李鐵瑛 張纓

北京體育大學(xué)運動人體科學(xué)學(xué)院（北京 100084）

1 apelin基本結(jié)構(gòu)

1998年，Tatemeto等從牛胃分泌物中提取出APJ（血管緊張素Ⅱ1型受體相關(guān)蛋白）的內(nèi)源性配體，命名為愛帕琳肽（apelin）。apelin是由 77個氨基酸構(gòu)成的多肽，存在多種亞型，如apelin-36、apelin-31、apelin-19、apelin-17、apelin-16、apelin-13和[Pyr1]apelin-13（apelin-13的焦谷氨酸鹽形式）等[1]。其中，apelin-13是apelin的基本結(jié)構(gòu)，其N端參與和APJ受體的結(jié)合，C端主要參與生物活性的調(diào)控[2]。apelin主要是通過與APJ結(jié)合發(fā)揮其生理作用。APJ受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體[3]。apelin是最早被發(fā)現(xiàn)的APJ內(nèi)源性配體[4]，并與APJ構(gòu)成apelin/APJ系統(tǒng)。apelin及其受體APJ廣泛分布于人和鼠的組織器官中，尤其在脂肪、心臟、血管、肝臟、骨骼肌等[5，6]。長期以來，apelin/APJ一直被報道具有降低血壓、調(diào)節(jié)心臟和血管的收縮、胰島素分泌、垂體激素的釋放、體液平衡、免疫和胃腸道等多種生物學(xué)效應(yīng)[7-9]。研究發(fā)現(xiàn)，apelin除與肥胖、胰島素抵抗等代謝紊亂類疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)外，在機體的糖、脂代謝中也起到重要作用[10，11]。本文綜述apelin及其受體APJ（血管緊張素Ⅱ1型受體相關(guān)蛋白）在骨骼肌糖、脂代謝中的調(diào)控作用，以及運動與apelin的關(guān)系。

2 apelin與骨骼肌能量代謝調(diào)節(jié)

2.1 糖代謝調(diào)節(jié)

高脂飲食飼養(yǎng)apelin轉(zhuǎn)基因（TG）和野生（WT）鼠，TG鼠肥胖發(fā)生率明顯低于WT鼠，并且其骨骼肌表現(xiàn)出更強的葡萄糖氧化能力[12]。正常飲食飼養(yǎng)的apelin敲除（APKO）鼠與WT鼠相比胰島素敏感性無顯著差別，但葡萄糖耐受性顯著性降低。高脂/高糖飼養(yǎng)的APKO鼠比WT鼠更早出現(xiàn)高胰島素血癥和胰島素抵抗，并且在出現(xiàn)胰島素抵抗后，APKO鼠的胰島素敏感性和葡萄糖耐受性均顯著低于WT鼠[13]。由此可知，apelin在機體葡萄糖代謝和胰島素敏感性中起著重要的調(diào)節(jié)作用。

另外，補充apelin能夠調(diào)節(jié)機體葡萄糖代謝。APKO鼠的葡萄糖耐受性顯著低于WT鼠，但連續(xù)4周腹腔注射apelin后，APKO鼠葡萄糖耐受性與WT鼠相比已無顯著差異[13]。WT小鼠禁食6小時后靜脈注射apelin或磷酸鹽緩沖液（PBS），隨后在0、15、30、60、90、120分鐘分別測定血糖濃度，結(jié)果表明apelin組在除0分鐘外的五個時間點血糖濃度均顯著性低于PBS組，并且apelin組比目魚肌和趾長伸肌中葡萄糖利用率顯著高于PBS組[14]。通過高脂飲食誘導(dǎo)WT鼠成為胰島素抵抗小鼠，對這些胰島素抵抗鼠同樣注射apelin或PBS，結(jié)果也出現(xiàn)了上述變化。而體外用apelin孵育比目魚肌，同樣發(fā)現(xiàn)加入apelin后可顯著增加比目魚肌對葡萄糖的攝取[14]。細胞實驗誘導(dǎo)小鼠成肌細胞（C2C12）分化為肌管細胞，用 apelin-13孵育兩小時后葡萄糖代謝相關(guān)酶的含量顯著增加[13]。以上說明，apelin可能通過增加靶組織（如骨骼?。ζ咸烟堑臄z取和利用來降低血糖濃度，即使是對胰島素抵抗小鼠體，也可發(fā)揮其作用。

2.2 脂代謝調(diào)節(jié)

apelin同樣能夠調(diào)節(jié)骨骼肌脂代謝。將apelin TG鼠和WT鼠各自分為正常飲食組（SD）和高脂飲食組（HFD）。26周膳食干預(yù)后，SD組喂養(yǎng)的兩種鼠的體重、體脂無顯著差異；而HFD組喂養(yǎng)的TG鼠體重、體脂顯著性低于WT鼠，并且TG鼠骨骼肌中與脂代謝相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，如：過氧化物酶體增殖物激活受體β（PPARβ）、雌激素相關(guān)受體α（ERRα）以及脂肪酸氧化相關(guān)酶，如：丙酮酸脫氫酶激酶4（PDK4）、肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1B（CPT1B）、解偶聯(lián)蛋白3（UCP3）的mRNA均高于WT鼠[12]。胰島素抵抗小鼠連續(xù)4周腹腔注射apelin或生理鹽水后，apelin組的脂肪量、血糖、血漿甘油三酯水平以及夜間呼吸商均顯著低于生理鹽水組，而apelin組比目魚肌中脂肪酸完全氧化水平顯著高于生理鹽水組[15]。UCP3在骨骼肌脂肪酸氧化和代謝調(diào)節(jié)中起重要作用[16]。高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖鼠連續(xù)兩周腹腔注射apelin后，其骨骼肌中的UCP3 mRNA表達顯著增加[17]。

2.3 apelin對線粒體數(shù)量的影響

線粒體是骨骼肌能量代謝的中心，線粒體酶活性變化可以反映線粒體數(shù)量[18，19]。連續(xù)2周腹腔注射apelin-13，大鼠股三頭肌中的檸檬酸合酶（CS）、細胞色素C氧化酶（COX）和β-羥酯酰輔酶 A 脫氫酶（β-HAD）的活性顯著增加，并且核編碼和線粒體編碼的COXIV和COXI表達也顯著增加，表明apelin-13可以增加骨骼肌線粒體的數(shù)量[20]。高脂飼養(yǎng)apelin TG鼠和WT鼠20周后，TG鼠比WT鼠骨骼肌線粒體數(shù)量顯著增加，且I型（氧化型）肌纖維比例顯著提高[12]。此外，對高脂膳食飼養(yǎng)的WT鼠連續(xù)4周注射apelin-13，骨骼肌中線粒體數(shù)目顯著性增加（線粒體DNA/核 DNA），且線粒體復(fù)合物Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ的蛋白表達顯著提升[15]。因此，apelin能夠調(diào)節(jié)骨骼肌中線粒體的數(shù)量和功能。

2.4 調(diào)節(jié)機制

腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK）是機體能量需求的“感受器”和“報警信號”，能在運動中感受骨骼肌收縮所引起的能量變化，并被這種變化所激活（AMP上升，ATP下降）。一旦AMPK被激活即可調(diào)控糖和脂肪等能量代謝，啟動分解代謝途徑，同時關(guān)閉多條消耗ATP的通路[21]。一些研究認為apelin調(diào)控骨骼肌能量代謝是apelin介導(dǎo)對AMPK的作用[13-15，22]。研究發(fā)現(xiàn)采用10 nM濃度的apelin孵育WT鼠的比目魚肌或采用1 μM apelin孵育C2C12細胞，其葡萄糖利用量、AMPKα磷酸化水平（p-AMPKα）顯著增加，但同時采用apelin和AMPK抑制劑Compound C孵育時則上述增加作用消失[13，14]。另一研究顯示，WT鼠腹腔注射 apelin 后，p-AMPKα/AMPKα、磷酸化乙酰輔酶A羧化酶（p-ACC）/乙酰輔酶A羧化酶（ACC）、過氧化物酶體增殖活化受體γ輔助活化因子1α（PGC-1α）、核呼吸因子1（NRF1）均顯著增加，而骨骼肌特異性失活A(yù)MPK的小鼠同樣注射apelin后未出現(xiàn)上述變化[15]。然而，也有研究表明大鼠連續(xù)2周每天腹腔注射apelin-13，股三頭肌中的p-AMPKα和p-ACC表達未見顯著變化[20]，提示apelin對機體AMPK的調(diào)節(jié)作用可能存在著組織差異性。apelin可參與調(diào)節(jié)骨骼肌中的能量代謝，但調(diào)節(jié)機制仍有待于進一步研究。

3 運動與apelin在骨骼肌能量代謝調(diào)節(jié)中作用

骨骼肌是機體運動時的主要供能組織，隨著apelin與骨骼肌能量代謝研究的不斷深入，apelin在運動改善機體能量代謝中的作用受到關(guān)注。

3.1 新發(fā)現(xiàn)的肌肉因子

運動可以增加全身的葡萄糖代謝，有學(xué)者提出運動改善代謝的效果可能受到肌肉收縮時產(chǎn)生的肌肉因子，如：白細胞介素6（IL6）、肌肉生長抑制素（MSTN）和鳶尾素（Irisin）等的調(diào)控[23]。新近研究發(fā)現(xiàn)，11名肥胖男性經(jīng)8周耐力運動后，骨骼肌中apelin mRNA表達可增加一倍。進一步離體培養(yǎng)受試者股外側(cè)肌，采用腺苷酸環(huán)化酶激活劑毛喉素（forskolin）和鈣離子通道載體離子霉素（ionomycin）孵育以模擬運動刺激。孵育24小時后，在培養(yǎng)基中可檢測到apelin mRNA，表明運動時骨骼肌可獨立表達apelin。因此，apelin被稱為是新發(fā)現(xiàn)的肌肉因子[24]。

3.2 運動對血液apelin含量和骨骼肌apelin表達的影響

有研究表明肥胖者血漿中apelin含量顯著性增加，且其含量與BMI成正相關(guān)[25]。20名肥胖女性連續(xù)進行8周有氧運動后，與安靜對照組肥胖女性相比，血漿中的apelin、腫瘤壞死因子α（TNFα）含量顯著下降[26]。將大鼠分為正常對照組（NC）、2型糖尿病安靜組（DMC）和2型糖尿病運動組（DME）。DMC組血清apelin含量（1.76±0.33 ng/L）顯著低于NC組（2.72±0.85 ng/L）；DME組進行12周的有氧運動干預(yù)后，血清apelin含量（3.30±0.63 ng/L）顯著高于DMC組[27]。高脂高糖飲食誘導(dǎo)的患代謝綜合征大鼠進行12周游泳運動后血漿apelin含量（13.12±2.62 ng/ml）約是安靜對照組（4.44±1.39 ng/ml）的3倍[28]。一直以來認為運動引起的血液apelin含量變化主要與脂肪組織相關(guān)，但研究結(jié)果不盡相同。將大鼠分為正常飲食對照組、高脂飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗大鼠安靜組和胰島素抵抗大鼠運動組，胰島素抵抗大鼠安靜組與正常飲食對照組相比，脂肪組織apelin mRNA和蛋白表達增加，同時血漿apelin含量顯著升高。胰島素抵抗大鼠運動組進行8周跑臺運動后，與其安靜組相比，脂肪組織中的apelin mRNA和蛋白表達、血漿中apelin含量顯著降低，提示脂肪組織apelin表達與其血液含量存在正相關(guān)[29]。也有研究發(fā)現(xiàn)胰島素抵抗鼠和糖尿病患者血漿apelin含量增加，而脂肪組織apein表達未顯著變化，并且血漿apelin含量與體脂變化不一致[30]。2型糖尿病人進行24周的有氧運動訓(xùn)練，骨骼肌重量、骨骼肌apelin表達以及血漿apelin含量顯著增加，但脂肪重量和脂肪組織apelin表達并未發(fā)生變化。因此人們推測，運動引起骨骼肌分泌apelin增加可能也是影響其在血液中含量變化的重要因素[31]。

后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)胰島素抵抗鼠8周跑臺訓(xùn)練后，比目魚肌和腓腸肌中apelin和APJ的mRNA、蛋白表達均顯著增加[29]。2型糖尿病Zuker大鼠（ZDF）和正常Zuker大鼠（ZLC）進行6周跑臺耐力運動訓(xùn)練，分別與各自安靜對照組相比，運動組的ZDF和ZLC大鼠比目魚肌中的apelin蛋白表達均顯著性降低，但趾長伸肌中apelin蛋白表達無顯著差異。另外，ZDF大鼠在運動后血漿apelin顯著增加，而ZLC大鼠運動后血漿apelin含量則變化不大[32]。該研究顯示，ZDF大鼠比目魚肌apelin蛋白表達量與血漿apelin含量成負相關(guān)，而血漿中apelin含量與大鼠前肢握力及肌肉毛細血管含量成正相關(guān)，但在ZLC大鼠體內(nèi)未發(fā)現(xiàn)這些相關(guān)性變化。由此可見，運動對不同鼠種、不同骨骼肌組織apelin表達的影響可能存在不同。

3.3 低氧、低氧訓(xùn)練對骨骼肌apelin表達的影響

低氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）是一種氧依賴轉(zhuǎn)錄激活因子，與機體低氧適應(yīng)密切有關(guān)[33]。韓松等[34]深入研究發(fā)現(xiàn)在apelin的啟動子上含有與HIF-1α結(jié)合的位點，表明HIF-1α能夠促進apelin基因的轉(zhuǎn)錄。已有研究發(fā)現(xiàn)結(jié)扎小鼠心臟左前降支會造成供血不足，在手術(shù)4、8和12周后股四頭肌中氧含量均呈現(xiàn)顯著性下降，HIF-1α mRNA表達顯著性增加；同時apelin和APJ mRNA表達也顯著升高[35]。高脂飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗小鼠進行四周低氧訓(xùn)練后骨骼肌中HIF-1α蛋白表達增加，apelin、APJ的 mRNA和蛋白表達均顯著升高[36]。低氧訓(xùn)練是通常采用的提高運動員耐力運動能力的輔助手段之一。有研究表明，將高脂飲食誘導(dǎo)生成的肥胖鼠隨機分為常氧安靜組、常氧運動組、低氧安靜組和低氧運動組。4周低氧跑臺運動后，低氧運動組小鼠骨骼肌中HIF-1α、apelin和APJ蛋白表達均顯著高于其他三組[36]。

3.4 apelin與運動能力的關(guān)系

測定8名健康男性安靜狀態(tài)和力竭運動后血漿apelin含量，結(jié)果表明運動力竭后血漿apelin含量增加接近一倍（0.18 VS 0.28 ng/ml）[37]。27名超重的2型糖尿病患者，12周有氧運動訓(xùn)練后血漿apelin含量顯著增加，同時其最大攝氧量也顯著增強[38]。采用遞增負荷至力竭的跑臺運動測定APKO鼠和APJ敲除鼠的運動能力，結(jié)果顯示：（1）兩種敲除鼠與野生鼠相比，運動時間均顯著性降低；（2）APKO鼠的最大攝氧量顯著降低，但APJ敲除鼠的最大攝氧量無顯著變化；（3）APKO鼠的靜息氧耗有下降的趨勢，但與野生鼠相比無顯著性差異[39]。

11名健康的男性受試者隨機分為apelin補充組和安慰劑對照組，觀察補充apelin是否對運動能力產(chǎn)生影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與補充安慰劑組相比，補充apelin后耐力運動至力竭的時間變化不大，而最大攝氧量出現(xiàn)顯著性降低，在運動開始后1分鐘時間點的心率顯著升高。分析認為apelin可能有舒張血管的作用，導(dǎo)致機體血管舒張和心動過速，以使受試者出現(xiàn)運動能力下降。因此，該研究不建議個體額外補充apelin以提高運動能力[40]。另外，調(diào)查15名專業(yè)足球運動員血清apelin、adropin和肌酸激酶、乳酸脫氫酶、睪酮/皮質(zhì)醇比值等含量變化，試圖觀察在賽季訓(xùn)練中這兩種肌肉因子（apelin和 adropin）的血液含量變化以及和運動能力的關(guān)系。結(jié)果表明血清apelin變化與運動成績的相關(guān)性并不強。當然該研究存在樣本量較少、缺少普通對照組的局限，結(jié)論有待商榷[41]。因此，apelin與運動能力可能存在一定的相關(guān)性，但是許多問題仍有待于進一步研究。

4 小結(jié)與展望

目前的研究表明apelin可促進骨骼肌糖、脂代謝，并且運動可增加骨骼肌apelin的表達。然而，目前的報道僅僅是局限于運動是否可影響骨骼肌apelin的表達，而關(guān)于運動介導(dǎo)apelin對骨骼肌能量代謝的調(diào)控機制仍缺乏進一步探討。深入研究和揭示其分子機制可能為改善運動缺乏引起的健康問題提供了新方向，為代謝類疾病的防治提供了新靶點。