飲食和運動療法已成為人們實現減脂、體重控制和促進健康的第一選擇方案。研究發現,內源性大麻素系統在調節食欲、能量消耗及糖、脂代謝方面發揮了重要作用,運動本身可以因運動類型、強度及時間差異影響循環血液中內源性大麻素水平。運動療法對內源性大麻素的調節機制為未來治療肥胖癥提供新理論和依據。
內源性大麻素系統
能量代謝穩態的維持是機體生長發育和各器官系統功能正常的重要前提。研究發現,內源性大麻素系統能夠參與機體能量穩態的調節?;ㄉ南┧嵋掖?/span>胺 (Anandamide,AEA)、2-花生四烯酰甘油(2-Ara? chidonoylglycerol,2-AG)主要受體CB1 和CB2 是內源性大麻素系統 (Endocannabinoid system,ECS) 的重要組成部分。
CB1 受體主要分布在中樞神經系統、脂肪組織和肝臟中,CB2 受體主要分布在免疫系統中。二者均屬于G 蛋白耦聯受體且能夠與腺嘌呤環化酶及MAPK(Mitogen- activated protein kinase) 相互作用。內源性大麻素(ECS)酰胺類、酯類或醚類物質,合成于細胞膜表面并迅速降解。胞內鈣離子濃度的增加有效激活內源性大麻素合成酶,提高 ECS水平。
研究發現外周組織降低ECS 與CB1受體的結合有效促進脂肪細胞瘦素,起到改善機體胰島素敏感性并促進骨骼肌和肝臟組織脂肪酸氧化。CB1 受體水平增加誘導脂肪細胞分化并增強脂蛋白脂肪酶的活性,使得脂肪酸過量堆積。研究顯示,胃腸道內的食物通過縮膽囊素化學物質抑制迷走的神經纖維CB1 受體,飽腹感信號傳遞到大腦,抑制食欲、減少食物攝入量;肝細胞 CB1 受體通過誘導脂肪酸合成酶的生成增加脂肪酸蓄積;骨骼肌組織 ECS 通過降低肌細胞對葡萄糖的攝取,降低機體耗氧量、減少能量消耗。
研究發現,ECS 活化有的效增強機體食欲,降低骨骼肌葡萄糖攝取,促進脂肪組織、肝臟和骨骼肌中的脂肪儲存,使機體能量異常蓄積,導致肥胖的發生,ECS 在維持機體能量代謝穩態、改善肥胖、胰島素抵抗等慢病方面發揮著重要作用。
ECS與肥胖
實驗發現,肥胖癥的發生與ECS 過度活化密切相關。研究者對比高脂飲食和普通飲食喂養小鼠發現,高脂飲食組小鼠的ECS 水平顯著高于正常飲食組。這是高脂飲食增加了ω-6 多不飽和脂肪酸(食物中的ω-3多不飽和脂肪酸主要是α-亞麻酸(ALA)、二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。ω-3多不飽和脂肪酸具有很多功能,例如:能降低甘油三酯水平,有益心臟健康。)含量,導致 ECS水平異常升高。,對比肥胖小鼠和瘦型小鼠可發現,肥胖小鼠下丘腦ECSDE含量較對照組顯著升高,瘦素(瘦素(Leptin)是一種由脂肪組織分泌的激素,它在血清中的含量與動物脂肪組織大小成正比。瘦素作用于位于中樞神經系統的受體(Leptin Receptor) 從而調控生物的行為以及新陳代謝。
動物體的體脂減少或處于低能量的狀態下(例如饑餓),血清中瘦素的含量會明顯下降, 從而激發動物的覓食行為, 同時降低自身能量消耗。反之,當生物體的體脂增加時,血清中瘦素含量升高,進而抑制進食并且加速新陳代謝。瘦素就是通過這樣的負反饋機制來調控生物體的能量平衡以及體重)干預后,ECS 水平恢復至正常。ECS 與肥胖癥的發生密切相關且瘦素對eCB 有負向調節作用。通過另外一組實驗分別對20 名肥胖女性和20 名瘦體質女性血液中大麻素水平進行檢測,發現肥胖女性較瘦體質女性AEA 和2-AG 水平分別上升了35%和52%。脂肪酸酰胺水解酶(Fatty acid amide hydrolase, FAAH) 顯著降低。這進一步佐證了ECS與肥胖之間存在密不可分的聯系。
ECS 與飲食
研究發現機體的攝食行為依靠兩種外周神經信號和大腦對攝食行為的調控。其中一條外周信號來自于胃腸道:饑餓引起胃腸肽激素等物質分泌增多,促使下丘腦內源性大麻素與CB1 受體上調,引起進食行為。進食后膽囊收縮素、酪酪肽等飽腹感激素分泌增多抑制EC 繼續上調,促使攝食停止。
另一條信號途徑來自脂肪組織:瘦素和胰島素是兩種較為熟知的肥胖信號,其受體可表達于大腦神經元,參與機體攝食行為的調節。下丘腦中的兩種能量調節系統(合成代謝系統與分解代謝系統)的共同參與對機體能量代謝平衡有重要意義。當瘦素、胰島素刺激下丘腦弓狀核時,分解代謝環路被激活而合成代謝受抑制,最終導致機體食欲降低,攝食減少。研究發現, ECS 受體對于下丘腦弓狀核,參與能量代謝調控來維持能量平衡。
ECS 刺激下丘腦合成代謝來抑制分解代謝,瘦素的特異性降低ECS的 活性。在對小鼠下丘腦注射瘦素30 分鐘后,發現小鼠下丘腦AEA 和2-AG 水平分別下降了40%和50%。瘦素對下丘腦ECB 水平具有顯著的抑制效應。研究者在飽食后小鼠下丘腦弓狀核中注射AEA 觀察小鼠的攝食情況,結果發現注射AEA 后,小鼠食欲較對照組顯著增加。下丘腦中 AEA 水平對食欲存在正向調節意義。在對比肥胖小鼠和瘦型小鼠,發現肥胖小鼠下丘腦中多伴有較高水平的ECS 和較低水平的瘦素。缺乏CB1 受體的小鼠,攝食能力較野生型小鼠顯著降低。野生型小鼠注射CB1 受體拮抗劑后,攝食能力也明顯下降,提示機體攝食能力依賴于ECS活性的調節。
ECS 與機體能量代謝調節
研究發現去除肥胖小鼠CB1 受體基因或使用CB1 受體拮抗劑干預后,短時間內小鼠出現攝食量減少、體重持續降低、機體代謝能力顯著提高。ECS 在維持機體能量代謝平衡過程中不僅有中樞神經的參與,外周神經系統發揮了重要作用。
ECS 在脂肪細胞中的作用
脂肪細胞分泌脂聯素可提高機體組織對胰島素的敏感性、增強脂肪酸氧化能力、降低血糖及血清胰島素水平。CB1 受體與脂聯素關系的實驗中發現,小鼠注射CB1 受體激動劑兩周內,體重及血清胰島素水平顯著增加,脂肪組織脂聯素 mRNA(信使核糖核酸)水平顯著降低。實驗中發現,CB1 受體拮抗劑干預后的脂肪細胞,脂聯素 mRNA 及蛋白表達水平顯著增多。CB1 受體激動劑處理的脂肪細胞內,除了發現脂聯素表達水平顯著增加外,脂蛋白脂肪酶的活性也明顯增強,這種效應在CB1受體拮抗劑的干預下發生逆轉,脂肪細胞CB1受體除了能夠負向調節脂聯素外,對脂蛋白水解酶的活性也有重要調控意義。
ECS 在肝臟組織中的作用
CB1受體的激活不僅降低脂肪細胞脂聯素水平,同時也增加了肝臟脂肪酸含量。Osei-Hy? iaman 等發現,CB1 受體可誘導脂肪生成轉錄因子固醇調節元件蛋白(Sterol response element binding protein-1c,SREBP-1c) 及其靶點酶-乙酰輔酶A 羧化酶1 (Acetyl-coenzyme A carboxylase-1,ACC1) 和脂肪酸合酶 (Fatty acid synthase,FAS),促進脂肪酸合成。
研究發現在CB1去除鼠和野生小鼠的脂肪組織和肝臟中分別檢測了SREBP-1c mRNA ,去除鼠中SREBP-1c 發現水平更低。CB1 受體激動劑注射到野生小鼠體內,發現小鼠脂肪組織和肝臟中SREBP-1c的靶點酶ACC1 和FAS 水平顯著增加,野生小鼠高脂飲食喂養中發現, 肝臟、骨骼肌和脂肪組織中CB1 受體蛋白表達水平較對照組顯著上升,AEA 水平約為對照組的3 倍。ECS 系統的激活在肝臟脂質合成過程中發揮了重要作用。有效抑制ECS 對改善機體脂質代謝、預防和治療肥胖癥具有重要意義。
ECS 對外周組織能量穩態的調節
運動改善骨骼肌胰島素敏感性,減少肝臟脂質儲存,加速脂肪組織脂解。ECS對外周能量穩態起負向調節作用。 AEA 能夠增加胰島素受體底物在Ser307 的磷酸化,干擾胰島素信號旁路進而抑制葡萄糖攝取。例如瘦型小鼠比目魚肌用AEA 處理后,骨骼肌對葡萄糖的攝取能力顯著降低,大鼠肌管細胞在CB1 受體拮抗劑干預后,葡萄糖的攝取量明顯增多。
一項針對肥胖人群的研究發現,肥胖患者經1 年的飲食調整和運動訓練后體重降低、腰圍減少、血脂血糖水平得到顯著改善。血清AEA 和 2-AG 較之前分別下降7%和62%。長期運動對機體外周組織ECS 影響的研究中發現,高脂喂養12 周的大鼠白色脂肪及骨骼肌中ESC水平較對照組增加,經過12 周訓練后 ECS 水平接近于對照組。
運動對ECS 具有一定的調節意義。研究者對比了熱愛運動人群(規律有氧運動8 小時/周和不運動人群體內淋巴細胞FAAH 活性,發現運動人群淋巴細胞FAAH活性較對照組顯著升高。肝臟作為一個重要的能量代謝器官可受運動和ECS的調節。高脂飲食可增加小鼠肝細胞CB1 受體的表達并顯著提高AEA 水平,運動有效抑制CB1 受體,改善肝臟脂肪變和血脂紊亂。
運動和ECS 對氧化狀態的調節
越來越多的研究發現,運動類型、運動強度及持續時間對固有免疫及適應性免疫具有重要調節作用。急性運動能夠增加循環系統中單核細胞、中性粒細胞及淋巴細胞數,降低CD4+/CD8+ T 淋巴細胞比值,動員記憶淋巴細胞,增加自然殺傷細胞數目和活性并有效促進促炎因子 IL-1β,IL-6,IL-8 和腫瘤壞死因子(TNF-α),通過運動24小時內均恢復至基礎水平。運動強度過大、時間過長,機體免疫能力會受到一定抑制,造成機體易感性。
規律運動降低機體炎癥反應通過:(1)下調單核細胞和巨噬細胞對促炎因子的釋放,(2)降低循環系統中活化的免疫細胞數;(3) 降低內臟脂肪蓄積,減少巨噬細胞對脂肪組織的浸潤,降低血液中促炎因子水平。運動過程中,骨骼肌收縮釋放多種肌肉因子,例如 IL-6,IL-8 和 IL-15。IL-6 能夠增強胰島素敏感性,促進脂質分解及脂肪氧化,有效抑制促炎因子的產生。
研究發現ECS的所有組分在免疫系統中分布,ECS 在免疫系統中發揮重要的作用。例如AEA 與CB2 受體的相互作用,抑制CD4+/CD8+ T 細胞的增殖,降低Thelper7(白細胞介素17),Th1 細胞的促炎效應增強Th2 細胞的抗炎活性。ECS(尤其是CB1)通過調節內皮細胞氮氧化物合酶的表達、線粒體合成、呼吸比率及ROS/RNS 的產生調節細胞氧化還原反應。
ECS 在運動相關的免疫功能調節和細胞氧化狀態中扮演了重要角色。研究發現,常運動人群T 淋巴細胞中FAAH 活性較對照組顯著增加,而這種增加受運動過程中IL-6,IL-10 和IL-4 的調節,這些肌肉因子可有效抑制過量eCB 的產生。由于過高ECS 水平產生類似于過度運動效應,降低機體免疫能力。運動和ECS 水平均應維持在最佳范圍內,維持機體的正??寡仔?,預防肌肉及免疫系統受損。
展望未來
越來越多的研究對運動和ECS 之間存在密切聯系,ECS 在機體能量代謝穩態、氧化應激及炎癥反應過程中均發揮重要作用。運動與ECS 之間的調控關系目前尚未完全明確,實驗動物、性別、運動形式的差異也會影響運動對ECS的調節。深入探討ECS的作用機制及其組織分布特異性對未來更好地理解運動與ECS的關系具有重要意義。