蘇利強(qiáng)，陳海春，溫岱宗，袁 恩，周立分

（1.福建師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院，福建福州350108；2.江西中醫(yī)藥大學(xué)科研處，江西南昌330004）

1997 年世界衛(wèi)生組織（WHO）將肥胖癥確定為一種疾病，大量研究也證明肥胖癥是一種慢性非傳染性疾病。從肥胖癥的生理機(jī)制看，1901年已有臨床證據(jù)推測(cè)下丘腦與肥胖癥有關(guān)［1］。1954年，Stellar［2］提出了腹內(nèi)側(cè)核飽食中樞與外側(cè)核饑餓中樞相互平衡并控制進(jìn)食和體質(zhì)量的假說，研究發(fā)現(xiàn)5-羥色胺、肽類遞質(zhì)等與食欲有關(guān)，從中樞調(diào)控角度探索了肥胖的發(fā)生機(jī)制。肥胖研究領(lǐng)域的一個(gè)重大突破是1994年“脂肪調(diào)節(jié)器”瘦素的發(fā)現(xiàn)，其在血液中的濃度與脂肪量成正比，可作用于下丘腦，抑制食欲，實(shí)現(xiàn)對(duì)脂肪的調(diào)控［3］，隨后發(fā)現(xiàn)的脂聯(lián)素［4］、鳶尾素［5］也可通過不同途徑調(diào)控脂肪量，這些重要蛋白可能成為控制肥胖的靶點(diǎn)。代謝角度的研究認(rèn)為胰島素抵抗與肥胖有關(guān)［6-7］，很多活性成分可通過調(diào)節(jié)胰島素影響糖脂代謝，一磷酸腺苷（AMP）依賴的蛋白激酶（AMPK）是一種細(xì)胞能量傳感器，可調(diào)節(jié)胰島素敏感性，AMPK 的活性改變可影響胰島素抵抗，從而引起細(xì)胞能量失衡，導(dǎo)致肥胖［8］。慢性炎癥在肥胖的發(fā)病機(jī)制中起著至關(guān)重要的作用［9］。在肥胖的發(fā)展過程中，脂肪組織表現(xiàn)為脂肪細(xì)胞肥大、血管生成增多、免疫細(xì)胞浸潤(rùn)和細(xì)胞外基質(zhì)過度生成等動(dòng)態(tài)組織學(xué)改變，引發(fā)機(jī)體慢性炎癥［9］，而血管壁的慢性炎癥反應(yīng)可引起動(dòng)脈粥樣硬化［10］。流行病學(xué)研究顯示，肥胖是心血管疾病的重要風(fēng)險(xiǎn)因素，也是死亡的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子［11］。鑒于肥胖對(duì)心血管的危害，探索高效的減脂途徑對(duì)改善肥胖者心血管健康有重要意義。

高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練（high-intensity interval training，HIIT）是WHO 和美國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)會(huì)（ACSM）推薦的一種有效提高身體機(jī)能的運(yùn)動(dòng)方式［12］，在超重/肥胖人群取得同樣心血管健康收益的情況下，HIIT比中等強(qiáng)度訓(xùn)練節(jié)約時(shí)間［13］。HIIT可通過增加物質(zhì)和能量代謝，減少脂肪堆積，達(dá)到減脂的目的［14］，也對(duì)提高心肺機(jī)能、改善糖脂代謝、降低胰島素抵抗有促進(jìn)作用［15］。HIIT可刺激機(jī)體骨骼肌細(xì)胞膜表面葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（GLUT4）表達(dá)及轉(zhuǎn)位活性，提高胰島素?cái)y糖轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入肌細(xì)胞貯藏的效率，從而提高胰島素敏感性［16］。HIIT影響炎癥因子的研究發(fā)現(xiàn)，肥胖青少年經(jīng)過24 周HIIT訓(xùn)練后，血炎癥因子顯著改善［17］。目前很多研究從基因、mRNA、蛋白質(zhì)等層面入手闡釋HIIT 的健康效益［15，17-19］。隨著研究的深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，某些基因表達(dá)的變化不一定能引起特定機(jī)能的改變，某些蛋白質(zhì)可能因不具備活性，其濃度的變化不會(huì)對(duì)器官系統(tǒng)產(chǎn)生影響，某個(gè)基因和蛋白質(zhì)的缺失會(huì)因其他基因和蛋白質(zhì)的存在而使其功能得到補(bǔ)償，而小分子代謝產(chǎn)物才是這一系列事件的最終結(jié)果，它能更直接、準(zhǔn)確地反映生物體的病理和生理狀況［20］。對(duì)運(yùn)動(dòng)減脂而言，通過探索肥胖人群運(yùn)動(dòng)前后小分子代謝物的變化，可從微觀的物質(zhì)代謝層面了解減脂的機(jī)制。在研究小分子代謝物的過程中，有效的分離與檢測(cè)技術(shù)成為影響學(xué)科發(fā)展的重要因素，色譜-質(zhì)譜技術(shù)可快速、準(zhǔn)確和高通量地分離、鑒定與檢測(cè)小分子代謝物［21］，為從代謝組學(xué)層面探索運(yùn)動(dòng)減脂的機(jī)制提供借鑒。

代謝組學(xué)是20 世紀(jì)90 年代末發(fā)展起來的一門學(xué)科，其在新陳代謝的動(dòng)態(tài)過程中，系統(tǒng)研究代謝產(chǎn)物的變化規(guī)律，揭示機(jī)體生命活動(dòng)代謝本質(zhì)，主要關(guān)注分子量在1 000 Da 以內(nèi)的小分子代謝物。1985 年Nicholson等［22］利用核磁共振技術(shù)分析大鼠的尿液，發(fā)現(xiàn)尿液代謝物的變化與病理變化相關(guān)聯(lián)，意識(shí)到這可能是生命科學(xué)研究的巨大突破。隨后Dugas 等［23］采用氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)（GC-TOF/MS）分析特定代謝物與肥胖的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)美國(guó)肥胖婦女的循環(huán)血多種代謝物水平高于體質(zhì)量正常者，這些代謝物與高脂肪、高血脂和缺乏高強(qiáng)度身體活動(dòng)相關(guān)。Romo-Hualde 等［24］采用超高效液相色譜-串聯(lián)四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜（UPLC-QTOF）對(duì)硫辛酸（α-La）干預(yù)肥胖進(jìn)行了尿樣的代謝組學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)14個(gè)代謝物與超氧化物歧化酶（SOD）呈正相關(guān)，推測(cè)α-La對(duì)減肥的有益作用是通過改善抗氧化性能實(shí)現(xiàn)的。目前UPLCQTOF被廣泛應(yīng)用于肥胖、糖尿病、腫瘤生物標(biāo)志物的篩選與鑒定［25-28］，這些研究表明應(yīng)用 UPLC-QTOF 可篩選和鑒定差異代謝物，有利于闡明運(yùn)動(dòng)減脂的代謝機(jī)制，對(duì)肥胖的預(yù)防有積極作用。

本文對(duì)超重/肥胖女大學(xué)生進(jìn)行8 周的HIIT 干預(yù)后，采用UPLC-QTOF對(duì)其尿液進(jìn)行代謝組學(xué)分析，通過篩選和鑒定HIIT運(yùn)動(dòng)前后差異代謝物，結(jié)合差異代謝物的代謝通路探討HIIT減脂的機(jī)制。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

受試者招募于江西中醫(yī)藥大學(xué)，對(duì)其進(jìn)行疾病調(diào)查與身體形態(tài)機(jī)能測(cè)試。納入標(biāo)準(zhǔn)：①女性，年齡18～22歲；②身體健康；③除體育課外，無規(guī)律體育鍛煉習(xí)慣；④體質(zhì)量指數(shù)（BMI）＞24 kg/m2；⑤同意參與試驗(yàn)并簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)：①心血管疾病、肝病、腎病等慢性疾病患者；②近期有服用藥物者；③不能完成全程運(yùn)動(dòng)干預(yù)者。共納入16名受試者。

1.2 研究方法

1.2.1 形態(tài)學(xué)指標(biāo)

在入組后干預(yù)前進(jìn)行形態(tài)學(xué)指標(biāo)測(cè)試，完成8 周HIIT 干預(yù)后24 h 進(jìn)行第2 次測(cè)試，早晨空腹測(cè)試。采用身高儀器測(cè)試身高，生物電阻抗身體成分分析儀（InBody 270）測(cè)試體質(zhì)量，以及骨骼肌、脂肪占比等，計(jì)算BMI和腰臀比。

1.2.2 Beep test方法

Beep test 是評(píng)價(jià)心肺機(jī)能的一種負(fù)荷方法［29］。受試者在相隔20 m 的兩條線之間進(jìn)行由慢到快的往返跑，節(jié)奏完全由音樂節(jié)拍器控制，在聽到音樂帶中“笛”樣哨音指令后開始向?qū)γ媾埽竭_(dá)后停止，等待下一聲哨音。初始跑速為8.5 km/h，每過1 min節(jié)奏加快一級(jí)（stage），速度增加0.5 km/h。受試者跑步速度逐漸加快，連續(xù)3 次不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按要求踏上或踏過端線，或感到無法堅(jiān)持運(yùn)動(dòng)時(shí)停止測(cè)試，通過受試者完成的水平評(píng)價(jià)最大耗氧量（VO2max）。

1.2.3 尿液預(yù)處理

分別在運(yùn)動(dòng)方案實(shí)施前和完成運(yùn)動(dòng)方案后24 h取晨尿，-80 ℃保存。對(duì)收集的每例尿液進(jìn)行預(yù)處理：尿液37 ℃解凍20 min，3 000g（4 ℃）離心10 min，取上清液 100 μL 加甲醇 400 μL 沉淀蛋白，渦旋 1 min后冰上孵化10 min，14 000g（4 ℃）離心15 min，取上清液300 μL，0.22 μm 微孔過濾，加入取樣瓶，-80 ℃保存待測(cè)。待全部尿液收集處理完成后，對(duì)每例尿樣逐一進(jìn)行測(cè)試。

1.2.4 尿代謝組學(xué)測(cè)試

（1）儀器性能及實(shí)驗(yàn)條件。色譜儀器為島津LC-30A。色譜柱為ACQUITY UPLC BEH C18（1.7 μm，2.1 mm×100 mm）；柱溫為40 ℃；流速為0.3 mL/min；進(jìn)樣量為1 μL；流動(dòng)相采用乙腈-0.1%甲酸水，二元梯度洗脫，流動(dòng)相A 為0.1%甲酸水溶液，流動(dòng)相B 為乙腈溶液，洗脫流程見表1。

表1 流動(dòng)相梯度洗脫程序Table 1 Gradient elution of mobile phase

（2）質(zhì)譜條件。質(zhì)譜儀器為AB Sciex Triple TOF 5600+，使用電噴霧離子源（ESI），輔氣和碰撞氣為高純氮?dú)猓?9.99%），分辨率為35 000（FWHM）。每例樣品分別采用正離子和負(fù)離子2 種模式獲取質(zhì)譜信息，一級(jí)質(zhì)譜母離子掃描范圍為50～1 000 Da，同時(shí)進(jìn)行二級(jí)質(zhì)譜掃描，子離子掃描范圍為50～1 000 Da。

（3）數(shù)據(jù)預(yù)處理與分析。UPLC-QTOS 所得數(shù)據(jù)通過MarkerView v1.2.1（AB SCIEX）軟件預(yù)處理，將處理后的變量矩陣導(dǎo)入SIMCA-P 14.1 軟件進(jìn)行無監(jiān)督的主要成分分析（PCA）和有監(jiān)督的正交化偏最小二乘判別分析（OPLS-DA），通過OPLS-DA 模型找到組間區(qū)分貢獻(xiàn)最大的主成分。利用排列實(shí)驗(yàn)和CVANOVA 方法對(duì)模型的有效性進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，如果隨機(jī)排列后模型的R2Y值和Q2值都小于模型值表示實(shí)際模型有效，CV-ANOVA 所得P＜0.05 表明模型建立成功，組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。依據(jù)OPLSDA 模型分析得出變量重要投影值（variable importance in projection，VIP），以VIP＞1.5 為標(biāo)準(zhǔn)篩選運(yùn)動(dòng)前后區(qū)分顯著性水平的代謝標(biāo)志物，結(jié)合t檢驗(yàn)，將VIP＞1.5且P＜0.05者視為運(yùn)動(dòng)前后具有明顯差異的代謝標(biāo)志物。依據(jù)不同的加合離子模式結(jié)合監(jiān)測(cè)到差異物對(duì)應(yīng)的質(zhì)荷比（m/z）在HMDB 數(shù)據(jù)庫中搜索，m/z值偏差在5×10-6以內(nèi)，將初步篩選處理的化合物結(jié)合MEDTLIN 和HMDB 等數(shù)據(jù)庫提供的二級(jí)離子質(zhì)譜碎片進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，最終確定代謝物。

1.3 干預(yù)方案

受試者在Beep test 測(cè)試過程中通過Polar 表記錄最大心率，推算心率儲(chǔ)備（heart rate reserve，HRR）［30］。通過HRR 監(jiān)控各受試者的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。對(duì)受試者進(jìn)行8 周 HIIT 干預(yù)，每周 4～5 次，每次包括 35%～40%HRR 強(qiáng)度的準(zhǔn)備活動(dòng)，共 5 min，然后執(zhí)行 10～15 組間歇訓(xùn)練，高強(qiáng)度為75%～80%HRR持續(xù)1 min，間歇強(qiáng)度為35%～40% HRR 持續(xù)1 min，執(zhí)行完成后進(jìn)行5 min（35%～40% HRR）整理活動(dòng)。負(fù)荷監(jiān)控：通過Polar 表的實(shí)時(shí)心率指導(dǎo)訓(xùn)練強(qiáng)度。訓(xùn)練期間通過健康教育規(guī)范受試者的生活習(xí)慣。不能完成總量的75%者視為未完成訓(xùn)練任務(wù)，其中2 名受試者未完成訓(xùn)練任務(wù)。通過24 h 回顧法對(duì)受試者訓(xùn)練期間的其中3 d進(jìn)行膳食調(diào)查。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 19.0 軟件完成，連續(xù)變量采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（-x±s）表示，用平均偏差（mean deviation，MD）和95%置信區(qū)間（95%CI）反映運(yùn)動(dòng)前后差異程度，組間比較采用t檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 運(yùn)動(dòng)期間膳食情況

24 h 回顧法調(diào)查結(jié)果顯示，受試者早、中、晚餐能量占 比 分別 為（33.4±3.7）%、（34.3±6.7）% 、（32.3±8.0）%，蛋白質(zhì)、脂肪、糖攝入能量比例分別為（15.5±3.1）%、（20.6±3.2）%、（63.9±4.3）%，可見經(jīng)健康教育規(guī)范營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)后，受試者三餐能量比例和三大供能物質(zhì)能量攝入比例均符合中國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量［31］。

2.2 形態(tài)機(jī)能情況

由表2 可知，8 周HIIT 后超重/肥胖女大學(xué)生體質(zhì)量和BMI 均無顯著變化，骨骼肌占體質(zhì)量百分比較HIIT 干預(yù)前顯著提高（0.745%，P=0.016＜0.05），脂肪占體質(zhì)量百分比顯著下降（-1.891%，P=0.011＜0.05），腰臀比顯著下降（0.02%，P=0.001＜0.05），心肺機(jī)能指標(biāo) VO2max顯 著 提高（2.392 mL·kg-1·min-1，P=0.023＜0.05），提示8 周HIIT 不僅可改善超重/肥胖女大學(xué)生身體成分，而且可顯著提高其心肺機(jī)能。

2.3 代謝圖譜分析

2.3.1 總離子流

從色譜-質(zhì)譜法測(cè)得的各代謝物的m/z離子強(qiáng)度及其隨時(shí)間變化曲線（圖1）看，設(shè)置的流動(dòng)相梯度洗脫程序能較好地區(qū)分各m/z的離子，便于查找和區(qū)分代謝物，同時(shí)可觀察到HIIT干預(yù)前后部分時(shí)段代謝物離子強(qiáng)度有區(qū)別，如負(fù)離子模式下在11～13 min 區(qū)間，HIIT 干預(yù)后部分代謝物離子強(qiáng)度顯著降低，正離子模式下在26～29 min區(qū)間，HIIT干預(yù)后部分代謝物離子強(qiáng)度顯著提高。

表2 HIIT前后身體形態(tài)指標(biāo)和VO2max變化Table 2 Changes of body composition and VO2max before and after HIIT

圖1 HIIT干預(yù)前后總離子流Figure 1 Total ion flow chart before and after HIIT intervention

2.3.2 代謝組學(xué)分析

所得數(shù)據(jù)通過MarkerView v1.2.1 軟件進(jìn)行預(yù)處理，處理后的變量矩陣導(dǎo)入SIMCA-P 14.1 軟件進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析。經(jīng)過PCA 對(duì)處理后的變量矩陣數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，去除噪聲，結(jié)果顯示負(fù)離子模式下HIIT 干預(yù)前后主成分t［1］、t［2］和t［3］三維區(qū)分效果較好（圖2a），正離子模式下HIIT 干預(yù)前后主成分t［1］、t［2］和t［3］三維區(qū)分效果較好（圖2b）?？梢奌IIT 干預(yù)后超重/肥胖女大學(xué)生尿代謝物輪廓發(fā)生變化。為進(jìn)一步在PCA 模型的基礎(chǔ)上篩選差異代謝物，采用OPLSDA 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由OPLS-DA 模型得分（圖2c、2d）可以看出，正、負(fù)離子模式下HIIT干預(yù)前后離子區(qū)分良好，無重疊，無交叉，正、負(fù)離子模式下OPLS-DA模型均具有良好的擬合度和預(yù)測(cè)能力。隨機(jī)排列實(shí)驗(yàn)可對(duì)OPLS-DA模型進(jìn)行有效性檢驗(yàn)，采用SIMCA-P 14.1 軟件對(duì)數(shù)據(jù)正、負(fù)離子模式下OPLS-DA 模型進(jìn)行200次排列實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，隨機(jī)排列后的正離子和負(fù)離子模式下OPLS-DA 模型R2Y值和Q2值均小于實(shí)際模型值（圖3），由此可推斷正離子和負(fù)離子模式的實(shí)際OPLS-DA模型是有效的。

2.3.3 差異代謝物的篩選與鑒定

在正離子和負(fù)離子模式下OPLS-DA 模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)前后 VIP 和P值的計(jì)算，將 VIP＞1.5 且P＜0.05 的代謝物作為差異代謝物。在PeakView 1.2.1 軟件中將潛在差異代謝物的m/z、MS/MS 二級(jí)圖譜與HMDB、MEDLIN 等生物學(xué)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，最終在負(fù)離子模式下鑒定出9 個(gè)代謝物，在正離子模式下鑒定出7個(gè)代謝物，結(jié)果見表3。

圖2 HIIT干預(yù)前后PCA和OPLS-DA得分Figure 2 Scores of PCA and OPLS-DA before and after HIIT intervention

圖3 HIIT前后OPLS-DA模型排列實(shí)驗(yàn)結(jié)果（n=200）Figure 3 An OPLS-DA model permutation experiment before and after HIIT

表3 HIIT干預(yù)前后差異代謝物特征匯總Table 3 Summary of characteristics of differential metabolites before and after HIIT intervention

2.3.4 代謝通路分析

將16 種差異代謝物導(dǎo)入MetPA（metabolic pathway analysis）系統(tǒng)，用相應(yīng)軟件（Database and Metabo-Analyst 4.0）進(jìn)行代謝通路分析，結(jié)果顯示，HIIT 干預(yù)超重/肥胖女大學(xué)生主要涉及脂肪酸生物合成、亞油酸代謝、鞘脂代謝、線粒體脂肪酸的伸長(zhǎng)、甘油磷脂代謝、賴氨酸降解、脂肪酸代謝、精氨酸與脯氨酸代謝等8 條代謝通路變化，其中脂肪酸生物合成通路富集分析值最大，說明該通路涉及的差異代謝物最多（圖4）。脂肪酸生物合成共涉及49個(gè)化合物，本文鑒定的差異代謝物中油酸、硬脂酸和棕櫚酸均屬于該通路中的化合物（圖5），因此HIIT 減脂機(jī)制可能與該代謝通路有較大關(guān)聯(lián)。此外，鞘脂代謝的拓?fù)溆绊懼底畲螅▓D4），說明鞘脂代謝通路中合成或分解鞘氨醇的路徑最多，因此，提示HIIT減脂過程中鞘脂代謝的鞘氨醇表現(xiàn)較為活躍。

圖4 通路拓?fù)溆绊懗潭却x通路分析Figure 4 Metabolic pathway analysis

3 討論

3.1 差異代謝物與脂代謝調(diào)控

肥胖人群脂代謝調(diào)控能力與脂肪組織、血中游離脂肪酸（FFA）有一定聯(lián)系。在正常情況下，血中FFA可被吸收入脂肪組織，肥胖人群脂肪組織含量多，吸收 FFA 能力有限，造成 FFA“溢出”到血液循環(huán)［32］，過多FFA 可導(dǎo)致骨骼肌、肝臟和心臟中的異位脂質(zhì)沉積，影響胰島素抵抗，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不良影響［33］。FFA直接作用于各種組織中的G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCR），可調(diào)節(jié)食欲、平衡能量［33-34］，另外 FFA 的增加與脂質(zhì)過度積累和炎癥途徑的激活有關(guān)［35］，因此，肥胖人群異位脂質(zhì)沉積增加導(dǎo)致脂代謝調(diào)控能力下降，脂質(zhì)過氧化和慢性炎癥增加導(dǎo)致其身體機(jī)能下降。

對(duì)超重/肥胖女大學(xué)生進(jìn)行為期8 周的HIIT 干預(yù)結(jié)果顯示，運(yùn)動(dòng)后體脂百分比顯著下降，骨骼肌百分比和心肺機(jī)能顯著提升，這些改善可能與運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的代謝物變化有關(guān)。本文采用MarkerView v1.2.1 預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，提取差異代謝物的離子強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)6個(gè)代謝物下調(diào)，10個(gè)代謝物上調(diào)（表3），結(jié)合代謝物的代謝通路和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)情況，推導(dǎo)出HIIT干預(yù)后差異代謝物代謝通路網(wǎng)絡(luò)調(diào)控模型（圖5）。其中：中鏈脂肪酸、長(zhǎng)鏈脂肪酸和甘油磷脂的分解代謝中間產(chǎn)物在HIIT 干預(yù)后增加，提示脂肪酸分解代謝增加；在HIIT干預(yù)后油酸、硬脂酸和棕櫚酸下降，提示脂肪酸合成代謝降低。這些結(jié)果可能與HIIT 干預(yù)后體脂百分比下降有關(guān)。多種途徑可調(diào)控脂肪代謝：HIIT干預(yù)后鞘脂代謝中間產(chǎn)物鞘氨醇含量提高，鞘氨醇可被催化為鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate，S1P），通過一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活一氧化氮（NO）、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號(hào)通路，實(shí)現(xiàn)對(duì)脂肪代謝的調(diào)控；HIIT 干預(yù)后花生四烯酸代謝中間產(chǎn)物異前列腺素-8 在尿中增加，異前列腺素-8 合成前列腺素F（PGF）的前體，而PGF 可通過激活GPCR 和AMPK 途徑實(shí)現(xiàn)對(duì)脂代謝的調(diào)控。另有研究［13］表明，HIIT可顯著增加腎上腺素、去甲腎上腺素和生長(zhǎng)激素，刺激脂肪分解，促進(jìn)骨骼肌氧化酶的表達(dá)或活性上調(diào)，提升骨骼肌氧利用效率，減輕脂質(zhì)氧化程度和慢性炎癥。結(jié)果提示，8周HIIT干預(yù)超重/肥胖女大學(xué)生可通過提高其外周氧利用率、增加脂肪酸的氧化分解實(shí)現(xiàn)減脂目的。

3.2 脂肪酸分解與合成代謝通路

脂肪酸分解作用加強(qiáng)是運(yùn)動(dòng)減脂的基礎(chǔ)，本文結(jié)果顯示，長(zhǎng)鏈、中鏈脂肪酸和甘油磷脂分解代謝的中間產(chǎn)物在HIIT后增加，長(zhǎng)鏈脂肪酸氧化供能在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)時(shí)具有重要作用，可通過長(zhǎng)鏈?；o酶A（CoA）合成酶在細(xì)胞質(zhì)中活化至長(zhǎng)鏈酰基CoA，經(jīng)線粒體內(nèi)外膜轉(zhuǎn)位、催化生成?；鵆oA，而后進(jìn)入線粒體內(nèi)進(jìn)行 β-氧化［36-37］。長(zhǎng)鏈酰基 CoA 可被催化產(chǎn)生 2-碳單位（Malonyl-CoA），Malonyl-CoA 是線粒體生物能（ATP、NADH、FADH2）的碳底物，也可進(jìn)行糖異生，是脂肪酸分解的重要途徑［38］。研究［39］顯示，長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)使小鼠肌肉中Malonyl-CoA 濃度下降可能是脂肪酸氧化增加的一個(gè)重要信號(hào)，但運(yùn)動(dòng)對(duì)人體骨骼肌組織Malonyl-CoA 的水平影響不大，通過觀察肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ（CPTⅠ）對(duì)Malonyl-CoA 的敏感性改變，推斷運(yùn)動(dòng)使長(zhǎng)鏈脂肪酸氧化加強(qiáng)［40］。本文結(jié)果顯示，8周HIIT后長(zhǎng)鏈脂肪酸、中鏈脂肪酸和甘油磷脂的部分中間代謝產(chǎn)物增加，推測(cè)HIIT干預(yù)后脂肪酸氧化分解增加，使異位脂肪沉積減少，對(duì)脂代謝調(diào)控有積極作用。

圖5 HIIT干預(yù)前后差異生物標(biāo)志物代謝通路網(wǎng)絡(luò)模型Figure 5 Models of metabolic pathways of different biomarkers before and after HIIT intervention

脂肪酸的合成和利用與肥胖發(fā)生密不可分，從新陳代謝的靈活性看，健康機(jī)體能適當(dāng)調(diào)節(jié)氧化水平以適應(yīng)各種代謝物的變化是新陳代謝健康的標(biāo)志［41］，然而，在人類和動(dòng)物肥胖模型中發(fā)現(xiàn)脂肪酸運(yùn)輸或氧化過程存在一定缺陷［42-43］。其中，過氧化物酶體增殖激活受體α（PPARα）在脂肪酸氧化中扮演重要角色［44］。肥胖、胰島素抵抗者在高脂飲食后，其骨骼肌PPARα無法上調(diào)，使骨骼肌利用脂肪酸能力下降［45］；另外，PPARα 的下調(diào)可通過激活脂酰輔酶A 氧化酶（AOX）和細(xì)胞色素P450 4A（CYP4A）促進(jìn)脂肪合成，導(dǎo)致脂肪堆積［46］。本文結(jié)果顯示，油酸、硬脂酸和棕櫚酸在HIIT 干預(yù)后下降，提示HIIT 干預(yù)可使脂肪酸合成降低，有利于減脂。運(yùn)動(dòng)可通過激活A(yù)MPK 影響PPARα 途徑，對(duì)能量代謝進(jìn)行調(diào)控［47-48］，AMPK 對(duì)細(xì)胞能量狀態(tài)敏感［44］，當(dāng)運(yùn)動(dòng)和能量缺乏（AMP/ATP 比率增加）時(shí) AMPK 途徑被激活［49］，調(diào)節(jié)多種代謝過程［50］，如：AMPK/PPARα 途徑可介導(dǎo) PGC-1 基因表達(dá)，使線粒體數(shù)量和功能增加，促進(jìn)脂肪酸氧化分解過程，抑制脂肪酸合成過程［51-52］。本文結(jié)果顯示，HIIT 可降低油酸、硬脂酸和棕櫚酸合成，這可能是導(dǎo)致體脂下降的重要因素。

3.3 鞘脂代謝與S1P

鞘脂水解產(chǎn)物S1P 參與胰島素抵抗和慢性炎癥發(fā)展［53-54］，并與肥胖發(fā)生和代謝紊亂有關(guān)［55］。本文結(jié)果顯示，8 周HIIT 對(duì)鞘氨醇有影響，鞘氨醇磷酸化的產(chǎn)物S1P 是重要的代謝調(diào)控因子，大約65%的S1P 與血漿脂蛋白結(jié)合，50%與高密度脂蛋白有關(guān)，其余部分與白蛋白結(jié)合。在哺乳動(dòng)物中循環(huán)血濃度高于細(xì)胞間液濃度［56］，但循環(huán)血S1P 水平似乎對(duì)代謝狀態(tài)的變化很敏感，如禁食、肥胖、運(yùn)動(dòng)、糖尿病等對(duì)血漿S1P的變化都有影響。

在本文中，超重/肥胖女大學(xué)生經(jīng)過8 周HIIT 干預(yù)后，尿鞘氨醇升高，可能與運(yùn)動(dòng)后循環(huán)血中脂質(zhì)通量增加引起血漿中S1P 濃度升高有關(guān)［57］；紅細(xì)胞神經(jīng)酰胺水平降低，使紅細(xì)胞釋放S1P 入血，也可引起血漿 S1P 濃度升高［58］。另外，有研究發(fā)現(xiàn) S1P 可激活大鼠原代脂肪細(xì)胞的脂解作用［59］，也可通過激活S1P 受體參與巨噬細(xì)胞的抗炎作用［60］。S1P在病理應(yīng)激環(huán)境下具有改善細(xì)胞存活的作用，較高的血漿S1P 可能通過S1P 受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控肝臟、胰腺β 細(xì)胞和骨骼肌等組織功能，使組織減少脂質(zhì)積累、對(duì)抗凋亡途徑［61］。血漿S1P 濃度的增加可能是運(yùn)動(dòng)改善心血管健康和胰島素敏感性的機(jī)制之一［58］。從這一角度看，HIIT對(duì)健康的收益與鞘氨醇代謝提高有關(guān)。

但也有報(bào)道顯示，高血漿S1P 不利于健康，如肥胖小鼠血漿中 S1P 增加［62］，S1P 可影響胰島素受體的磷酸化［63］，在人血漿中S1P 水平與空腹胰島素、HOMA-IR、HbA1c、總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇、BMI、腰圍和體脂百分比等心血管功能障礙臨床指標(biāo)呈正相關(guān)［64］。S1P 導(dǎo)致 PAI-1、TNF-α、IL-6 和趨化因子基因表達(dá)增加，對(duì)脂肪細(xì)胞有促炎、促血栓作用，在肥胖介導(dǎo)的心血管和代謝疾病的發(fā)病機(jī)制中可能起主要作用［62］，這些研究預(yù)示高血漿S1P 對(duì)健康產(chǎn)生不利影響?？梢?，S1P 在肥胖和代謝功能障礙中的作用非常復(fù)雜，學(xué)者推斷肥胖患者血漿S1P 水平的升高也可能是裂解酶降解S1P 下降所致，S1P 清除率的降低也可能是肥胖患者循環(huán)S1P 增加的原因［64］。因此，很難確定S1P 的增加對(duì)肥胖癥的形成有益還是有害。鞘脂代謝的協(xié)調(diào)以及S1P 產(chǎn)生和清除途徑的平衡是保持內(nèi)穩(wěn)態(tài)的基石。本文結(jié)果顯示，HIIT 干預(yù)后尿鞘氨醇濃度增加，推測(cè)運(yùn)動(dòng)可調(diào)節(jié)鞘脂代謝，提升S1P 清除率，促進(jìn)機(jī)體機(jī)能提高。運(yùn)動(dòng)影響鞘脂在血液和細(xì)胞中代謝的作用機(jī)制尚需深入研究。

3.4 花生四烯酸

花生四烯酸（arachidonate acid）是人體必需的一種脂肪酸，是合成前列腺素的前體，而前列腺素對(duì)脂質(zhì)代謝、血管彈性、免疫反應(yīng)和血小板激活等具有重要的調(diào)節(jié)作用。本文結(jié)果顯示，運(yùn)動(dòng)后尿液異前列腺素-8 水平高于運(yùn)動(dòng)前。異前列腺素-8 是由自由基催化花生四烯酸過氧化生成的類前列腺素類化合物，主要分布于細(xì)胞膜的磷脂結(jié)構(gòu)域和循環(huán)血中的脂蛋白，一旦被磷脂酶裂解，就會(huì)釋放到細(xì)胞外，并從尿液中排出。根據(jù)藥物動(dòng)力學(xué)和代謝研究結(jié)果，異前列腺素-8 在人體內(nèi)的半衰期約為16 min［65］。在氧化應(yīng)激增加的條件下，血漿和尿液異前列腺素-8 水平升高，可反映抗氧化不足和氧化應(yīng)激［66］。異前列腺素具有較低的日變異性，已被用作健康受試者氧化應(yīng)激的可靠生物標(biāo)志物［65］。研究顯示，肥胖成年人的異前列腺素濃度明顯升高［65］，向心性肥胖人群異前列腺素-8水平升高與肥胖獨(dú)立相關(guān)［67］。

有關(guān)運(yùn)動(dòng)對(duì)異前列腺素影響的研究結(jié)果報(bào)道不一。未經(jīng)訓(xùn)練、久坐、血脂異常的非胰島素依賴型糖尿病患者進(jìn)行8 周的小強(qiáng)度訓(xùn)練（HR＜100 次/min，或55%～65%VO2max）后，尿液異前列腺素?zé)o顯著變化［68］。對(duì)超重者進(jìn)行為期12 個(gè)月的小強(qiáng)度訓(xùn)練后異前列腺素水平有所降低［69］。也有研究結(jié)果顯示，一次急性運(yùn)動(dòng)后16 h，異前列腺素水平較運(yùn)動(dòng)前增加［54］，對(duì)受試者進(jìn)行2 周70%～85% HRmax強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后異前列腺素水平較運(yùn)動(dòng)前增加［70］，對(duì)成年男性2 型糖尿病患者進(jìn)行為期8 周的高于通氣閾運(yùn)動(dòng)（30 min），運(yùn)動(dòng)后異前列腺素水平較運(yùn)動(dòng)前增加［71］?？傮w而言，小強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后異前列腺素有下降趨勢(shì)［72］，急性運(yùn)動(dòng)和中大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后異前列腺素水平升高［70-71，73］。本文結(jié)果顯示，8周HIIT 后尿液異前列腺素-8 升高，與前人［70-71，73］研究結(jié)果一致，這一升高并不能表示運(yùn)動(dòng)后機(jī)體抗氧化能力下降，因?yàn)楫惽傲邢偎?8 變化不僅與抗氧化系統(tǒng)有關(guān)，還與應(yīng)激狀況、飲食結(jié)構(gòu)、生活方式等有關(guān)［74］，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)肌肉收縮以及應(yīng)激激素的分泌可能是引起異前列腺素-8運(yùn)動(dòng)后升高的原因。

3.5 氨基酸代謝通路與葡萄糖醛酸化

5-aminopentanoic acid是腸道菌群的代謝產(chǎn)物［75］，腸道菌群的變化是肥胖發(fā)生的重要機(jī)制之一［76］，而運(yùn)動(dòng)可通過調(diào)整腸道菌群改善肥胖［77］。本文發(fā)現(xiàn)，對(duì)超重/肥胖女大學(xué)生進(jìn)行8 周HIIT 干預(yù)后，其體內(nèi)5-aminopentanoic acid 發(fā)生變化，推斷HIIT 提高身體機(jī)能、降低脂肪百分比可能與腸道菌群代謝有關(guān)。

5-aminopentanoic acid 也是賴氨酸、脯氨酸、精氨酸代謝的中間產(chǎn)物。脯氨酸可促進(jìn)脂肪酸氧化，精氨酸可使肌肉合成增加，這些功能與本文顯示的降脂和增肌結(jié)果相吻合。另外，精氨酸是內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）/NO 通路的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，eNOS 由2 個(gè)還原結(jié)構(gòu)域組成，參與氧化還原反應(yīng)的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）、黃素單核苷酸（FMN）、黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和一些氧化酶在結(jié)構(gòu)域上有其結(jié)合位點(diǎn)，eNOS 也參與氧化還原反應(yīng)的調(diào)控，NO 是其催化產(chǎn)物，參與心血管構(gòu)建，與心血管功能密切相關(guān)［78］。本文結(jié)果顯示，以精氨酸為物質(zhì)基礎(chǔ)的eNOS/NO 信號(hào)通路可能參與HIIT 干預(yù)后的脂代謝調(diào)控和心血管構(gòu)建，并與VO2max的提升有聯(lián)系。

葡萄糖醛酸化過程可幫助機(jī)體排泄有毒物質(zhì)、藥物或其他不能用作能源的物質(zhì)，重度肥胖對(duì)葡萄糖醛酸化有影響［79］。本文發(fā)現(xiàn)，對(duì)超重/肥胖女大學(xué)生進(jìn)行8 周HIIT 干預(yù)后，葡萄糖醛酸化的產(chǎn)物cortolone-3-glucuronide 和11-beta-hydroxyandrosterone-3-glucuronide 顯著提高，提示HIIT 可增加超重/肥胖女大學(xué)生體內(nèi)一些有害物質(zhì)的排泄，對(duì)肝腎功能有保護(hù)作用，對(duì)代謝所需的內(nèi)環(huán)境起穩(wěn)定作用。

4 結(jié)論

超重/肥胖女大學(xué)生進(jìn)行8 周HIIT 可有效減脂和提升身體機(jī)能。本文分析鑒定的16 種差異代謝物可能與減脂機(jī)制有關(guān)。HIIT 引起尿中葡萄糖醛酸化代謝物增加，有利于機(jī)體代謝廢物和毒素的排出，為脂代謝提供良好的內(nèi)環(huán)境，而HIIT 引起的賴氨酸、脯氨酸、精氨酸和鞘氨醇的部分代謝產(chǎn)物變化可能參與脂肪酸的代謝調(diào)控，使受試者干預(yù)后脂肪酸分解過程加強(qiáng)，油酸、硬脂酸和棕櫚酸合成量降低，可能是HIIT減脂的重要途徑之一。