褚曉蕾 牛燕媚 傅力

天津醫(yī)科大學康復與運動醫(yī)學系（天津300070）

最新研究顯示，目前我國2型糖尿病 （Type 2 Diabetes，T2DM）患病人數(shù)已超過7千萬。肥胖和胰島素抵抗（Insulin Resistance，IR）是T2DM 發(fā)病的直接誘因，有氧運動能夠預防和改善機體肥胖和IR，已被臨床用作防治T2DM的主要手段之一［1］。熱休克蛋白（Heat Shock Protein，HSP）具有抑制機體氧化應激反應，抗炎，預防和改善IR及T2DM的發(fā)生與發(fā)展，防止蛋白變性，促進組織細胞功能恢復等功效［2］。研究證實，有氧運動能夠誘導心肌、骨骼肌等多種組織HSP的過表達［3］。到目前為止，有關HSP在有氧運動改善肥胖、IR過程中的作用機制研究尚不多見。本綜述通過總結目前HSP與T2DM關系的研究結果、分析運動引起 HSP過表達的機制，探討HSP過表達在有氧運動防治T2DM中的作用機理。

1 HSP的分類和功能

HSP是一類在進化上高度保守的蛋白質，廣泛存在于原核和真核細胞中，并參與細胞的損傷和修復過程［4］。根據其分子量和同源度不同，將其分為HSP90、HSP70、HSP60和小分子量 HSP （Small Heat Stress Protein，sHSP）4 個亞型。

HSP90作為分子伴侶協(xié)助蛋白折疊裝配，并可防止變性蛋白聚集［5］，此外HSP90還可與激素（雌激素、孕酮、糖皮質激素）受體結合形成復合體，使受體處于非活性狀態(tài)，直至相應激素濃度增加使HSP90與受體解離［4］。

HSP70也稱HSP72，在細胞內與應激過程中錯誤折疊或異常聚集的蛋白質結合，防止不溶性物質的聚集。此外HSP70還可結合到錯誤折疊蛋白的疏水區(qū)，誘導E3泛素連接酶將泛素標記到錯誤折疊蛋白，引起蛋白酶體將其降解［6，7］。 在多種應激狀況下，細胞內常伴有氨基末端激酶（C-Jun N-Terminal Kinases，JNK）的活化以誘導細胞凋亡，而HSP70的表達在細胞應激情況下的增加通過抑制JNK的產生而減少細胞凋亡的發(fā)生［8］。

HSP60存在于原核及真核生物的細胞器中，參與細胞內蛋白折疊、裝配等功能［9］。HSP60還可與新生分泌蛋白前體結合，協(xié)助其跨膜轉運。另外，HSP60可激活單核、巨噬和樹突狀細胞，誘導多種細胞因子的產生并參與機體免疫炎性反應［10，11］。

sHSP家族主要存在于細胞漿內，參與細胞內信號傳導。HSP27又名HSP25，是sHSP家族中的重要一員，HSP27可通過抑制胱氨酸蛋白酶原-9的合成阻止凋亡信號傳導，還可防止應激后肌動蛋白微絲碎裂［12］。 安靜狀態(tài)下細胞內 IκB 激酶 β（Inhibitor of Nuclear Factor Kappa-B kinase Subunit Beta，IKK-beta） 與核轉錄因子-κB （Nuclear Factor Kappa-Light-Chain-Enhancer of Activated B Cells，NF-κB）結合，抑制NF-κB向核內轉位。但外源性刺激可通過活化IKK-beta激酶使IKK-beta降解，引起NF-κB釋放，激活炎癥信號通路。HSP27可通過與IKK-beta 結合調控炎癥反應［13］。

2 HSP的過表達與T2DM

糖尿病是一組以慢性血葡萄糖水平增高為特征的代謝性疾病，是由胰島素分泌或作用缺陷所引起的。機體長期處于糖、脂肪、蛋白質代謝紊亂狀態(tài)可發(fā)生多器官損害，導致眼、腎、心臟、血管等組織器官的慢性進行性病變、功能減退直至衰竭。T2DM是最常見的糖尿病類型之一，近年來，隨著對 HSP家族功能的深入研究，發(fā)現(xiàn)HSP與T2DM的發(fā)生發(fā)展密切相關。IR是T2DM的直接誘因，而肥胖導致IR的機制已有大量研究證據。肥胖患者骨骼肌細胞脂肪酸水平增加導致甘油二酯增多，而后者作為第二信使，可激活蛋白激酶 C（Protein Kinase C，PKC）亞基，引發(fā)一系列級聯(lián)反應，激活 IKK-beta和JNK，使胰島素受體底物1（Insulin Receptor Substrate 1，IRS-1）絲氨酸307位點磷酸化，降低 IRS-1與胰島素受體結合能力，從而干擾胰島素信號傳導［14-17］。Anisha等的研究顯示高脂飲食可誘導Wistar大鼠骨骼肌JNK蛋白表達和IKK-beta的活性增加，IRS1酪氨酸612位點的磷酸化水平降低，組織葡萄糖清除率下降。當大鼠四肢經低熱處理后其骨骼肌HSP72和HSP25表達顯著增加，JNK蛋白表達和IKK-beta活性下降，IRS1酪氨酸612位點的磷酸化水平升高，組織葡萄糖清除率顯著改善，表明HSP72和HSP25可能通過抑制 JNK的磷酸化和IKK-beta的激活提高機體組織對胰島素的敏感性［18］。

HSP過表達可預防和改善機體IR，還能延緩糖尿病心肌病的發(fā)展。金怡等采用高脂飲食結合小劑量鏈脲佐霉素方法誘導建立T2DM SD大鼠動物模型，并對T2DM模型組及其對照組進行8周活動平板耐力訓練干預。訓練干預后對大鼠心肌HSP72基因表達水平進行檢測，結果提示，長期耐力運動可能通過增加HSP72基因表達抑制糖尿病大鼠心肌細胞凋亡［19］。而HSP表達下降可加速糖尿病心肌病的惡化，心肌細胞HSP60可通過抑制胰島素樣生長因子受體的降解增加其數(shù)量。T2DM患者因胰島素分泌相對或絕對不足，其心肌細胞HSP60表達下降，進而引起胰島素樣生長因子受體的降解增加。胰島素樣生長因子受體具有保護心肌細胞的作用，其水平下降會損害心肌細胞的防御系統(tǒng)，導致T2DM患者心肌肥厚［20］。

HSP的過表達還可防治T2DM血管并發(fā)癥。有研究顯示長期血糖增高可通過抑制內皮型一氧化氮合酶（endothelial Nitric Oxide Synthase，eNOS）的活性誘導血管內皮細胞凋亡，繼發(fā)多種血管病變。而血管內皮細胞HSP90表達增加可增強eNOS的活性、抑制細胞凋亡，保護血管內皮［21］。也有研究證實，T2DM患者身體防御系統(tǒng)受到抑制，可引起各種應激反應并伴有抗氧化防御系統(tǒng)的紊亂，而抗氧化防御系統(tǒng)的紊亂也可引起血管并發(fā)癥的發(fā)生。HSP可使變性蛋白復性，促進細胞修復，增強機體抗氧化防御系統(tǒng)，減少糖尿病血管并發(fā)癥［22］。

3 有氧運動與HSP過表達

運動可引起機體多種生理變化，包括體溫升高、糖原耗竭、線粒體氧化解耦聯(lián)引起的自由基生成增多等。這些生理變化和誘導HSP合成的眾多因素相似，因此推測運動也可誘導機體多種組織HSP過表達［23］。Locke等報道，一次力竭性運動可誘導SD大鼠淋巴細胞、脾細胞和骨骼肌細胞HSP72過表達，其表達量隨運動強度和時間的增加而增加，而sHSP只是在力竭或接近力竭狀態(tài)時才出現(xiàn)表達增加，表明運動引起 HSP的表達增加需要達到一定時間長度和刺激強度［24］。Demirel研究了不同運動時間對雌性SD大鼠腎上腺HSP72的誘導作用，大鼠每天運動訓練 30 min、60 min、90min，共 10周。發(fā)現(xiàn)所有運動組大鼠腎上腺HSP72均顯著增加，其中90 min組增加約60倍，60 min組增加約40倍，30 min組增加約15倍，證實HSP的表達量與運動持續(xù)時間密切相關［25］。運動強度也是影響HSP表達量的重要因素之一。Liu等對6名優(yōu)秀賽艇運動員進行兩個階段的訓練：第1個階段包括3周高強度訓練和1周調整期；第2個階段包括3周低強度耐力性訓練和1周調整期。在每個階段的開始和結束從運動員的股四頭肌活檢取樣，結果發(fā)現(xiàn)，經過3周高強度的訓練，骨骼肌中HSP70明顯增加，而隨后的調整期，HSP70又顯著回落；而3周低強度的耐力性訓練后，骨骼肌中HSP70無顯著變化，提示HSP70的合成可能與運動強度有關［26］。后續(xù)實驗也證實，在對劃船運動員的訓練過程中，小運動強度的訓練不能誘導優(yōu)秀劃船運動員骨骼肌中HSP72合成增加，表明運動誘導HSP72的過表達可能取決于運動強度［27］。綜上所述，運動可以誘導機體多種組織HSP過表達，且其表達增加量與運動量和運動強度密切相關。

T2DM患者機體內多組織細胞HSP表達的增加可改善機體IR、延緩T2DM進程、預防或減輕并發(fā)癥的發(fā)生。因此，深入研究誘導T2DM患者機體組織HSP表達增加的運動方案顯得尤為重要。有研究表明，在肌細胞反復收縮過程中，骨骼肌組織內發(fā)生的氧化反應可導致細胞內蛋白質發(fā)生損傷。當這種反應超過細胞抗氧化能力，抗氧化通路就可能通過合成HSP以增加抗氧化防御機制［28］。據此推斷，長期高強度運動可引起機體產生劇烈的氧化應激反應，HSP表達量也隨之增加。同時，長期高強度運動對機體的氧化損傷也可能抵消HSP的部分抗氧化、抗炎效果。有研究證實長期高強度運動可增加心律失常及心臟猝死的發(fā)生率，還可損害腎小球基底膜，增強其通透性，加重腎臟的損傷［29，30］。 T2DM 患者常伴有不同程度的心臟、腎臟等損傷，因此長期高強度運動不宜作為其最佳運動方案。而長期有氧運動可誘導機體組織HSP表達增加，強化機體氧化與抗氧化系統(tǒng)平衡機制，預防氧化應激損傷。此外，有氧運動還可增強胰島素相關信號傳導、改善機體的糖、脂代謝紊亂、延緩T2DM進程并減少并發(fā)癥的發(fā)生［31］。因此，長期有氧運動作為T2DM患者理想的運動方案，已得到廣泛應用。Mustafa等發(fā)現(xiàn)糖尿病大鼠經14周有氧運動訓練后，其腓腸肌HSP表達量顯著高于安靜對照組，機體氧化應激及炎癥標志物顯著降低。推測長期有氧運動可通過增加組織HSP表達量，緩解大鼠機體的氧化應激狀態(tài)和IR癥狀、改善T2DM的癥狀［32］。也有研究發(fā)現(xiàn)有氧運動作為T2DM患者降低血糖濃度的重要治療手段，通過增加骨骼肌組織HSP表達，預防肌細胞線粒體損傷并增加其合成、減少自由基及過氧化物的產生，增強外周組織對葡萄糖攝取和利用［33，34］。 綜上所述，長期有氧運動可以誘導機體骨骼肌等多種組織HSP的過表達，而HSP的過表達又可增強機體組織的抗氧化能力、增強胰島素信號傳導、防治T2DM及其并發(fā)癥。

綜上，有氧運動誘導HSP的過表達可能是運動增強機體能量代謝、改善T2DM的分子機制之一。深入研究有氧運動、HSP與T2DM的關系，可為將有氧運動作為臨床代謝性疾病的防治手段提供有力的理論依據。

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