体育锻炼通过POMC神经元增加白色脂肪棕色化研究综述

如今,肥胖被认为是一种影响全球6亿成年人的一种流行性疾病[1]。

组成人体的脂肪组织主要有两种:白色脂肪(WAT )和棕色脂肪(BAT )。

人体中的这两种脂肪组织有着不同的基因表达、形态分布和功能等[2-5]。

然而,WAT 有存储能量、释放激素和细胞因子,调节机体代谢和胰岛素抵抗等功能,BAT 通过非寒颤产热来消耗能量,这是通过线粒体解偶联蛋白1(UCP-1)产热作为机体对寒冷环境的适应[2,6-7]。

WAT 棕色化过程中形成了一种不同于BAT 的一种棕色脂肪样组织,可以称之为“可募集的棕色脂肪细胞”、“米色脂肪细胞”、“适应性棕色脂肪细胞”或者“brite 细胞”等[8-10],尽管这种细胞与BAT 有不同的来源,但是它们也能够通过激活UCP-1进行产热作用[6,11]。

虽然在WAT 中分布着米色脂肪细胞,但是WAT 棕色化主要发生在皮下白色脂肪组织中[12]。

此外,米色脂肪组织不同于WAT 是因为它们具有多腔形态和能够促进UCP-1表达,而且这种细胞还能表达独特的基因标志物,如Tbx1、Tmem26和Cd137,并且米色脂肪组织不能由成熟的WAT 和BAT 产生[12]。

中枢神经系统(CNS )在WAT 棕色化过程中扮演着重要收稿日期:2019-03-19第一作者简介:苏洋洋(1991~),男,安徽颍上人,在读硕士,研究方向:运动生理学。

通讯作者简介:吴秀琴(1964~),女,福建霞浦人,硕士,教授,研究方向:运动人体科学,E-mail:616331350@ 。

体育锻炼通过POMC 神经元增加白色脂肪棕色化研究综述苏洋洋,吴秀琴(福建师范大学体育科学学院,福建福州350117)摘要:组成人体的脂肪主要有白色脂肪W A T 和棕色脂肪B A T ,在一定的情况下白色脂肪组织可向棕色组织转化,在白色脂肪组织棕色化时形成了一种特殊棕色脂肪样组织,它具有类似B A T 通过激活解偶联蛋白1U C P -1产热的作用。

P O M C 神经元可使W A T 棕色化,在通过P O M C 神经元使W A T 棕色化下丘脑弓状核起到重要作用,该过程受胰岛素和瘦素协同作用。

激活A gR P 神经元也能够抑制W A T 棕色化。

体育锻炼能够有效促进W A T 棕色化,因为体育锻炼能够降低下丘脑炎症反应和促进P O M C 神经元的基因表达。

另外,体育锻炼能够刺激鸢尾素基因表达,这对产热具有重要影响,从而又会导致与W A T 棕色化相关的U C P -1和C idea 等蛋白的基因表达达到较高水平。

而且,W A T 棕色化可激活机体产热,进而导致机体能量消耗增加,这样就有利于肥胖者的减脂作用。

故本综述的目的是将最近的有关下丘脑活动与体育锻炼导致白色脂肪棕色化有机结合。

关键词:白色脂肪组织;棕色脂肪组织;体育锻炼;下丘脑;P O M C ;A gR P ;鸢尾素中图分类号:G 806文献标识码:A文章编号:1003-983X (2019)08-0697-05Physical Exercise Increases Browning of White Fat Through POMC NeuronsSU Yangyang ,WU Xiuqin(School of Physical Education and Sport Science of Fujian Normal University ,Fuzhou Fujian ,350117)Abstract :White adipose tissue (WAT )and brown adipose tissue (BAT )are the main components of human body fat.Under certain conditions,the browning process generates a different type of brown fat-like adipocyte in WAT,which similar to BAT has thermogenic capacity by activating UCP-1.The hypothalamic arcuate nucleus plays an importantrole in WAT browning via POMC neurons,which are influenced by synergistic insulinand leptin signaling.This process is synergistic by insulin and leptin.Activation of AgRP neurons also inhibited WAT browning.Physical exercise can effectively promote the browning of WAT,because physical exercise can reduce the inflammatory response of hypothalamus and promote gene expression of POMC neurons.In addition,physical exercise can stimulate the expression of Irisin gene,which has an important impact on heat production,thus leading to higher levels of gene expression ofUCP-1and Cidea proteins related to WAT browning.Furthermore,thermogenetic activation of WAT leads to increased energy expendi ⁃ture,favoring obesity treatment.Therefore,this review aimed to highlight the most recent studies that link the control of hypothalamic activity with the browning metabolism of adipose tissue in response to physical exercise.Keywords :white adipose tissue ;brown adipose tissue ;physical exercise ;hypothalamus ;POMC ;AgRP ;Irisin697··第38卷湖北体育科技第8期作用。

在调控WAT棕色化中一些特定的神经元如agouti相关蛋白(AgRP)神经元和促黑素皮质素(POMC)神经元起到相反作用[2,13]。

而胰岛素和瘦素协同激活POMC神经元并促进WAT 棕色化[2],禁食、化学或者基因等因素可激活AgRP神经元进而抑制WAT棕色化[13]。

在WAT中,一些外部因素可激活棕色化并产热,如寒冷环境、药物和体育锻炼等[14]。

因此,旨在激活WAT产热的治疗法可能是治疗和预防肥胖的一种很好的方法[11,15-16]。

体育锻炼可能会诱导WAT棕色化因为体育锻炼可以减缓下丘脑炎症和增加POMC神经元基因表达[17-18]。

而且体育锻炼可促进鸢尾素的基因表达,鸢尾素在WAT产热过程中具有重要作用[17,19]。

因此,本综述旨在探讨体育锻炼通过POMC神经元及鸢尾素调节WAT棕色化的机制。

1下丘脑及其通过POMC和AgRP神经元在WAT棕色化中的作用在下丘脑弓形核中发现两种突触神经元[14]。

促进食欲的神经元包括NPY和AgRP,激活它们能够促进食物摄入和降低能量消耗。

另一方面,当厌食神经元(POMC、可卡因和苯丙氨调节转录载体)激活时,能够减少食物摄入和增加能量消耗[20]。

1.1POMC神经元的活化可激活WAT棕色化POMC神经元可能是中枢神经系统诱导机体产热的关键,因为它们可以使BAT活化和通过交感神经激活WAT棕色化[21]。

体内去甲肾上腺素释放增加可激活棕色脂肪产热增加,因为体内环磷酸腺苷(cAMP)水平增加,进而活化蛋白激酶A增加和通过脂解作用产生脂肪酸,脂肪酸是脂肪代谢的底物和UCP-1的激动剂[22]。

此外,POMC神经元释放α促黑素细胞激素(α-MSH),其与MC4R共同是参与体内能量平衡的黑皮质素系统的主要受体[22]。

在一些MC4R表达神经元的脑区与BAT通过神经突触连接,因此这就突显了黑皮质素系统在BAT活化的代谢控制中的相关性[22]。

另一方面,在WAT 中交感神经系统信号介导的米色脂肪活化、神经支配和增值是很罕见的,因此细胞之间的交流在WAT棕色化过程中起关键作用[21]。

Zhu等人[21]揭示WAT棕色化时,缝隙连接蛋白43 (CX43)具有重要作用,当他们阻断连接蛋白亚基CX43通道时发现POMC激活诱导的脂肪组织棕色化明显降低。

最初,POMC神经元被认为是同一种神经元,其应答方式与激素和营养素类似。

但是,后来一些研究表明他们是不相同的,并且研究已经表明与控制能量代谢有关的激素如胰岛素和瘦素在不同的POMC神经元中均起作用[2,20,23]。

而且,这些激素对通过中枢神经系统的WAT棕色化具有协同作用。

Dodd等人[2]的研究表明胰岛素和瘦素通过POMC神经元协同激活WAT棕色化并且这一活化过程至少部分依赖肌酸肌醇激酶3(PI3K)使这些神经元去极化。

为了证明这种协同作用,他们双敲除(DKO)小鼠的蛋白酪氨酸磷酸酶1B (PTP1B)和T细胞蛋白酪氨酸磷酸酶(TCPTP),这两种酶分别调节胰岛素和瘦素介导的下丘脑信号传导,发现尽管小鼠的活动没有明显变化,但是体重、体脂和食物摄入明显降低。

另一方面,他们发现这些结果与机体产热和WAT棕色化有关,因为小鼠体内与WAT棕色化相关蛋白的基因表达显著增加如UCP-1、Prdm16、Cidea、Tmem26和Cd137。

此外,他们通过侧脑室(ICV)分别注射胰岛素、瘦素和混合这两种激素,发现联合注射这两种激素加强了WAT棕色化。

而且,为了证明WAT棕色化是通过自主神经系统激活的,他们又双敲除小鼠神经发现小鼠体重、体脂、WAT棕色化和BAT产热均显著降低。

此外Laing等人[18]研究表明长期自主跑轮运动(12周)可降低由高脂饮食诱导的下丘脑POMC神经元细胞凋亡。

另外, Ropelle等人[24]研究表明游泳和跑台运动可改善由饮食诱导的肥胖小鼠和体内瘦素缺乏的小鼠POMC神经元mRNA水平下降的状况。