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网球运动调节脂代谢的FNDC5/Irisin途径研究

作者:鞠丽丽来源:《网球天地》日期:2024-01-15人气:456

1.Irisin的生物特性与受体

1.1 Irisin的分泌与功能

PGC-1α是一种多特异性的转录共激活因子,能够对骨骼肌、棕色脂肪组织和肝脏等组织的生理信号进行多基因调控,能够介导机体能量代谢,控制线粒体发生和细胞氧化代谢。FNDC5是一种在大脑和骨骼肌中表达的糖基化I型膜蛋白,是Irisin的前体。关于Irisin的比较研究表明,人和小鼠Irisin序列100%相同,而且人体Irisin主要由非规范的起始密码子翻译而来。在啮齿类动物中Irisin分布广泛且各个组织表达水平也不一样,其主要存在于骨骼肌、心肌、肝脏等,甚至唾液中也检测到Irisin。在人体中,脂肪组织和骨骼肌的肌浆、骨骼肌的神经鞘等都能分泌Irisin,且骨骼肌分泌的Irisin含量远高于白色脂肪组织。Irisin被认为是一种运动诱导的肌激素,运动和PGC-1α可诱导机体循环Irisin含量增加,而在静坐少动和轻微体力活动的人群中Irisin含量反而下降。也有学者认为,Irisin可在肌肉和脂肪中起作用,是一种产热蛋白能促进白色脂肪褐色化和激活产热.

1.2 Irisin的受体

Irisin自被发现以来,其受体还尚未鉴定。有研究者证实Irisin的生理作用是通过肌细胞和脂肪组织中的αV整合素介导的,且整合素受体αV家族极大可能是Irisin的受体。他们通过定量蛋白质组学发现,mlo-y4骨细胞中Irisin能有效地结合整合素β1-α1异质二聚体。接着又通过蛋白-蛋白结合实验检测Irisin与几种整合素复合物的结合亲和力。其发现,大部分整合素复合物可以明显的与Irisin结合,其中αV/β5整合Irisin的结合亲和力最高,而其他整合素复合物与Irisin的结合较弱。此外,研究还表明,极低浓度(10pm)的Irisin处理MLO-Y4骨细胞会激活经典整合素信号通路。此外,也发现当αV整合素被化学抑制时,信号转导骨细胞和脂肪细胞中Irisin的功能被阻断。综合来看,通过这些数据表明,作者找到了一种对Irisin有生理剂量反应的受体,它是通过骨和脂肪组织中的αV/β5整合素发挥作用。但在人体中Irisin与αV/β5相互作用的特异性尚未完全确定,这可能是由于αV/β5能否与其他配体相互作用,也可能是由于Irisin与其他整合素复合物是否也有亲和力等有关。虽然αV/β5整合素在某些组织中被证明是Irisin受体,但也有可能是整合素家族内外的其他受体。总之,Irisin受体的鉴定将有助于我们了解Irisin在运动和人体健康中的作用。

3. FNDC5/Irisin与肥胖

以往研究证实,脂肪细胞和肌细胞都可分泌FNDC5/Irisin,且用Irisin处理的脂肪细胞体积更小,积累的脂肪含量更少。现又有研究表明,FNDC5/Irisin的表达可通过调节脂肪甘油三酯脂肪酶、脂肪酸结合蛋白4等蛋白的表达来抑制脂质合成,促进脂质分解,维持脂质正常代谢。在肥胖小鼠中,FNDC5过表达和Irisin注射可降低高脂血症和高胰岛素血症,而皮下注射Irisin可抑制肝脏胆固醇合成,降低血浆胆固醇水平。然而,在人体研究中,研究结果却并不一致,甚至有些呈相反的结论。大多数研究认为Irisin水平与机体脂状况呈正相关。有研究发现,循环Irisin水平与久坐受试者的空腹甘油三酯和代谢综合征患者的空腹甘油三酯呈正相关,与韩国青少年的总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和甘油三脂呈正相关,与我国受试者的TC、LDL-C和空腹脂肪酸呈正相关,而与心血管疾病患者的高密度脂蛋白胆固醇呈负相关。另外,众多研究显示,循环Irisin水平与人体脂肪含量呈负相关,而与肌肉质量呈正相关,但也有研究显示未观察到Irisin水平与脂质参数的相关性。机体体脂对循环Irisin水平影响甚大,体脂每加1kg,Irisin水平增加2倍。有研究者对肥胖患者进行不同的运动干预发现,进行抗组运动的患者其循环Irisin水平明显增加,且与人体脂肪含量呈负相关,与肌肉质量呈正相关。而在其他研究中,健康年轻个体和轻度高胆固醇血症男性中,没有观察到Irisin水平与脂质参数的相关性。

总之,对于以上研究中出现这些差异的原因尚不清楚,但Irisin水平在肥胖中会增加。这种增加可能只是部分地解释了较高的脂肪质量和可能较高的脂肪组织来源的Irisin浓度。这可能是增加能量消耗和提高胰岛素敏感性的一种平衡机制,但仍有待阐明。

4. FNDC5/Irisin与白色脂肪褐色化

脂肪组织是机体脂肪储存的主要器官,在代谢中起重要作用,身体脂肪过度积累会导致肥胖。脂肪可根据结构和功能分为白色脂肪和棕色脂肪。以往研究表明,运动可刺激骨骼肌分泌Irisin水平升高。现在也发现,在啮齿动物中,WAT是分泌Irisin的第二大组织,其中皮下脂肪细胞和内脏脂肪细胞相比能够分泌大量FNDC5/Irisin,并且耐力训练后WAT分泌释放的FNDC5/Irisin水平升高。但是在人体中,WAT分泌的FNDC5含量比骨骼肌少,可能对人体循环Irisin水平有较少的影响。

Irisin在不同物种和不同脂肪细胞类型不同脂肪组织位置表现出的作用不一样。在肥胖小鼠静脉注射含有FNDC5的腺病毒或人体腹腔内注射Irisin可提高循环Irisin水平,糖代谢改变,但体重影响不大。用FNDC5处理腹股沟的基质血管褐变增加,UCP1非常明显增加。在成熟脂肪细胞中Irisin诱导UCP1的表达水平增加,导致WAT褐色化,呈现BAT表型。FNDC5/Irisin处理的脂肪细胞脂滴增多,线粒体密度增加,能量消耗增加,这些都是米色/棕色化的迹象。在成熟的人体脂肪细胞中,Irisin可以促进UCP1和PR/SET Domain 16 (PRDM16)的含量增加,Irisin对人体有刺激褐变的作用。Irisin诱导的褐变主要是在人颈部脂肪库中观察到的,而肾脏脂肪组织不受Irisin治疗的影响。

5.FNDC5/Irisin与运动

网球运动具有很好的锻炼效果,而且不同年龄的人均可打网球,长期练习能提高人的各项身体素质,促进人的社会性发展,是一项很好的运动。网球运动被认为是影响Irisin分泌的关键因素,且循环血中Irisin含量的多少与骨骼肌的分泌密切相关,且不同的运动时长会影响Irisin的表达和分泌,无论是次极量运动还是自由运动Irisin水平在肌肉和血清中的变化均与运动距离密切相关。但Irisin是否在运动改善机体代谢中发挥调节作用,目前的研究结果尚未统一。高脂肪饮食降低了血清鸢尾素水平,而游泳运动增加了Irisin水平。与我们的发现一致,最近的一项研究观察到,经过12周的力量和耐力联合训练后,骨骼肌中的FNDC5 mRNA表达显著增加,与血糖正常和体重正常的男性受试者相比,超重组的FNDC5 mRNA表达显著升高。其他几项关于人类的研究表明,网球运动对鸢尾素水平的影响与运动强度和运动类型有关。高强度运动和抗阻力运动对鸢尾素水平的改善优于低强度运动,而抗阻力运动对循环鸢尾素水平的提高优于高强度间歇运动、连续中等强度运动组。

6.不同年龄段FNDC5/Irisin对运动的反应

对青年和老年大鼠进行游泳运动测试,发现运动后两组大鼠体内循环 irisin 水平都有所增加,青年大鼠骨骼肌组织和血清中 irisin 含量更多,脂肪组织降解速度更快。控制肥胖糖尿病患者的高热量饮食,发现患者体质量降低,骨骼肌 irisin 浓度升高,认为患者体质量降低、血糖浓度和胰岛素血症减少,与基础irisin浓度升高密切相关。老年人的循环鸯尾素水平显著低于年轻人,高体力活动水平人群显著低于静坐少动人群,有人发现在健康的年轻人中,循环鸾尾素扮演着昼夜节律,与瘦体重显著相关,并且在运动后显著增加。

7. Irisin质疑与思考

Irisin抗体缺乏特异性也值得关注。实验证据对鸢尾素的存在存在着矛盾的评论,但许多敏感的方法,包括ELISA法和定量质谱法,已经成功地证实了鸢尾素的身份,并测量了鸢尾素在人体内的循环水平。有人使用质谱法测定了人血清中检测到的fndc5免疫反应带的身份。质谱分析发现了一个独特的肽映射到已知的鸢尾素序列,这验证了免疫印迹识别的循环人鸢尾素。后来,另一项研究使用质谱法确定和定量血浆中的人鸢尾素。在这项研究中,以富集重稳定同位素的对照肽为内标,用质谱法在血浆中对人鸢尾素进行了鉴定和定量。与此相一致的是,研究表明寒冷暴露会增加人体循环中鸢尾素的水平,这表明运动诱导的鸢尾素可能是从与颤抖相关的肌肉收缩进化而来的。


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