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（HDLC）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 、HDL 2 及 HDL3 。HDL 1 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 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 。 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 HDLC 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 HDLC 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 HDLC 水平，男性在青春期 HDLC 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 HDLC 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 HDLC 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 HDLC 水平升高的幅度与运动前 HDLC 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（Vo 2max）与 HDLC 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 HDLC 水平升高，低强度运 动是否如中等强度训练一样有效引起 HDLC 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，HDLC 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 HDLC 升高 的阈值。另外，在 Vo2max的增加和 HDLC 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 HDLC 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 HDLC 浓度 变化机制 做一简要分析。 2.1 脂蛋白类 HDLC 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（RTPCR）方法测定高脂膳 食和有氧运动对肝 LCAT 和 apoAI mRNA 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 apoAI mRNA 的表达量与血清 HDLC 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） 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(PHLPL)。 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 HDLC，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 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 apoAI mRNA 表达的作用，并在实施运动 干预时 LCAT 的表达与血清 HDL?/FONTC 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。SR-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 SRBImRNA 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