有氧运动对高密度脂蛋白代谢的影响

有氧运动对高密度脂蛋白代谢的影响

有氧运动对高密度脂蛋白代谢的影响2001级运动人体科学硕士研究生董莉前言：高密度脂蛋白（HDL）是人体一种重要的血浆脂蛋白，它参与胆固醇逆向转运（RCT），具有抗动脉粥样硬化（AS）的作用。研究表明，体力活动，尤其是持续时间长、周期性、大肌群参加的有氧运动，可使人体内HDL水平增加。随着分子生物学的不断渗透发展，脂蛋白转运和代谢过程中的所有基因都已作为“候选基因”加以研究。而有三类蛋白质起关键作用，一是载脂蛋白类，二是脂蛋白酶类，三是脂蛋白受体。那么，有氧运动过程中，哪些蛋白的表达及其表达量会对HDL代谢发生影响，这些基因产物还有哪些相关因素？其调节机制又是如何呢？本文在HDL现有的研究进展基础上对有氧运动过程中HDL代谢变化的情况及其可能机制作一简要综述。1.有氧运动中HDL代谢变化1.1高密度脂蛋白――胆固醇（HDL—C）的结构与功能   血浆各种脂蛋白具有大致相似的基本结构。疏水性较强的甘油三酯及胆固醇酯均位于脂蛋白的内核，而具极性及非极性基团的载脂蛋白、磷脂及游离胆固醇则以单分子层借其非极性的疏水基团与内部的疏水链相联系，覆盖于脂蛋白表面，其极性基团朝外，呈球状。HDL主要以胆固醇酯为内核，HDL的蛋白质与脂类比值最高，大部分表面被蛋白质分子所覆盖，并与磷脂交错穿插。   HDL主要由肝合成，按密度大小可分为HDL1、HDL2及HDL3。HDL1仅在摄取高胆固醇膳食才在血中出现，正常人血浆中主要含HDL2及HDL3。新生HDL进入血液后，在卵磷脂椀ü檀减；泼福↙CAT）的催化下，表面卵磷脂的2位脂酰基转移至胆固醇3位羟基生成溶血卵磷脂及胆固醇酯。此过程消耗的卵磷脂及游离胆固醇不断从细胞膜、CM及VLDL得到补充。HDL表面的apoAI是LCAT的激活剂，它可能是游离胆固醇的接受体，能增加LCAT的催化活性。在LCAT的作用下生成的胆固醇酯转运入HDL的核心。新生HDL先转变为HDL3，然后酯化胆固醇继续增加，再加上CM及VLDL水解过程中释出的磷脂、apoAI、AII等，转变为密度较小、颗粒较大的HDL2。\n   HDL主要在肝降解。成熟HDL可能与肝细胞膜的HDL受体结合，然后被肝细胞摄取，其中的胆固醇可用以合成胆汁酸或直接通过胆汁排出体外。有研究表面，血浆中胆固醇90％以上来自HDL，其中约70％在CETP的作用下由HDL转移至VLDL及LDL后被清除，10％则通过肝的HDL受体清除。由此可见，HDL在LCAT、apoAI及CETP等的作用下，可将胆固醇从肝外组织转运至肝进行代谢。此过程称为胆固醇的逆向转运。1.2有氧运动中各因素对HDL—C的影响   对于年龄和性别在血脂变化上的差异性，Joey等人对青少年长跑运动员训练中血浆脂蛋白的变化进行了研究，结果表明青年长跑运动员的血脂变化与一般人群青年的血脂改变相似。相对于成年耐力运动员，除了HDL—C水平，青年长跑运动员并不比他们有一个较高的血脂水平。纵向研究还发现，相对于14岁前较高的HDL—C水平，男性在青春期HDL—C随年龄下降的趋势较女性明显，此现象被解释为雄激素分泌和体内脂肪分布的相应变化所致[1]。这是机体生长发育过程中的正常变化。那么，可以认为，性别并不影响HDL—C对训练的反应性，年龄似乎也不是血脂对运动训练反应性的一个预测因素。Arthur等人的研究也验证了这一点[2]。Joey实验中排除了饮食的影响和吸烟的因素，但没有排除受试者是否有血管系统疾病家族史。   有关训练影响血脂与种族关系的研究数据很有限，在HERITAGE家族研究中，未发现HDL—C对训练的反应在性别、年龄、白人/黑人差异性方面的明显不同[3]。还有，运动引起血中HDL—C水平升高的幅度与运动前HDL—C水平有关，越是HDL—C水平显著低于正常个体的运动效果越好[4]。   那么，运动强度、持续时间、每周能量输出量、耐力训练计划长短、最大摄氧量（Vo2max）与HDL—C的关系又如何呢？大多数研究并未建立运动强度和训练量与血脂反应的剂量反应关系，只是基于不同强度对血脂改变的直接测量上。中等和大强度运动（至少30分钟，每周3次）可引起HDL—C水平升高，低强度运动是否如中等强度训练一样有效引起HDL—C升高，在这方面证据还不足。在耐力训练时间和每周训练量方面，HDL—C\n对训练的反应未发现不同，可能是因为在大多数研究中采用的每周训练量（男性平均6276千焦，女性平均5044千焦）超过了所需的HDL—C升高的阈值。另外，在Vo2max的增加和HDL—C改变上未有明显关联[2]。2、运动训练引起HDL--C浓度变化的机制   大量文献研究已就运动训练对血浆脂蛋白的影响做了相关报道，但对其影响的机制报道却相对较少。一般认为，进行耐力训练有几条途径可以影响血脂蛋白代谢，如运动时消耗大量额外的能量；体重减轻，体内脂代谢增强；能量代谢率增大可能使体内调节脂代谢重要酶的催化作用改变以及激素对脂代谢的影响等。但人HDL—C水平近70％是由遗传决定的。影响HDL颗粒中脂类的含量和性质的基因产物将对HDL代谢起关键的作用。下面联系HDL的代谢过程，从三类关键蛋白质方面对运动中HDL—C浓度变化机制做一简要分析。2.1脂蛋白类   HDL—C主要含载脂蛋白AI（apoAI）和载脂蛋白AII（apoAII）。ApoAI的生理功能是激活LCAT，识别HDL受体。研究表明，男女耐力运动员血浆apoAI的浓度高于书案工作者，apoAII则无明显差异。耐力运动员平均apoAI的浓度升高30%，对比正常生活活动的男女性人群与年龄、性别相同的长期卧床人群，发现后者血浆apoAI浓度下降，男性下降23%，女性下降34%[5]。   张娜等用反转录聚合酶链反应（RT—PCR）方法测定高脂膳食和有氧运动对肝LCAT和apoAImRNA表达的影响，从分子水平探讨运动调节RCT通路的可能机制。结果发现，运动干预可以在转录水平纠正高脂负荷下调大鼠肝脏apoAI表达的作用，从而使血浆中apoAI和HDL下降幅度减少，促进RCT的对抗高脂饮食下致AS作用。但肝脏apoAImRNA的表达量与血清HDL—C的水平未呈显著性相关关系，这说明，可能运动和饮食对apoAI的调控除对肝脏转录水平的调控外，还作用于肝脏apoAI的转录后水平和/或肝外组织基因的转录水平和/或转录后水平[4]。2、2脂蛋白酶类2、2、1脂蛋白脂肪酶（LPL）\n   LPL是一种细胞外酶，在脂肪细胞、骨骼肌细胞和心肌细胞中合成，后被转运至毛细血管内皮表面，与肝素硫酸蛋白聚糖（HSPGs）结合。LPL可水解富含甘油三脂蛋白如乳糜微粒(CM)和极低密度脂蛋白（VLDL）中的甘油三脂（TG），由于TG的水解，表面的磷脂和载脂蛋白的分离，被HDL摄取。游离在血液中的LPL又称为肝素后LPL(PH—LPL)。   大量研究工作报道，书案工作者、耐力运动员及有各种代谢疾病患者血浆HDL—C，PH--LPL及脂肪组织LPL的活性之间正相关[1]。运动训练使脂肪组织及骨骼肌LPL活性升高，有利于运动时更多利用血浆TG供能，加速血浆TG转运率及降低TG浓度。所以耐力训练后血浆HDL--C浓度升高，TG浓度下降都与LPL活性升高有密切关系。然而，Clee等研究小鼠LPL过量表达并不一致性伴随HDL--C水平增加，但在表达LPL和胆固醇转运蛋白（CETP）的小鼠中观察到了LPL活性与HDL--C水平间的关系[6]。   Yuling等在对HERITAGE家族研究中，试图了解PH--LPL活性和TG水平对运动训练的反应是否包含有遗传的因素在内，结果发现，PH--LPL和TG对规律训练超过20周的反应中存在一定的遗传影响，其还证明家族的/遗传的因素在运动训练期对脂代谢变化有轻微的影响，而对基础脂水平家族的/遗传的因素影响很大[3]。2、2、2肝脂肪酶（HL）   HL和LPL高度同源，存在于相同的基因家族中，但它主要由肝细胞合成，大部分结合至肝窦内皮细胞HSPGs中。HL的作用是在肝内皮细胞脂化清除HDL颗粒中的胆固醇，使HDL2--C转成为HDL3--C的量减少。进行急性的剧烈运动时HL的活性趋于降低，过量表达HL的转基因小鼠和兔体内HDL--C水平显著降低。而HL缺乏的小鼠中有较大的HDL颗粒。在人类，高血浆HL活性伴随HDL--C水平的降低，而HL的缺乏伴随较大HDL颗粒呈中等程度的增加[6]。2、2、3卵磷脂—胆固醇酰基转移酶（LCAT）   LCAT由肝细胞分泌，主要作用是由HDL的载脂蛋白apoAI激活后使新生的HDL卵磷脂分子中2\n位上的脂酰基至游离胆固醇的3位羟基上，前者转变为溶血卵磷脂并结合于血浆清蛋白上，后者则转变为胆固醇脂移入HDL的非极性核心，使盘状的新生HDL转变为球形的成熟HDL，使血浆中HDL2水平升高。LCAT和apoAI在RCT都发挥着极其重要的作用。据报道大鼠经2个月游泳训练后LCAT的活性提高50%左右。Marniemi等观察未经过运动训练的健康中年男性，进行有规律的耐力训练后，HDL，HDL—C/TC比值升高，PH--LPL和脂肪组织LPL活性也增加，血浆TG，TC和肝素后HL活性有下降趋势。训练第7周血浆LCAT的活性已呈现显著升高，训练15周后LCAT活性比未训练时增高2倍。张娜等研究发现，有氧运动可在转录水平纠正高脂高胆固醇负荷下调大鼠肝LCAT和apoAImRNA表达的作用，并在实施运动干预时LCAT的表达与血清HDL?/FONT>C存在明显相关[4]，小鼠和兔中过量LCAT表达导致HDL--C和apoAI水平增加[6]。2、2、4胆固醇转运蛋白（CETP）   CETP是一类在HDL，LDL和VLDL间转移胆固醇的蛋白质，CETP可使HDL2中的胆固醇向LDL和VLDL转移，同时又使TG向HDL2中转移，增加血液中HDL3--C浓度和LDL中胆固醇的含量。Foger报道受试者进行自行车骑行后24小时血浆CETP活性下降HDL--C浓度升高。Seip对正常血脂老年人进行规律的运动锻炼一年前后CETP观察，发现长期进行慢性运动使血浆CETP活性下降，HDL--C浓度明显升高和TG浓度明显下降。有研究报道小鼠CETP过量表达导致血浆HDL--C和apoAI水平的降低，所以，血浆CETP活性下降可能是HDL--C浓度升高的重要原因之一。2、3脂蛋白受体   B族I型清道夫受体（SR--BI）是在分子水平上得到确认的第一个HDL受体，其与HDL的高亲和性结合介导HDL--C的选择性摄取，参与胆固醇的逆向转运过程。Rigotti等首次应用基因敲除方法培育出SR--BI基因缺陷小鼠，研究SR--BI在HDL--C代谢中的作用。实验证明，编码SR--BI的基因决定小鼠血浆HDL--C水平过程中可能有重要作用。可以肯定，减少SR--BI的表达势必导致肝脏胆固醇的选择性摄入下降[8]。\nSR--BI的高表达可能伴随血浆HDL--C的浓度的降低。陈近利等研究发现，RT--PCR结果表明有氧运动和/或低脂膳食增加SR—BImRNA及SR--BI蛋白的表达水平，可能作为抗AS的机制之一[7]。2、4其他   激素、药物也能影响HDL水平。雌激素、皮质类固醇激素和甲状腺激素可增加HDL水平，雄激素、胰岛素和尼古丁等则减少HDL水平[6]。还有一些基因分离出来，如内皮脂肪酶（EL）和膦脂转运蛋白（PLTP）等，它们在HDL代谢中所起的作用尚未得到证实，需要更多的实验来支持。3、结论与展望   有氧运动可明显影响HDL的水平和HDL颗粒的组成，经常运动个体血浆中HDL水平要比不运动个体高，TC降低及TC/HDL，LDL/HDL比值下降。运动引起LPL和LCAT活性增加，CETP和HL活性下降，可能是影响耐力训练中HDL--C代谢变化的重要机制。也可能还存在更多的因素，如新的基因还未被发现，一些潜在的调节机制还未被阐明等。HDL作为人体一种重要的血浆脂蛋白，代谢很复杂，有大量的基因产物参与，包括细胞表面蛋白、脂类转运蛋白和脂解酶等。因此，在今后的研究中，需要在不断深入的基础上去获得更多的遗传变异信息，建立有氧运动的强度和运动量与血浆HDL--C水平之间的剂量反应关系，以达到准确的检测标准，通过分子生物学实验方法，进一步明确HDL--C对运动训练产生应答的遗传标记，从而对抗AS起到指导性作用。