蘇利強(qiáng) ，陳海春 *，溫岱宗 ，李加鵬 ，2，袁 恩 ，周立分 ，李國慶

靜坐少動(dòng)行為（sedentary behaviour）是在清醒狀態(tài)下，坐位或臥位時(shí)所有能量消耗不超過1.5 METs的行為（Tremblay，2012；Viir et al.，2012），是2型糖尿病、代謝綜合征、心血管疾病和癌癥等疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)因素（Dohrn et al.，2018；Patterson et al.，2018；Wilmot et al.，2012）。研究顯示，每天超過7 h靜坐少動(dòng)行為與死亡率增加有關(guān)（Chau et al.，2013），超過10 h/天者的死亡風(fēng)險(xiǎn)是靜坐少動(dòng)行為6.5 h/天受試者的2.5倍（Dohrn et al.，2018）。來自54個(gè)國家的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，靜坐少動(dòng)行為導(dǎo)致的死亡約占成人全因死亡率的3.8%（Rezende et al.，2016）。靜坐少動(dòng)行為及其帶來的健康危害備受關(guān)注，澳大利亞政府在2014年提出，靜坐少動(dòng)行為風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)大約是每天7或8 h（Ku et al.，2018），而最近基于10個(gè)國家12個(gè)地區(qū)18～66歲成人的調(diào)查結(jié)果顯示，受試者靜坐少動(dòng)行為時(shí)間平均每天為（8.65±1.8）h（Van Dyck et al.，2015）?？梢姡^長(zhǎng)時(shí)間的靜坐少動(dòng)行為已成為世界范圍內(nèi)嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題（Biddle et al.，2016）。

增加體力活動(dòng)、減少靜坐少動(dòng)時(shí)間是改善健康的重要途徑。來自幾項(xiàng)調(diào)查研究的結(jié)果顯示，靜坐少動(dòng)行為對(duì)人體帶來的危害獨(dú)立于體力活動(dòng)（Coqueiro et al.，2017；Loprinzi et al.，2018；Theou et al.，2017），可見在改善健康方面，增加體力活動(dòng)和減少靜坐時(shí)間缺一不可。Ekelund等（2016）通過控制靜坐少動(dòng)行為時(shí)間，讓受試者進(jìn)行每天60～75 min的中高強(qiáng)度體力活動(dòng)（MVPA）可部分降低長(zhǎng)時(shí)間靜坐少動(dòng)行為造成的死亡風(fēng)險(xiǎn)。為探索不同強(qiáng)度體力活動(dòng)與死亡率的關(guān)系，有研究分別用輕度體力活動(dòng)（LPA）和MVPA代替30 min的靜坐少動(dòng)行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)LPA和MVPA可分別降低14%和50%的死亡風(fēng)險(xiǎn)（Fishman et al.，2016；Schmid et al.，2016）。 Lee 等（2018）研究顯示，體力活動(dòng)總量與全因死亡率呈負(fù)相關(guān)，其中MVPA與死亡率的負(fù)相關(guān)性更高，可見，增加體力活動(dòng)，尤其是增加MVPA可降低全因死亡率。

體力活動(dòng)可降低全因死亡率的原因在于體力活動(dòng)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生了有益于健康的適應(yīng)。前瞻性研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從事較長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度體力活動(dòng)（VPA）和MVPA的受試人群具有較低的心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)和良好的胰島素、甘油三酯（TG）、膽固醇代謝能力（Vaisto et al.，2019）。Allen等（2017）采用臨床對(duì)照試驗(yàn)對(duì)招募的靜坐少動(dòng)生活方式（sedentary lifestyle，SDLS）受試者進(jìn)行9周高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練（HIIT；30 s全速跑，4～5 min被動(dòng)恢復(fù)）或間歇全速跑訓(xùn)練（PIST；10 s全速跑，2～3 min中度運(yùn)動(dòng)），結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種干預(yù)方式都能有效地提高V.O2peak。有研究比較15周MVPA和VPA對(duì)SDLS肥胖成人脂代謝和血壓的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)VPA組的LDL-C和舒張壓顯著降低，且VPA組降低LDL-C和舒張壓的效果優(yōu)于MVPA組（Kannan et al.，2014）。6周VPA訓(xùn)練后可使SDLS受試者尿中8-ISOPGF2α（脂質(zhì)過氧化的體內(nèi)標(biāo)志物）和TG顯著降低，提示VPA可以改善氧化應(yīng)激（Lessiani et al.，2016）。Ibrahim等（2018）通過讓SDLS男性進(jìn)行12周循環(huán)訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)后免疫細(xì)胞計(jì)數(shù)提高，推斷循環(huán)訓(xùn)練可以提高SDLS者的免疫機(jī)能?？傊琕PA使SDLS個(gè)體獲得的健康適應(yīng)已有關(guān)于心肺機(jī)能、脂代謝、氧化應(yīng)激和免疫機(jī)能等方面的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，但對(duì)低分子量（小于1 000道爾頓）的內(nèi)源性小分子代謝物的應(yīng)答規(guī)律尚不明確。

小分子代謝物參與機(jī)體新陳代謝、維持生命體正常功能，是基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白組的下游產(chǎn)物，也是最終產(chǎn)物，它能夠更直接、更準(zhǔn)確地反映生命體的病理和生理狀況（Arab Sadeghabadi et al.，2018）。從小分子代謝物入手研究VPA對(duì)SDLS人群身體機(jī)能的影響，有助于從微觀層面闡釋VPA促進(jìn)健康適應(yīng)的生理機(jī)制，對(duì)SDLS人群個(gè)性化運(yùn)動(dòng)方案的制定和有關(guān)體育政策的出臺(tái)有指導(dǎo)作用。代謝物組學(xué)可系統(tǒng)的對(duì)小分子代謝物進(jìn)行定性和定量分析，可作為分析運(yùn)動(dòng)影響機(jī)體內(nèi)源性代謝物應(yīng)答的手段。本研究以SDLS大學(xué)生為受試對(duì)象，進(jìn)行6周VPA干預(yù)，篩選運(yùn)動(dòng)前后的差異代謝物，分析代謝通路，探索差異代謝物及代謝通路與健康適應(yīng)的關(guān)系。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

招募于江西中醫(yī)藥大學(xué)SDLS男性大學(xué)生，對(duì)志愿者進(jìn)行疾病篩查與體力活動(dòng)調(diào)查。納入標(biāo)準(zhǔn)：1）年齡：18～22歲；2）無心血管疾病、肝病、腎病等慢性疾病；3）近期身體健康，未服用藥物；4）符合SDLS標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)SDLS的界定采用第九版《ACSM運(yùn)動(dòng)測(cè)試與運(yùn)動(dòng)處方指南》（美國運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)，2015）中的定義：未參加每周至少3天、每天不少于30 min MVPA，且持續(xù)3個(gè)月以上。排除標(biāo)準(zhǔn)：1）超重或肥胖者以及消瘦者；2）有運(yùn)動(dòng)禁忌癥；3）不能完成全程運(yùn)動(dòng)者。受試者同意參與本研究，并簽署知情同意書。

1.2 研究方法

1.2.1 形態(tài)指標(biāo)測(cè)試

受試者于清晨空腹進(jìn)行指標(biāo)測(cè)試，身高采用身高儀器測(cè)試（精確到0.5 cm），體質(zhì)量和身體成分采用生物阻抗身體成分分析儀測(cè)試（Inbody-270），根據(jù)肌肉重量和脂肪重量計(jì)算肌肉占體質(zhì)量百分比（肌肉%）和脂肪占體質(zhì)量百分比（Fat%）。

1.2.2 體質(zhì)健康指標(biāo)測(cè)試

立定跳遠(yuǎn)、坐位體前屈、肺活量、1 000 m跑和50 m跑按照大學(xué)生體質(zhì)測(cè)試要求進(jìn)行測(cè)試。20 m往返跑測(cè)試（20 meter shuttle run test，20-mSRT）是常用的用于評(píng)價(jià)有氧能力及心肺耐力的亞極限負(fù)荷方法（Mehmet，2017）。受試者完成準(zhǔn)備活動(dòng)后進(jìn)入20-mSRT測(cè)試，在相隔20 m的兩條線之間進(jìn)行由慢到快的往返跑，跑步節(jié)奏完全由音樂節(jié)拍器控制，音樂節(jié)拍由美國庫柏有氧研究所Fit‐nessgram測(cè)試組提供，在聽到音樂節(jié)拍中“笛”的聲音指令后開始向?qū)γ媾?，到達(dá)后停止，等待下一聲“笛”的聲音，初始跑速為8.5 km/h，每過1 min節(jié)奏加快一級(jí)，速度增加0.5 km/h，受試者跑步速度逐漸加快，在連續(xù)3次不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按要求踏上或踏過端線，或感到確實(shí)無法堅(jiān)持運(yùn)動(dòng)時(shí)停止測(cè)試，通過完成水平評(píng)價(jià)O2max。

1.2.3 干預(yù)方案

通過健康教育規(guī)范志愿者的飲食和起居習(xí)慣，對(duì)志愿者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)安全與注意事項(xiàng)的健康教育；參照體育與健康《課程標(biāo)準(zhǔn)》（季瀏，2018）制定如下運(yùn)動(dòng)方案：每次課練習(xí)密度為50%～60%，練習(xí)時(shí)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到80%HRmax以上，包括正式訓(xùn)練準(zhǔn)備活動(dòng)和訓(xùn)練后的整理活動(dòng)各5 min，1～2周每次總練習(xí)時(shí)間控制住50 min（4次/周），3～6周每次總練習(xí)時(shí)間逐步增加到90 min（5次/周），運(yùn)動(dòng)形式以跑、跳為主，結(jié)合體操和街舞等運(yùn)動(dòng)形式。

運(yùn)動(dòng)干預(yù)的實(shí)施：運(yùn)動(dòng)方案的執(zhí)行由課題組老師完成，采用心率與主觀疲勞感覺（RPE）對(duì)學(xué)生運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)（何志金等，2016）。通過對(duì)學(xué)生進(jìn)行自我監(jiān)督的培訓(xùn)，包括Polor表監(jiān)測(cè)心率，計(jì)算最大心率百分百比，結(jié)合RPE監(jiān)控個(gè)人運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度（吳景程等，2011）。訓(xùn)練采用集中訓(xùn)練，課題組指導(dǎo)老師負(fù)責(zé)監(jiān)控訓(xùn)練強(qiáng)度以及掌控訓(xùn)練的安全。通過考勤記錄缺勤情況，將不能完成3/4者終止實(shí)驗(yàn)，其中2名受試者未能完成3/4的考勤，最終12名受試者完成全程運(yùn)動(dòng)干預(yù)（圖1）。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖Figure1. Flow Chart of Experiment

2 樣品采集與分析

2.1 尿液預(yù)處理

分別在運(yùn)動(dòng)方案實(shí)施前和在完成運(yùn)動(dòng)方案后24 h后取空腹晨尿 5 mL，3 000 g（4℃）離心 10 min，取上清液100 μL 加甲醇 400 μL，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 um微孔過濾，加入進(jìn)樣瓶，-80℃冰箱保存待測(cè)。待全部尿液收集處理完成后，對(duì)尿樣進(jìn)行逐一測(cè)試。

2.2 樣品分析

2.2.1 儀器及實(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：0.1%甲酸水溶液，流動(dòng)相B：乙腈溶液，洗脫流程見表1。

表1 流動(dòng)相梯度洗脫程序Table1 Gradient Elution of Mobile Phase /%

2.2.2 質(zhì)譜條件

質(zhì)譜儀器為AB Sciex Triple TOF 5600+，離子源為電噴霧離子源（ESI），輔氣和碰撞氣使用為高純氮?dú)猓?9.99%），分辨率：35 000（FWHM）。離子化模式為電噴霧正和負(fù)離子模式，一級(jí)質(zhì)譜母離子掃描范圍為50～1 000 da，IDA設(shè)置響應(yīng)值超過100 cps的6個(gè)最高峰進(jìn)行二級(jí)質(zhì)譜掃描，子離子掃描范圍為50～1 000 da，開啟動(dòng)態(tài)背景扣除（DBS）。

3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

UPLC-QTOS-MS所得原始數(shù)據(jù)通過MarkerView v1.2.1（AB SCIEX）軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，包括峰識(shí)別、比對(duì)等，處理后的變量矩陣導(dǎo)入SIMCA-P 14.1（Umetric，Ume?，Sweden）軟件進(jìn)行分析。

3.2 差異代謝物的篩選與鑒定

通過SIMCA-P 14.1對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)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），通過排列實(shí)驗(yàn)和CV-ANOVA的方法對(duì)模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，依據(jù)OPLS-DA模型分析得出的變量重要投影（VIP）值用于篩選運(yùn)動(dòng)前后相關(guān)差異代謝物，本研究以VIP為標(biāo)準(zhǔn)篩選運(yùn)動(dòng)前后顯著差異的代謝，結(jié)合 t檢驗(yàn) ，將 VIP＞1.5（Qiu et al.，2010；Yin et al.，2009）和P＜0.05作為運(yùn)動(dòng)前后的差異代謝物。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m/z值在HM‐DB數(shù)據(jù)庫中搜索，m/z值偏差在5 ppm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。

3.3 ROC曲線分析

通過SPSS 19.0軟件對(duì)運(yùn)動(dòng)前后篩選出來的差異代謝物進(jìn)行ROC曲線分析，評(píng)估運(yùn)動(dòng)前后差異代謝物的診斷效力，既這些代謝物可區(qū)分運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)后代謝變化的能力。一般認(rèn)為AUC在0.5～0.7之間是該診斷方法具有較低的診斷效力，在0.7～0.9之間有良好的診斷效力，當(dāng)AUC＞0.9時(shí)具有就較高的診斷效力（Shi et al.，2016；Sumner et al.，2009）。

3.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

連續(xù)變量采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（M±SD）表示，采用t檢驗(yàn)方法進(jìn)行均數(shù)比較，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用SPSS 19.0軟件完成，P＜0.05為差異顯著性水平。

4 結(jié)果

4.1 正、負(fù)總離子流圖結(jié)果

由圖2可以看出，正、負(fù)離子模式下尿離子流圖在運(yùn)動(dòng)前后色譜峰存在一定的差異。

圖2 運(yùn)動(dòng)前后負(fù)、正離子模式條件下尿離子流圖Figure 2. Urine Ion Flow Diagram in Negative and Positive Ion Mode before and after Exercise

4.2 PCA和OPLS-DA結(jié)果

由負(fù)、正離子模式下PCA得分圖可以看出，運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)后兩組代謝物在圖中區(qū)分良好（圖3），可以認(rèn)為運(yùn)動(dòng)前后代謝產(chǎn)物存在一定的差異。

圖3 負(fù)、正離子模式下運(yùn)動(dòng)前后尿代謝組學(xué)PCA和OPLS-DA得分圖Figure 3. Scores of Urinary Metabolomics PCA and OPLS-DA in Negative and Positive Ion Mode before and after Exercise

在負(fù)、正離子模式下，通過分析OPLS-DA模型得分圖，可看出運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)后兩組代謝物得分在圖中聚類良好，分離理性，并無重疊，也沒有交叉，其中，負(fù)離子模式Q2=0.554＞0.4，R2Y=0.988，正離子模式Q2=0.619＞0.4，R2Y=0.967，顯示該模型具有良好的擬合優(yōu)度和預(yù)測(cè)能力。采用了CV-ANOVA分析和隨機(jī)排列實(shí)驗(yàn)對(duì)OPLSDA模型的有效性進(jìn)行檢驗(yàn)，CV-ANOVA分析結(jié)果顯示，負(fù)離子模式下的OPLS-DA模型P=0.0335246＜0.05，正離子模式下的OPLS-DA模型P=0.00594414＜0.05，隨機(jī)排列實(shí)驗(yàn)對(duì)該模型進(jìn)行200次排列實(shí)驗(yàn)，隨機(jī)排列后的正、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4），可見OPLS-DA模型有效。

圖4 OPLS-DA模型排列實(shí)驗(yàn)（n=200）Figure 4. OPLS-DA Model Permutation Experiment（n=200）

4.3 差異代謝物

本研究將運(yùn)動(dòng)前后組間區(qū)分做出顯著貢獻(xiàn)（VIP＞1.5）的代謝物，且離子強(qiáng)度均值存在顯著性差異的代謝物作為差異代謝物，通過分析m/z和該離子的質(zhì)譜信息鑒定出來17個(gè)差異代謝物，除了甲氧基羥基苯乙二醇在運(yùn)動(dòng)后上調(diào)外，其他代謝物在運(yùn)動(dòng)后均下調(diào)（表2）。

表2 差異代謝物信息及運(yùn)動(dòng)后的變化趨勢(shì)Table 2 Differential Metabolite Information and Trends after Exercise

4.4 差異代謝物的診斷能力分析

為評(píng)估差異代謝物對(duì)運(yùn)動(dòng)前后代謝特征的區(qū)分能力，本研究對(duì)17個(gè)差異代謝物進(jìn)行了ROC分析（圖5），結(jié)果顯示，單個(gè)差異代謝物均AUC＞0.7，可見，17個(gè)差異代謝物均表現(xiàn)出良好的診斷能力，其中卟啉膽色素原、3-甲基-2-氧戊酸、癸二酸、噻酰甘氨酸、高香草酸硫酸的AUC＞0.9，對(duì)運(yùn)動(dòng)前后代謝特征的區(qū)分有更高的診斷力（表3）。

表3 ROC曲線下面積及其相關(guān)參數(shù)Table 3 Area under ROC Curve and Related Parameters

圖5 潛在差異代謝物ROC曲線Figure 5. Potential Differential Metabolite ROC Curve

4.5 運(yùn)動(dòng)前后形態(tài)機(jī)能變化情況

由表4可知，6周VPA后SDLS大學(xué)生體質(zhì)量和形態(tài)學(xué)指標(biāo)沒有顯著性變化，而O2max、立定跳遠(yuǎn)、坐位體前屈等成績(jī)均顯著提高，可見VPA在改善大學(xué)生身體機(jī)能和 體質(zhì)健康方面具有明顯的作用。

表4 運(yùn)動(dòng)前后體成分和體質(zhì)指標(biāo)變化Table 4 Indicator Change of Body Composition and Fitness before and after Exercise

5 討論

1985—2008年間6次全國學(xué)生體質(zhì)調(diào)查資料顯示，各年代大學(xué)生身體素質(zhì)呈下降趨勢(shì)（尹小儉等，2012），基于2000—2014年我國4次國民體質(zhì)健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)大學(xué)生的耐力、速度、爆發(fā)力、力量素質(zhì)繼續(xù)下降（茍明等，2015）。其中，SDLS在體質(zhì)下降中扮演重要角色，SDLS人群較長(zhǎng)時(shí)間處于較低的能量消耗狀態(tài)，使MVPA對(duì)代謝的調(diào)控能力降低，導(dǎo)致代謝靈活性降低，不僅造成體質(zhì)下降，而且增加疾病和死亡風(fēng)險(xiǎn)。本研究結(jié)果顯示，VPA可影響脂肪酸、膽固醇和支鏈氨基酸的代謝，改善SDLS大學(xué)生有氧工作能力和體質(zhì)健康水平。

5.1 VPA對(duì)SDLS大學(xué)生有氧能力的影響

人體的有氧能力與骨骼肌利用氧的能力關(guān)系密切。研究顯示，久坐受試者的骨骼肌比從事耐力訓(xùn)練者具有更低的有氧化代謝能力，且體內(nèi)最大脂肪氧化率低于耐力訓(xùn)練者，骨骼肌利用氧的能力降低可能是SDLS人群有氧能力低于經(jīng)常參與體育鍛煉者的原因之一（Lund et al.，2018）。骨骼肌利用氧的能力取決于線粒體，UQCRB是線粒體呼吸鏈蛋白泛素細(xì)胞色素C還原酶的一個(gè)亞單位，UQCRB mRNA在骨骼肌中的表達(dá)量和V.O2max呈正相關(guān)，對(duì)V.O2max具有較強(qiáng)的預(yù)測(cè)能力（Mootha et al.，2003），研究顯示，SDLS人群中UQCRB mRNA的表達(dá)顯著低于經(jīng)常參與體育鍛煉者，因此，推測(cè)靜坐時(shí)間延長(zhǎng)可能影響細(xì)胞線粒體的電子傳遞功能，從而對(duì)機(jī)體有氧能力造成負(fù)面影響（Mootha et al.，2003）。

本研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)后V.O2max、肺活量、1 000 m跑、50 m跑、立定跳遠(yuǎn)和坐位體前屈成績(jī)顯著提高，可見，VPA可改善SDLS大學(xué)生的有氧能力、爆發(fā)力和柔韌素質(zhì)。研究顯示，VPA不僅可以提升每搏輸出量（Helgerud et al.，2007），也可以提高骨骼肌檸檬酸合成酶、丙酮酸脫氫酶（Perry et al.，2008），3-羥酰輔酶A脫氫酶（Burgomaster et al.，2008；Talanian et al.，2007）和細(xì)胞色素氧化酶（Giba‐la et al.，2006）的活性，使線粒體功能和外周氧利用率提高，從而提升機(jī)體的V.O2max；VPA還可促進(jìn)兒茶酚胺、腎上腺素（Williams et al.，2013）、去甲腎上腺素（Zouhal et al.，2008）和生長(zhǎng)因子（Freda et al.，2008）的分泌，對(duì)機(jī)體機(jī)能的提升有促進(jìn)作用。本研究結(jié)果顯示，VPA可提升SDLS人群的有氧工作能力和體質(zhì)健康水平。

本研究在分析VPA對(duì)SDLS大學(xué)生有氧工作能力和體質(zhì)健康水平的影響外，還篩選了運(yùn)動(dòng)前后的差異代謝物，并鑒定出17個(gè)代謝物。這些變化的代謝物是機(jī)體在多種基因、mRNA、蛋白等調(diào)控下，為了適應(yīng)相應(yīng)生活方式和內(nèi)外環(huán)境改變而做出的代謝應(yīng)答反映，因此，差異代謝物在一定程度上可反映SDLS者運(yùn)動(dòng)前后代謝應(yīng)答的變化。代謝應(yīng)答變化反映在整體上應(yīng)該與運(yùn)動(dòng)后機(jī)體獲得的健康適應(yīng)有關(guān)，差異代謝物的變化與健康適應(yīng)存在什么樣的聯(lián)系？

5.2 VPA對(duì)SDLS大學(xué)生線粒體功能和脂肪酸代謝的影響

SDLS人群較低的有氧能力與較低的線粒體功能有關(guān)（Zoll et al.，2002），因?yàn)檩^長(zhǎng)時(shí)間的靜坐少動(dòng)行為可導(dǎo)致線粒體含量減少和功能下降（Figueiredo et al.，2009）。由于SDLS人群與經(jīng)常參與體育鍛煉者之間的靜息代謝率沒有差異（Schrauwen et al.，1999），而SDLS人群的線粒體含量較低、功能差（Figueiredo et al.，2009），因此，SDLS人群需要較高的線粒體氧通量才能滿足細(xì)胞的能量需求（Schrauwen et al.，1999）。Conley等（2013）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這一觀點(diǎn)，SDLS受試者的肌肉中含有較低的電子傳遞鏈復(fù)合物含量，與身體活動(dòng)活躍的受試者相比，SDLS受試者肌肉中的ATPmax顯著下降［（0.69±0.07）vs.（1.07±0.06）mM/s］，但兩組間安靜狀態(tài)時(shí)肌肉中的O2通量不變，導(dǎo)致SDLS受試者線粒體中O2通量與ATPmax比值增加［（3.3±0.3）vs.（1.7±0.2）μMO2/mMATP］，另外發(fā)現(xiàn)SDLS受試者肌肉中線粒體偶聯(lián)（P/O=1.41±0.1 vs.2.1±0.3）程度低于活躍受試者，反映線粒體膜通道含量的UCP3/CIII（6.0±0.7 vs.3.8±0.3）高于活躍受試者，因此，SDLS受試者線粒體容量的減少伴隨著線粒體呼吸和解偶聯(lián)的增加，導(dǎo)致SDLS受試者的線粒體需要更努力地工作，以滿足相同的細(xì)胞能量需求。

運(yùn)動(dòng)是改善線粒體功能的重要手段，本研究通過分析運(yùn)動(dòng)前后的差異代謝物及其功能，在17個(gè)差異代謝物中發(fā)現(xiàn)有8個(gè)（3-羥基十四烷二酸、順式-4-癸二酸、己基甘氨酸、癸二酸、辛二酸、噻酰甘氨酸、4-氨基馬尿酸和單乙基己基鄰苯二甲酸）與線粒體中脂肪酸氧化直接相關(guān)。其中，3-羥基十四烷二酸是脂肪酸不完全氧化的產(chǎn)物（Manteiga et al.，2017）；順式-4-癸二酸、癸二酸是一類已知的中鏈脂肪酸化合物，主要位于膜中，是不飽和二羧酸，尿中含量增加可能預(yù)示著?；o酶A脫氫酶活性或表達(dá)水平下降（Burckhardt et al.，2001；Fisher et al.，2018；Izzedine et al.，2003；Mingrone et al.，2013），酰基輔酶A脫氫酶活性下降可導(dǎo)致脂肪酸的β氧化異常（Tserng et al.，1990）；噻酰甘氨酸、己基甘氨酸和4-氨基馬尿酸均是?；拾彼幔Ｖ舅岽x這些中間產(chǎn)物是微量的，當(dāng)線粒體內(nèi)脂肪酸β氧化過程出現(xiàn)障礙時(shí)會(huì)造成這些代謝物增加；單乙基己基鄰苯二甲酸可激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）、增強(qiáng)胞漿磷酸烯醇丙酮酸羧激酶的表達(dá)、降低了脂肪酸的釋放，從而影響脂肪酸氧化（El‐lero-Simatos et al.，2011）；另外，尿液中高表達(dá)的辛二酸也是脂肪酸代謝紊亂的特征（Liang et al.，2017）。SDLS大學(xué)生經(jīng)過6周VPA干預(yù)后尿中這些代謝物低于基線水平，顯示VPA可能促進(jìn)脂肪酸充分氧化，減少線粒體內(nèi)脂肪酸β氧化過程中不完全、不充分代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，從而提高了線粒體的氧化功能。

Mendham等（2016）為了驗(yàn)證一次不同模式運(yùn)動(dòng)對(duì)線粒體功能的影響，采用80 min非接觸式足球小游戲和自行車訓(xùn)練兩種模式對(duì)9名SDLS肥胖男性受試者進(jìn)行交叉干預(yù)，在運(yùn)動(dòng)前、運(yùn)動(dòng)后30 min、運(yùn)動(dòng)后120 min測(cè)試反映線粒體功能的指標(biāo)PGC1-alpha、p53和AMPK（Thr172），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干預(yù)后30 min骨骼肌AMPK（Thr172）表達(dá)在自行車訓(xùn)練組顯著增加，但在非接觸式足球小游戲組AMPK（Thr172）的表達(dá)沒有顯著變化，干預(yù)后240 min兩種運(yùn)動(dòng)模式使骨骼肌PGC1-alpha蛋白和mRNA表達(dá)顯著增加，在兩種運(yùn)動(dòng)模式干預(yù)結(jié)束后p53和AMPK變化趨勢(shì)不同，可見運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和收縮類型會(huì)對(duì)線粒體功能產(chǎn)生不同的影響。Vargas-ortiz等（2018）采用12周有氧運(yùn)動(dòng)（3天/周，40 min/天，70%～80%HRmax）干預(yù)SDLS的肥胖青少年，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干預(yù)后可增加股外側(cè)線粒體蛋白SIRT3和PGC-1alpha、NFR1的表達(dá)，從而改善線粒體代謝功能，并提高V.O2peak。結(jié)合Mendham等（2016）和Vargasortiz等（2018）的研究成果推測(cè)，適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)可以通過改善骨骼肌線粒體蛋白含量來提高線粒體的氧化能力（圖6）。

圖6 靜坐少動(dòng)和運(yùn)動(dòng)分別對(duì)線粒體脂肪酸代謝影響的模型圖Figure 6. Models of the Effects of Sedentary and Exercise on Mitochondrial Fatty Acid Metabolism

本研究發(fā)現(xiàn)，VPA干預(yù)后脂肪酸氧化不充分氧化代謝產(chǎn)物下降，促使脂肪酸氧化更充分，繼而使線粒體脂肪酸氧化過程的副產(chǎn)品產(chǎn)生較少，這些代謝應(yīng)答變化可能對(duì)提高線粒體氧化功能、改善脂代謝、減少疾病風(fēng)險(xiǎn)有積極作用。

5.3 VPA對(duì)SDLS大學(xué)生膽固醇代謝的影響

膽固醇是維持機(jī)體細(xì)胞膜流動(dòng)性和通透性的重要成分，可通過乙酰輔酶A在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）中合成（Sozen et al.，2017）。ER中的膽固醇含量雖然很低，但它是膽固醇水平檢測(cè)和調(diào)節(jié)的主要細(xì)胞器（Rohrl et al.，2018），當(dāng)機(jī)體膽固醇含量較少時(shí)，ER中新合成的膽固醇可通過非囊泡運(yùn)輸?shù)姆绞较蛸|(zhì)膜轉(zhuǎn)移來補(bǔ)充膽固醇，當(dāng)細(xì)胞質(zhì)中游離膽固醇的積累增多時(shí)，可導(dǎo)致ER應(yīng)激的延長(zhǎng)和細(xì)胞內(nèi)膽固醇代謝的失衡（Yang et al.，2017）。膽固醇動(dòng)態(tài)平衡的打破可導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化、血管功能障礙和血流阻塞等病變，這些因素可能與心血管疾病的發(fā)生有關(guān)，已有研究顯示，血液膽固醇譜發(fā)生改變是心血管疾病發(fā)生的重要誘因（Mittleman et al.，2015）。

圖7 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與代謝性疾病的關(guān)系模型圖（Sozen et al.，2017）Figure7. Endoplasmic Reticulum Stress and its Relation to Metabolic Diseases（Sozen et al.，2017）

SDLS人群的膽固醇譜變化與心血管疾病高風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)。調(diào)查研究顯示，較低水平身體活動(dòng)者與參與MVPA者相比可能具有不利的血脂輪廓，尤其表現(xiàn)為較低的高密度脂蛋白（HDL）和較高的TG、低密度脂蛋白（LDL）（Crichton et al.，2015）。靜坐行為與炎癥因子有一定關(guān)系，Nayak等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，24周的較長(zhǎng)靜坐行為時(shí)間與總膽固醇和HDL的增加有關(guān)，較長(zhǎng)的靜坐行為時(shí)間與較低的IL-6、較高的IL-10和TNF-alpha水平有關(guān)?？梢?，長(zhǎng)時(shí)間的靜坐行為不僅影響膽固醇代謝，也可引發(fā)機(jī)體慢性炎癥、降低機(jī)體機(jī)能調(diào)控水平。另外，長(zhǎng)時(shí)間靜坐少動(dòng)、不良飲食習(xí)慣等因素導(dǎo)致的非酒精性脂肪肝、心血管疾病似乎與ER功能障礙有關(guān)（Passos et al.，2015），ER功能障礙及ER應(yīng)激對(duì)心力衰竭、缺血再灌注和動(dòng)脈粥樣硬化有一定的影響（Sozen et al.，2017）。所以，由于較長(zhǎng)時(shí)間靜坐少動(dòng)產(chǎn)生的高心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)可能與ER應(yīng)激引起的膽固醇代謝變化有關(guān)。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，VPA干預(yù)后受試者差異代謝物甲羥戊酸在尿中含量下降。甲羥戊酸與膽固醇的合成密切相關(guān)，甲羥戊酸途徑（Mevalonate pathway）是以乙酰輔酶A為原料合成異戊二烯單位，異戊二烯單位是膽固醇合成的重要前體。甲羥戊酸還參與膽固醇合成調(diào)控，在膽固醇生物合成途徑中，3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶（HMG-CoA還原酶）生產(chǎn)甲羥戊酸是限速步驟，是膽固醇代謝中的重要調(diào)控點(diǎn)（Liu et al.，2016）。所以，甲羥戊酸不僅是膽固醇合成的前體，也對(duì)膽固醇代謝有一定的調(diào)控作用。本研究發(fā)現(xiàn)干預(yù)后受試者尿甲羥戊酸下調(diào)，顯示VPA可能通過甲羥戊酸途徑影響膽固醇的代謝。

有研究顯示，運(yùn)動(dòng)可以改善外周血膽固醇譜，12周HIIT可以減低超重或肥胖青少年總膽固醇（P＜0.05）和TG（P＜0.05）含量（Khammassi et al.，2018）。Rubio-Perez等（2017）對(duì)49名SDLS受試者進(jìn)行了12周有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)總膽固醇（TC）、低密度脂蛋白膽固醇（LDLC）、極低密度脂蛋白膽固醇（VLDL-C）和TG較運(yùn)動(dòng)前顯著下降，高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）顯著增加。然而外周血膽固醇譜的變化與ER功能密切相關(guān)，ER錯(cuò)誤折疊蛋白積累導(dǎo)致的心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)增加與ER應(yīng)激有關(guān)（Bozi et al.，2016）。研究顯示，慢性ER應(yīng)激可以通過凋亡、炎癥和氧化應(yīng)激信號(hào)傳導(dǎo)途徑損傷內(nèi)皮細(xì)胞，而運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以調(diào)控ATF6（activating transcription factor 6）、IRE1alpha（inositol-requiring protein 1alpha）和 PERK（pro‐tein kinase RNA-like ER kinase）等途徑來減輕ER應(yīng)激程度，降低內(nèi)皮細(xì)胞的損傷，減輕心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)（Hong et al.，2017）。適宜的運(yùn)動(dòng)降低心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)可能與ER應(yīng)激改變有關(guān)，Hong等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)可以減少靜坐少動(dòng)者內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）、解偶聯(lián)蛋白-2（ucp-2）和含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1（caspase-1）等重要下游信號(hào)通路信號(hào)分子的表達(dá)，從而減輕動(dòng)脈內(nèi)皮功能紊亂造成的動(dòng)脈粥樣硬化。Lee等（2015）對(duì)2型糖尿病青少年采用12周HIIT后發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)可以改善身體成分、血糖控制和ER應(yīng)激，減輕心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)?？梢?，長(zhǎng)期適宜的運(yùn)動(dòng)可以改善靜坐少動(dòng)者ER應(yīng)激，減輕膽固醇代謝紊亂造成的動(dòng)脈內(nèi)皮損傷，從而降低心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)。

本研究認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)后SDLS大學(xué)生體質(zhì)健康水平提高可能與膽固醇代謝改善有關(guān)，膽固醇代謝的改善可能是通過調(diào)控膽固醇合成中間產(chǎn)物甲羥戊酸來實(shí)現(xiàn)的，有關(guān)運(yùn)動(dòng)引起甲羥戊酸合成膽固醇的代謝通路變化和調(diào)控機(jī)制的研究尚需深入探索。

5.4 VPA對(duì)SDLS大學(xué)生支鏈氨基酸代謝的影響

機(jī)體有氧工作能力的提升對(duì)SDLS人群的健康適應(yīng)有積極意義，本研究結(jié)果顯示，SDLS大學(xué)生通過6周VPA可提高有氧能力。有氧能力提高與支鏈氨基酸供能密切相關(guān)，經(jīng)過查找本研究篩選和鑒定出的差異代謝物功能發(fā)現(xiàn)，3-甲基-2-氧戊酸與支鏈氨基酸代謝關(guān)系緊密，3-甲基-2-氧戊酸是支鏈氨基酸不完全分解產(chǎn)生的異常代謝物，是一種酸性的神經(jīng)毒素和金屬毒素，可對(duì)神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)組織造成損傷（金宏等，2001）。本研究通過6周VPA干預(yù)，發(fā)現(xiàn)干預(yù)后尿中3-甲基-2-氧戊酸的含量顯著下降，而該物質(zhì)在體液中降低可減少對(duì)機(jī)體的有害效應(yīng)，另外其在體液中減少還可以間接反映支鏈氨基酸異常代謝途徑的減弱和充分供能作用的增加。因此，SDLS大學(xué)生經(jīng)過6周VPA引起的3-甲基-2-氧戊酸減少不僅降低了其帶來的毒素效應(yīng)，同時(shí)還預(yù)示著支鏈氨基酸供能效應(yīng)的改善。本研究中提及3-甲基-2-氧戊酸帶來的毒素效應(yīng)降低有益于健康的代謝適應(yīng)，而支鏈氨基酸供能效應(yīng)的改善可能與SDLS個(gè)體的有氧工作能力提高有關(guān)。

當(dāng)然，VPA促進(jìn)SDLS大學(xué)生健康適應(yīng)的相關(guān)代謝途徑和差異代謝物還有很多，除了與脂肪酸、膽固醇和支鏈氨基酸代謝有關(guān)的代謝途徑和代謝物外，本研究鑒定出了其他差異代謝物，如卟啉膽色素原、N-乙酰-5-羥色胺、反式-2-十二碳烯二酸、甲氧基羥基苯乙二醇、硫酸化去甲腎上腺素、高香草酸硫酸等。卟啉膽色素原是生產(chǎn)血紅素的中間產(chǎn)物，N-乙酰-5-羥色胺是5-羥色胺合成的前體，硫酸化去甲腎上腺素與去甲腎上腺素代謝有關(guān)，而血紅素、5-羥色胺和去甲腎上腺素都參與了運(yùn)動(dòng)健康適應(yīng)的過程，可見，VPA導(dǎo)致SDLS大學(xué)生代謝適應(yīng)性變化可能與這些差異代謝物及其相關(guān)代謝途徑有關(guān)。

在剖析差異代謝物與運(yùn)動(dòng)引起健康適應(yīng)的關(guān)系時(shí)，尚存在一定的局限性。受檢測(cè)技術(shù)水平限制，運(yùn)動(dòng)前后很多差異代謝物還未能發(fā)現(xiàn)，很多代謝物的功能尚未知，因此，在闡述差異代謝物與運(yùn)動(dòng)健康適應(yīng)關(guān)系方面還存在一定的局限性。本研究雖不能克服這些局限性，但在代謝層面也發(fā)現(xiàn)了一些差異代謝物與SDLS人群運(yùn)動(dòng)健康適應(yīng)有關(guān)。

6 結(jié)論

SDLS大學(xué)生經(jīng)過6周VPA引起的代謝應(yīng)答變化與本研究篩選和鑒定出的17種差異代謝物有關(guān)。17種差異代謝物涉及了脂肪酸、膽固醇和支鏈氨基酸等代謝途徑，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)引起這些代謝物及代謝途徑的變化與SDLS大學(xué)生獲得的有氧能力提升以及有益的健康適應(yīng)有一定關(guān)聯(lián)。高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對(duì)SDLS大學(xué)生脂肪酸代謝的改善可能與脂肪酸氧化過程中副產(chǎn)品的產(chǎn)生減少有關(guān)，對(duì)膽固醇代謝的優(yōu)化可能與膽固醇合成中間產(chǎn)物的減少有關(guān)，對(duì)支鏈氨基酸代謝的影響可能與降低支鏈氨基酸異常代謝、增加支鏈氨基酸供能有關(guān)。