行ANGPTL8基因敲低处理，3T3-L1脂肪细胞内的TG 含量降低，HepG2 肝脏细胞中TG 含量升高[13，14]。在体和离体实验均提示ANGPTL8 能够通过抑制LPL的活性影响血清TG的水平。同时，另外一项研究指出肥胖者ANGPTL8 水平与导致动脉粥样硬化的脂质谱呈现显著的相关关系[15]。基于现有研究结果，有学者提出ANGPTL8 可能是一种与心血管疾病风险高度相关的脂代谢失调的病理机制参与者[16]。

根据以往文献，规律性运动在改善血管内皮功能方面有积极作用[17-19]，但运动发挥效应的作用机制尚不明晰。在肥胖状态下，运动对血管内皮功能的影响是否与ANGPTL8有关，目前尚不清楚。本研究以肥胖青少年为研究对象，观察6 周运动干预后肥胖青少年血清ANGPTL8、血脂和血管内皮功能的变化，探讨ANGTL8在血管内皮功能变化中的可能作用。此外，基于ANGPTL8与血脂的密切关系，本研究继续探讨运动干预对血脂异常肥胖青少年ANGPTL8 与血管内皮功能的影响及两者之间的关系。

1 对象与方法

1.1 研究对象

为减少雌激素等因素的影响，本研究选取了减肥夏令营中42名肥胖男性青少年作为实验组（EG组），年龄15.90± 2.25岁。EG组的纳入标准是需要同时满足以下条件：（1）符合中国肥胖问题工作组发布的“中国学龄儿童青少年超重、肥胖筛查体质量指数（body mass index ，BMI）分类标准”的肥胖标准[20]，并排除继发性肥胖；（2）无肾脏、肝脏等重要器官疾病且身体发育正常；（3）未接受生长激素、雌激素的替代治疗，6 个月内未服用激素类药物；（4）受试者无规律的运动习惯。此外，选取10名体重正常的健康男性青少年作为对照组（CG组），年龄16.09± 2.64岁。其纳入标准为：（1）年龄、身高与EG 组青少年相近；（2）身体健康且体重正常（18.5 kg/m2＜BMI＜25 kg/m2）；（3）无规律运动习惯。

本研究经北京师范大学体育与运动学院伦理委员会批准（HCO20150305），且经研究对象的监护人知情同意。

1.2 运动干预方案

EG 组接受为期6 周的运动干预，运动干预方案包括有氧训练和抗阻训练。运动方案主要包括爬山、游泳、有氧操、慢跑、躯干肌群的屈伸练习等运动方式。具体实施方案是每周一至周六进行运动干预，每天2～3 次，每次1.5～2 小时。运动强度控制在最大心率的60%～70%（最大心率=220－年龄），在运动过程中采用心率表结合自测脉搏监控心率[18]。

1.3 测试指标及方法

1.3.1 形态学测量

运动干预前后测定受试者身高、体重、腰围、臀围等形态学指标，并计算BMI和腰臀比。为减少误差，所有指标由一名测试人员严格按照正确的测量方法进行测量。

1.3.2 血液指标测试

运动干预前后于三甲医院进行血液指标检测。在研究对象保持8 小时空腹状态后，专业医护人员于次日清晨采集其肘静脉血并采用美国RA-1000型全自动生化分析仪检测部分血液指标。采用酶比色法测定甘油三酯（triglyceride，TG）、总胆固醇（total cholesterol，TC）、高密度脂蛋白胆固醇（high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）和低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）；采用氧化酶法测定空腹血糖（fasting plasma glucose，FPG）；采用酶联免疫吸附法测定ANGPTL8、NO 与胰岛素（fasting insulin，FINS）水平。计算胰岛素抵抗指数HOMA-IR（HOMAIR =FPG× FINS /22.5）。

1.3.3 血管内皮功能测试

鉴于既往研究对EndoPAT-2000 系统评估血管内皮功能有效性的验证[18]，本研究采用基于外周动脉张力测定技术的EndoPAT-2000 系统测量内皮介导的血管张力变化，测定反应性充血指数（reactive hyperemia index ，RHI），以RHI 反映血管内皮功能。测试步骤为：5 min 的基线值测定后在肱动脉进行血流阻断，阻断后进行5 min 测定，阻断放开后再次进行5 min 测定，得到RHI值。同时，本研究采用酶联免疫吸附法测定NO的水平，以NO水平反映血管内皮的舒张能力。

1.4 统计方法

采用SPSS18.0 软件进行统计学分析，计量资料以均数±标准差（±s）表示。采用独立样本t检验进行两组间样本差异性检验；采用配对样本t检验进行同组运动干预前后样本差异性检验；采用Pearson相关进行ANGPTL8与身体形态、血脂、血管内皮功能指标的相关性分析。以P＜0.05作为差异具有统计学意义的标准。

2 结果

2.1 运动干预前后肥胖青少年指标变化

2.1.1 基本指标

运动干预前，肥胖青少年的体重、BMI、腰围、腰臀比、FPG、FINS、HOMA-IR、收缩压和舒张压都显著高于对照组（P＜0.01，P＜0.05）。与运动干预前比较，6 周运动干预后，肥胖青少年的体重（P＜0.01）、BMI（P＜0.01）、腰围（P＜0.01）、腰臀比（P＜0.05）、FINS（P＜0.01）、HOMA-IR（P＜0.01）、收缩压（P＜0.01）和舒张压（P＜0.01）显著降低。见表1。

2.1.2 血清ANGPTL8、血脂水平与血管内皮功能

运动干预前，肥胖青少年的ANGPTL8、TC、TG、LDL-C、HDL-C、RHI、NO 与对照组相比差异具有非常显著性差异（P＜0.01）。运动干预后，肥胖青少年的ANGPTL8（P＜0.01）、TC（P＜0.01）、TG（P＜0.01）、LDL-C（P＜0.01）、HDL-C（P＜0.05）较运动干预前显著下降，RHI（P＜0.01）和NO（P＜0.01）显著升高。见表1。

表1 肥胖青少年干预前后生理指标情况

2.1.3 ANGPTL8 与身体形态、血脂、血管内皮功能指标的相关性

对肥胖青少年运动干预前后ANGPTL8 水平变化与体重、BMI、TG、TC、HDL-C、LDL-C、NO 和RHI 的变化分别进行Pearson相关分析。结果显示，运动干预前后血清ANGPTL8 水平与TG（r=0.362，P＜0.05）的变化存在正相关关系，与体重（r=0.088，P＞0.05）、BMI（r=0.115，P＞0.05）、TC（r=0.115，P＞0.01）、LDL-C（r=0.230，P＞0.05）、NO（r=－0.198，P＞0.05）、RHI（r=－0.196，P＞0.05）变化的关系不显著。同时，RHI 与体重（r=－0.251，P＞0.05）、BMI（r=－0.147，P＞0.05）变化的关系不显著。NO 与体重（r=－0.228，P＞0.05）、BMI（r=－0.120，P＞0.05）变化的关系不显著。

2.2 运动干预前后血脂异常的肥胖青少年指标变化

根据我国2岁以上儿童青少年血脂异常诊断标准[21]，42 名研究对象中包括36 名血脂异常的肥胖青少年（年龄15.97± 2.40 岁）和6 名血脂正常的肥胖青少年。36 名血脂异常肥胖青少年占42 名研究对象的85.7%，检出率较高的原因可能是本研究中的肥胖青少年BMI值偏大，普遍为中度或重度肥胖。

2.2.1 基本指标

如表2所示，运动干预前，36名血脂异常肥胖青少年的体重、BMI、腰围、腰臀比、FPG、FINS、HOMA-IR、收缩压和舒张压都显著高于对照组（P＜0.01，P＜0.05）。运动干预后，血脂异常的肥胖青少年的体重、BMI、腰围、腰臀比、FINS、HOMA-IR、收缩压和舒张压均较运动干预前显著下降（P＜0.01，P＜0.05）。

2.2.2 血清ANGPTL8、血脂水平与血管内皮功能

如表2所示，与对照组相比，36名血脂异常肥胖青少年在运动干预前的ANGPTL8、TG、TC、LDL-C、HDLC、RHI 和NO 差异都具有统计学意义（P＜0.01）。运动干预后，血脂异常肥胖青少年的ANGPTL8（P＜0.01）、TC（P＜0.01）、TG（P＜0.01）和LDL-C（P＜0.01）显著下降，HDL-C（P＞0.05）无显著变化，RHI（P＜0.01）和NO 水平（P＜0.01）显著升高。

表2 血脂异常肥胖青少年干预前后生理指标情况

2.2.3 ANGPTL8 与身体形态、血脂、血管内皮功能指标的相关性

对血脂异常肥胖青少年运动干预前后ANGPTL8的变化与体重、BMI、血脂、血管内皮功能指标的变化分别进行Pearson相关分析，结果如图2所示。结果显示，运动干预前后ANGPTL8 的变化与Δ体重（r=0.422，P＜0.01）、ΔBMI（r=0.426，P＜0.01）、ΔTG（r=0.398，P＜0.05）、ΔTC（r=0.349，P＜0.05）、ΔLDL-C（r=0.381，P＜0.05）、ΔRHI（r=－0.511，P＜0.01）和ΔNO（r=－0.463，P＜0.01）存在线性关系，呈中低度密切程度（相关系数处于0.3～0.6 中间）。同时，ΔRHI 与Δ体重（r=－0.232，P＞0.05）、ΔBMI（r=－0.092，P＞0.05）的关系不显著。ΔNO与Δ 体重（r=－0.230，P＞0.05）、ΔBMI（r=－0.280，P＞0.05）的关系不显著。

图2 运动干预前后血脂异常肥胖青少年ANGPTL8变化与血脂、血管内皮功能变化水平的相关性分析

2.3 运动干预前后血脂正常的肥胖青少年指标变化

与运动干预前比较，运动干预后，6 名血脂正常肥胖青少年的ANGPTL8（30.51±4.86 vs.27.39±9.72，P＜0.01）、TG（1.01±0.28 vs.0.6±0.14，P＜0.01）、TC（4.01±0.22 vs.3.06±0.49，P＜0.01）和LDL-C（2.29±0.17 vs.1.57±0.23，P＜0.01）显著下降，HDL-C（1.33±0.15 vs.1.34±0.14，P＞0.05）无显著变化，RHI（1.72±0.26 vs.1.96±0.34，P＜0.01）和NO水平（46.10±17.57 vs.52.57±8.40，P＜0.01）显著升高。

对血脂正常的肥胖青少年运动干预前后ANGPTL8 变化与RHI、NO 的变化进行Pearson 相关分析。结果显示，运动干预前后ANGPTL8的变化与RHI（r=－0.396，P＞0.05）、NO（r=－0.246，P＞0.05）变化的相关关系不显著。

3 讨论

3.1 运动干预对肥胖青少年血管内皮功能的影响

血管内皮细胞是介于血流和血管壁组织之间的一层单核细胞，起到屏障作用，维持血液的正常流动[3]。正常生理情况下血管内皮能保持完整结构和正常功能，但在糖脂代谢异常状态下血管内皮的舒张功能会受到损伤[4]。本研究结果显示，运动干预前肥胖青少年的RHI 显著低于正常对照组，说明肥胖青少年普遍存在血管内皮功能损伤。同时，6名血脂正常肥胖青少年的RHI水平普遍较高，但由于样本量较少，需要进一步的研究来观察血脂正常肥胖青少年的血管内皮功能水平。

研究[18，19，22，23]显示，运动能够提高肥胖者血流介导的血管舒张功能和RHI 水平，表明运动可以改善肥胖者大血管和微血管的内皮功能。另有研究提出，运动干预不能引起肥胖者RHI 值的显著变化[24]。造成结果不一致的原因可能是血脂和胰岛素抵抗水平等因素的影响，有待进一步研究。在本研究中，6 周运动干预后肥胖青少年的RHI和NO水平都有显著改善，进一步证实了运动干预能够改善血管内皮功能。同时，本研究还发现运动干预后，不论肥胖青少年是否存在血脂异常，血管内皮功能的改善与体重或BMI的降低无关。

3.2 运动干预对肥胖青少年血脂与ANGPTL8的影响

肥胖与血脂异常存在密切关系，有研究显示肥胖者普遍存在脂质代谢异常，运动是调节肥胖者血脂的有效方式[25，26]。本研究结果显示，运动干预前肥胖青少年的TC、TG和LDL-C水平显著高于对照组，HDL-C显著低于对照组。6 周运动干预后，肥胖青少年的TC、TG、LDL-C和HDL-C都显著降低。其中，HDL-C降低的原因可能是肥胖青少年血脂水平发生较大变化。以上结果说明，肥胖青少年普遍存在脂质代谢异常，且运动干预能够有效调节肥胖青少年的血脂水平。

已有研究对ANGPTL8 在各群体中的表达水平进行了测定，但在肥胖个体中的表达水平存在争议。已有结果显示肥胖者体内的ANGPTL8 水平显著高于健康对照组[27-30]，但少数研究结果显示肥胖者的ANGPTL8循环水平无显著差异甚至下降[31]。不同结果出现的原因可能是研究对象的性别、血糖水平、甲状腺功能[32]等因素影响了实验结果。Maurer 等报告体重变化可能会改变ANGPTL8 的表达水平[33]。随后，Abu-Farha等观察了3 个月运动训练前后肥胖与正常成年人的ANGPTL8 水平[29]，结果显示运动能够降低肥胖成人的ANGPTL8水平，但其机制尚待进一步研究。本研究结果显示，运动干预前肥胖青少年的ANGPTL8水平显著高于正常对照组，提示在肥胖状态下ANGPTL8的表达明显增加。而经过6 周运动干预，ANGPTL8 水平显著降低，进一步证实运动干预能够有效降低肥胖状态下ANGPTL8的水平。同时，在血脂异常的肥胖青少年中还显示出ANGPTL8 的循环水平下降与体重、BMI 的降低有关，但在肥胖青少年中这种相关关系不显著。

本研究结果还显示42 名肥胖青少年ANGPTL8 的变化与TG变化存在正相关关系，36名血脂异常肥胖青少年ANGPTL8的变化与LDL-C、TC、TG变化存在正相关关系，但在6 名血脂正常的肥胖青少年中相关关系不显著（可能与样本量较少有关）。这提示ANGPTL8可能是肥胖状态下脂质代谢机制的参与者。

3.3 运动干预改善肥胖青少年血管内皮功能过程中ANGPTL8的作用

血脂异常是肥胖与心血管疾病、动脉粥样硬化发展之间的重要联系[34，35]。肥胖状态下的血脂异常以高TG水平和低HDL-C水平为特征，会导致乳糜微粒与极低密度脂蛋白的积累[36，37]。乳糜微粒残粒进入血管内皮细胞会刺激细胞产生活性氧。活性氧的蓄积会诱导氧化应激，进而抑制内皮细胞中一氧化氮合酶活性，加速NO的降解，使具有生物活性的NO减少，最终导致内皮功能失调[38，39]。同时，血液中大量的LDL会在内皮下沉积导致单核细胞浸润、血小板粘附聚集、刺激血管平滑肌细胞向血管内膜迁移与增殖，巨噬细胞吞噬脂质而形成泡沫细胞，逐渐发展成为动脉粥样硬化斑块[39]。LPL 在上述血脂异常引发血管内皮功能损伤的过程中能起到重要作用。

作为脂质代谢的关键酶，LPL 能催化乳糜微粒和极低密度脂蛋白中TG的水解[40]、促进HDL-C与LDL-C的成熟，在极低密度脂蛋白与LDL 的转化中也起到重要作用[38]。基于ANGPTL8 结合LPL 和调节TG 代谢的功能，ANGPTL8 被认为是脂质代谢的新型调节者[9，41]。Quagliarini 等的研究结果显示，ANGPTL8 能促进ANGPTL3 的切割，与ANGPTL3 的N 末端形成复合物，这种复合物可以抑制LPL活性并调节TG水平[41]。

本研究对肥胖青少年运动干预前后ANGPTL8 与血管内皮功能的变化进行相关性分析。分析结果显示，6周运动干预前后42名肥胖青少年的ANGPTL8变化与RHI、NO的变化未显示出相关关系。基于肥胖者血脂水平的差异和ANGPTL8与血脂的关系，本研究继续探讨了血脂正常和血脂异常的肥胖青少年中ANGPTL8与血管内皮功能变化的关系。研究发现，36名血脂异常肥胖青少年的ANGPTL8变化与RHI、NO变化存在显著的负相关关系。这可能是因为在血脂正常的肥胖青少年中，血管内皮功能更多的受到如炎症、肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活等因素的影响[18，19]，而对于血脂异常的肥胖青少年来说，6 周的运动干预使其ANGPTL8的表达水平降低，肥胖青少年的极低密度脂蛋白和LDL 在内皮下的沉积减少、活性氧的清除速率加快、氧化应激水平减弱，加强了NO 的释放和生物利用率，增加了RHI。这提示运动干预改善血脂异常肥胖青少年血管内皮功能的机制与ANGPTL8 的水平降低有关。

一项为期10年的研究发现，在血脂正常肥胖女性与血脂异常肥胖女性间存在患心血管疾病风险的显著差异，但在血脂正常肥胖女性与正常体重女性之间这种差异不显著[42]。这提示血脂正常的肥胖人群患心血管疾病的风险和机制与血脂异常者可能存在不同。本研究受到研究对象和实验条件的限制，血脂正常的肥胖青少年人数较少，运动干预前后6 名血脂正常肥胖青少年的ANGPTL8变化与RHI、NO变化的相关关系不显著。因此，运动干预对血脂正常的肥胖人群心血管疾病风险的影响及机制值得进一步研究。