运动对肥胖小鼠肝脏的研究进展

王萌 衣雪洁

（沈阳体育学院 辽宁 沈阳 110102）

前言

世界卫生组织（WHO）近年来数据表明，1975年一直到2016年，世界肥胖人数增长迅速。2016年，18岁及18岁以上的成年群体约有19亿人超重，其中6.5亿的是肥胖。18岁及以上的成年人里有39%的人超重（男性39%，女性 40%），将近 3.4亿的儿童（5岁）和青少年超重或者是肥胖。肥胖也成为了导致脂肪肝、心脑血管疾病、2型糖尿病等慢性病和代谢疾病的主要原因。肝脏是糖、脂代谢的纽带，与脂类的消化吸收和合成分解及运输的各个环节有密切关系，对维持血糖的平衡起着重要的作用，是维持血糖的主要组织器官。由于肥胖的人体内脂质含量比较高，使肝脏存在大量的游离态甘油三酯和脂肪酸等物质，在肝脏内堆积过多，最终导致肝脏内的脂肪发生了变性。在临床上把这种脂肪异常堆积或沉积作为非酒精性脂肪肝（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）的重要标志，非酒精性脂肪肝 （non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）作为导致肝硬化的发生因素，是最重要的肝脏异常之一，对人们的健康产生了威胁。因此，探究运动对肝脏脂代谢的影响是至关重要的。

1、LKB1-AMPK-ACC信号传导通路

乙酰辅酶A羧化酶（ACC）是一种促进脂肪酸合成的限速酶，去磷酸化和磷酸化这两种方式都可以对它的活性产生影响。当ACC被激活后，它能起到减少脂肪酸的氧化分解、促进脂肪酸的合成的作用，进而会有助于脂肪肝的形成。实验研究表明，腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）可以促使乙酰辅酶A磷酸化，使ACC羧化成丙二酰辅酶A(MCoA)，它是脂肪合成的第一步产物，可以反馈抑制肉碱脂酰转位酶1(CPT1)的活性，进而ACC的活性受到抑制。活化的AMPK的对ACC的抑制使长链脂肪酸的形成得到抑制，促进了脂肪酸的氧化分解。LKB1是一种极其重要的AMPK上游激酶，可以直接磷酸化AMPKα亚单位上的苏氨酸172位，以此激活AMPK。AMPK可以被LKB1在多种组织细胞中活化和磷酸化，来实现机体代谢以及细胞增殖的调节活动。

1.1、有氧耐力运动对肥胖小鼠肝脏中ACC的蛋白、磷酸化的影响

乙酰辅酶A羧化酶（ACC）这种限速酶对肥胖和脂肪肝的发生起着尤为重要的作用。最近的研究表明，ACC的主要亚型ACC2为优势亚型，因此把ACC2为主要指标来研究。国内外研究发现肥胖会使ACC的活性在肝脏等组织中升高，磷酸化降低，不论是一次性运动还是有氧耐力运动都会提高ACC的磷酸化水平，从而降低了ACC的活性，降低脂肪的形成，但是对于运动后这种变化的持续时间在研究过程中依旧存在着分歧。前期的研究发现肥胖鼠连续运动16周后停止运动取材，然后与没有参加运动的对照组作对比，运动以后，分别在5h、53h和173h取材，观察到肥胖鼠肝脏内ACC蛋白表达均显著下降，ACC磷酸化水平明显提高于运动前。随着停止运动的时间越久，这一系列运动带来的变化就逐渐减弱了。最近研究的8周间歇性有氧运动能很好的提高ACC的磷酸化，并且能持续到运动后的46-48h基本能保持固定不变，非常有效的改善了这一变化，而且这一变化与肝脏游离脂肪酸（FFA，free fatty acid）、甘油三酯(Triglyceride，TG)的等指标的含量的上升基本相同，保持一致。提示8周有氧运动能够有效的改善肝脏脂肪的沉积的增加，抑制ACC活性增加了，降低脂肪肝发生的几率。

1.2、有氧耐力运动对肥胖小鼠肝脏内AMPK各亚基蛋白、磷酸化的影响

AMPK在能量代谢平衡的调节上起着总开关的作用，AMPK的活化和ACC相同，磷酸化后的AMPK被激活，进而它又促进ACC的磷酸化水平，从而抑制ACC的活性。相关研究发现，同周龄的以高脂膳食喂养的AMPKα2亚基敲除小鼠与正常小鼠的对照组在经过相同时间后进行指标比对，被AMPKα2亚基敲除小鼠的体重和脂肪组织的重量增加显著。结果表明，AMPKα2亚基的缺失会促进肥胖的发生和发展。因此，机体调节肥胖与AMPKα2亚基的激活有着密切的联系。在围绕AMPK这个靶点进行的研究中也证实，肥胖抑制肝脏组织内AMPK各蛋白表达及其磷酸化的水平。而运动能对肥胖小鼠肝脏组织内的AMPK的活性起到激活作用，对肝脏脂代谢的平衡起着重要的作用。但是却对组织、亚基、强度和时间都有明显的依赖性。研究显示，对于高脂膳食组大鼠肝脏组织的AMPKα1、AMPKα2以及AMPKα1/2的蛋白表达和它们的磷酸化水平都有相对程度的降低。该研究通过8周的有氧运动的干预使这些变化均得到了明显的提升，并且AMPKα2和AMPKα1/2的这些变化会在运动后46-48小时。通过8周间歇性有氧运动使AMPKα各亚基被激活，从而抑制ACC的活性，降低脂肪的合成，促进脂肪的氧化分解，为脂肪肝和肥胖的发生提供了有效的方法，同时也逆转了它们的发展。

1.3、运动对肥胖小鼠肝脏内LKB1蛋白表达、磷酸化水平的影响

肥胖会导致LKB1的蛋白表达和它的磷酸化水平下降，进而损伤LKB1-AMPK信号传导通路，促进脂肪的沉积。长期的有氧运动能提高LKB1的综合水平的表达，有助于LKB1-AMPK信号通路的激活和传导，进而促进脂肪的分解和氧化。有些研究发现，无论是AMPK激活剂诱导的AMPK还是其他方式诱导的AMPK的激活都需要LKB1，但是LKB1的活性并不受AMPK的激活剂的影响。而且长期的有氧运动并不能提高肝脏中LKB1的蛋白表达。反而通过8周的有氧运动后，LKB1的磷酸化水平明显提高并且保持在一定时间内基本稳定（P＜0.05），这就提示我们，肥胖可以抑制机体肝脏内LKB1的蛋白表达和磷酸化，而8周间歇性有氧运动会使得LKB1的活性增加，以此来抑制脂肪的形成，促进分解。

2、脂联素-APPL1-LKB1-AMPK通路的影响

磷酸酪氨酸衔接蛋白 （Adaptor protein containing PH domain，PTB domain and leucine zipper motif1，APPL1）是被发现的最早的能与脂联素结合的衔接蛋白，并且能发挥作用。脂联素和受体（AdipoR）的结合有助于APPL1的动员，进而来刺激了目标AMPK及其各种相关的生物效应，如，脂肪酸的氧化分解。除此之外，小鼠肝脏及其脂质组织分泌的APPL1改善脂联素在胰岛素抵抗作用中起到重要作用,对其敏感性起到改善作用。在脂联素刺激下的APPL1可以使LKB1移位在细胞质，进而诱导AMPK的磷酸化水平和活性的激活。AMPK对脂质的调节有两条途径，作用于乙酰辅酶 A羧化酶（Acetyl coenzyme A carboxylase,ACC）上，来抑制脂肪酸的合成,同时对FFA氧化分解起到促进作用。AMPK在ACC的调节中至关重要，迅速的磷酸化使乙酰辅酶A羧化酶失去活性并且抑制游离脂肪酸的形成，从而抑制脂肪酸的合成。脂联素介导的APPL1-AMPK信号通路，可以通过调节肝脏中的脂代谢的平衡，减轻肝脏脂防酸的合成，胰岛素抵抗和代谢的失衡。目前对于运动对肥胖者肝脏脂联素-APPL1-LKB1-AMPK通路的影响研究相对较少，因此目前的研究把这一信号传导通路作为研究的切入点，探讨对于肝脏脂代谢紊乱的影响机制。

2.1、运动对肥胖小鼠肝脏脂联素-APPL1-LKB1-AMPK及其mRNA水平和蛋白表达的影响

通过研究的对比表明，运动后肥胖小鼠的脂联素以及APPL1、LKB1和 AMPK这些关键因子的mRNA蛋白表达水平都增加，而ACC的mRNA的蛋白表达水平则下降。相关脂联素和AMPK的研究也有很多，有些通过长期有氧运动激活AMPK,从而提高骨骼肌肌组织中脂联素的表达水平，提升了骨骼肌对葡萄糖的利用率，从而改善胰岛素抵抗，增强其敏感性。有些研究还表明6周和10周的有氧运动相比，停止后AMPK的表达水平上升，抑制了脂肪酸的合成，改善了脂质代谢。而相对运动较长的10周有氧运动，则检测得ACC表达水平更加提高，进而又增强了脂质的合成。综上所述，长期中强度合理的有氧运动对脂联素-APPL1-LKB1-AMPK信号通路的起到正向调节，以往的都是关于骨骼肌的研究，对于肝脏的研究相对较少。近期的研究结果证实，运动后的肥胖小鼠肝脏的脂联素及其各关键因子（APPL1、LKB1、AMPK）的mRNA表达水平、蛋白表达量肥胖组都明显增加，而ACC的表达水平则下降。而正常运动组与正常对照组对比的结果是脂联素及其各关键因子 （APPL1、LKB1、AMPK）的mRNA则是下降。因此，对胰岛素抵抗实施运动干预可以增强肝脏脂联素-AMPK信号传导通路的表达水平，改善肝脏脂代谢的失调。

3、研究建议

肝脏LKB1-AMPK-ACC信号传导通路在脂代谢研究过程中是相对成熟的一条通路，所以研究的较多，而运动对肥胖小鼠肝脏脂联素-APPL1-LKB1-AMPK的研究相对复杂，而且较少，所以对于APPL1是怎样激活AMPK的分子机制等问题还没有明确研究成果来说明，所以在日后的研究中，应该深入研究APPL1激活AMPK及其相关的分子机制。