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健康男性长期有氧力量训练产生代谢适应的特征 MEM带您快速浏览 主要发现 欧洲心脏病学会（European Society of Cardiology，ESC）成立于1950年，是欧洲最权威的心脏病学会。其旗下的Cardiovascular Research期刊在2020年4月发表题为《Effect of chronic exercise in healthy young male adults: a metabolomic analysis》的文章。澳大利亚悉尼心脏病研究所在控制饮食、睡眠和体育活动等生活方式的情况下，对52名男性年轻新兵（22名±4年）进行了80天的中等强度有氧力量混合训练，采集运动训练前后的血液，利用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术进行代谢组学分析，结果发现： v 27种与蛋白质分解代谢、微生物代谢、精氨酸代谢、糖类代谢、脂质代谢、核苷酸代谢和凝血相关的特征性代谢物含量发生变化。 v 代谢物二甲基胍戊酸（DMGV）的含量与身体脂肪含量、总胆固醇、低密度胆固醇和收缩压成正相关。 MEM带您详细解读 01 如何减少个体和环境给代谢物分析带来的差异？ v 在长期运动训练过程中，为了避免由于个体差异和环境等因素，包括饮食、压力、社会经济地位和睡眠引起的代谢物差异，该研究团队选择了相似年龄、身体指数（BMI）、血压、心率和最大摄氧量的新兵（表1）做为研究对象。52名新兵住在同一住所，吃相同的食物，有相同的睡眠习惯，并进行相同的日常训练。 v 因此，此研究严格控制了复杂的环境因素及其他的干扰因素，该研究结果基本可以摒弃个体差异，增加了结果的专业化和可信度。 表1 52名新兵的临床和健康参数 02 代谢物发生了怎样的改变？ v 蛋白质分解代谢：氨基酸THR、中间高丝氨酸（HSE）、苯丙酮酸盐、酪氨酸、预苯酸含量显著增加，而a-酮丁酸（a-KB）、亮氨酸代谢物HICA、氧己二酸含量显著降低。 v 微生物代谢：吲哚-3-丙酸（I3P）含量增加，牛去氧胆酸盐（TDCA）含量明显降低。 v 精氨酸代谢：精氨酸（ARG）、NG-甲基-L-精氨酸（L-NMMA）、鸟氨酸（ORN）、二甲基胍戊酸（DMGV）含量显著增加，而胍基乙酸（GAA）含量降低。 v 糖类代谢：甘油醛含量增加。 v 脂质代谢：丙二酸、花生四烯酸（ARA）、β-羟基丁酸（BHBA）、2-花生酰基甘油（2-AG）、a-酮己酸盐、脂肪酸衍生物2-甲基丁酰卡尼汀（C5）含量均显著降低。 v 核苷酸代谢：尿囊素、核苷酸产物UDP-N-乙酰氨基葡萄糖（UDP-GlcNAc）含量显著增加，相反，腺嘌呤代谢物环腺苷酸、胸苷水平显著降低。 v 凝血相关：维他命 K1含量显著降低（表2）。 表2 80天训练引起显著变化的代谢物 03 27种代谢物的代谢通路富集分析 v 运动训练后，52名受试者的整体代谢模式发生了显著的变化（图1A）。 v 根据KEGG代谢通路对27种代谢物进行通路富集分析（图1B）。 v 分析主要代谢途径中的代谢底物变化： 1. 色氨酸代谢相关的I3P含量显著增加（图2A）； 2. 脂质代谢相关的丙二酸、多不饱和脂肪酸ARA、酮体BHBA、内源性大麻素受体配体2-AG、次级胆汁酸TDCA含量显著降低（图2B）； 3. 精氨酸代谢相关的ARG、L-NMMA、ORN、DMGV含量显著增加（图2C）； 4. 蛋白质分解代谢相关的THR、HSE含量显著增加，a-KB含量显著降低（图2D）。 v 代谢物二甲双胍（DMGV）的含量与身体脂肪含量、总胆固醇、低密度胆固醇、载脂蛋白和收缩压成正相关（图3）。 图1 OPLS-DA得分图（A）和代谢聚类分析（B） 图2 主要代谢途径中的代谢底物变化 图3 DMGV与临床表现的相关性 讨论和结论 讨论 v 蛋白质分解代谢 a-KB是苏氨酸的代谢产物，是缬氨酸和异亮氨酸合成的底物，也是支链a-酮脱氢酶（BCKDH）复合体的底物。在本研究中，a-KB的急剧下降可能由于肌肉BCKDH复合体被激活从而加快了支链氨基酸的分解代谢，导致支链氨基酸合成底物的大量消耗。 v 微生物代谢 本研究中的I3P水平增加可增强肠道内皮屏障并具有抗炎作用，可做为运动训练抗炎和增加免疫的研究基础。 v 精氨酸代谢 运动干预后，一氧化氮合酶底物ARG及相关代谢产物均升高。ARG在多种生理现象中发挥重要作用，包括肌酸、氨、尿素、蛋白质和一氧化氮的产生，导致血管舒张和更大的血流量，这都是经过训练的肌肉中产生的很重要的现象。鸟氨酸（OGN）是一种非蛋白原性的氨基酸，可以调控肌肉组织中的生长激素/IGF-1/IGF结合蛋白3，在运动干预后含量也升高。ARG和OGN的补充刺激生长激素分泌，增加脂质分解和脂质氧化，从而提高高强度耐力运动后的能量消耗。因此，本研究中运动诱导的循环ARG和ORN的增加可能有助于改善血管功能和与运动相关的脂肪损失。 利用代谢物DMGV可对运动的不良反应、非酒精性脂肪肝疾病和二型糖尿病进行早期预测。DMGV与内脏肥胖、胰岛素敏感性降低和血脂异常有关，可以作为亚临床代谢功能障碍的标志。 v 脂质代谢 在肝脏中，胆汁酸与牛磺酸结合生成TDCA。运动训练后TDCA水平下降，可能是由于运动后胆固醇水平下降，导致胆汁酸分泌减少。丙二酸参与脂肪酸的合成，耐力训练增加脂肪酸的氧化消耗，进而丙二酸含量减少。在所有代谢物中，丙二酸变化幅度最大（FC: -9.1），可反应出运动者身体的情况。ARA在运动后显著降低，可能与外周骨骼肌敏感性有关。作者认为，在长期运动中，代谢模式会发生显著的改变，脂质代谢的占比逐渐增大，因此作为不饱和脂肪酸，在运动后的含量降低说明脂肪代谢在反应供能中占绝大多数比例。同样，ACs的降低也能反映骨骼肌β-氧化效率的提高。不完全脂肪酸的氧化导致ACs的积累；运动训练导致β-氧化更有效且AC水平降低。运动后BHBA水平降低了9.1倍。酮体作为运动员的一种燃料来源最近受到了广泛的关注。酮体在运动后恢复过程中显著升高，并且运动训练的骨骼肌中利用酮体的能力更高。因此，经过运动训练的骨骼肌比未经训练的骨骼肌更能利用酮体。内源性大麻素 AEA在单次运动后显著增加，然而2-AG与任何类型的运动之间的关系了解较少。作者发现运动训练后2-AG水平显著降低，其生物学意义尚不清楚。因为2-AG与内源性大麻素信号控制各种中枢功能，如痛觉、进食、能量平衡、情绪、学习、记忆、生长、发育和奖励过程。与早期报道的急性运动后内源性大麻素增加相比，长期运动后内源性大麻素减少，可能代表着适应与习惯的过程。 v 核苷酸代谢 尿囊素运动后显著升高，这与之前报道的腺嘌呤核苷酸分解代谢产物（尿酸、次黄嘌呤和尿囊素）在马和人类急性运动后积累的结果一致。由于尿囊素是由尿酸的非酶氧化产生的，它被认为是高强度运动引起的氧化应激指标，可作为氧化应激的生物标志物。长期运动导致尿酸盐氧化为尿囊素，尿囊素增加很可能代表运动过程中氧化应激增加。相反，两种核苷酸- cAMP和胸腺嘧啶在运动后显著减少。有趣的是，cAMP之前被证明在人的剧烈运动后会增加。然而，与未经过运动训练的大鼠相比，经过5周的长期运动训练后的大鼠组织cAMP降低，与该研究结果一致，这表明核苷酸对长期运动训练的适应性反应与急性训练不同。 结论 由于严格控制了复杂的环境因素及其它的干扰因素，该研究最大真实程度地揭示了80天有氧运动训练产生的代谢适应的特征。该研究得到了许多不同底物的代谢变化，包括脂质、酮体、精氨酸代谢物、内源性大麻素、核苷酸、蛋白质水解标记物、脂肪酸氧化产物、微生物源代谢物、氧化还原应激标记物和凝血的底物。这些发现对心血管疾病预防和风险降低机制具有重要意义。最后，该研究的数据通过DMGV在健康的年轻个体中的作用进一步证明了DMGV可作为亚临床代谢功能障碍的早期标记。 作者：陈晓红、高怡枫、李莹、邵巍 编辑：王浩宇 审校：黄彩华     佛明翰中心作为专业的科学运动&健康管理机构，为您的安全、科学、有效运动提供最坚实的保障！*席勒是瑞士最大的医疗器械厂商，是全球最早制造心电图机的医疗设备生产商之一；泰诺健不仅是奥运的供应商、健身/康复设备中的“法拉利”，更是全球运动医学领域的引领者。 |
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