刘献成( 南京体育学院, 江苏南京210014)

摘要: 胰岛素样生长因子I( IGF-I)是一类促进细胞生长, 具有胰岛素样代谢效应的因子, 与运动能力密切相关。分析了近年来关于胰岛素样生长因子在运动、常氧运动、低氧运动不同应激下的变化情况的文献资料。对胰岛素样生长因子研究进展进行了阐述。对于IGF- I 与低氧训练关系的研究, 有助于提供低氧训练的评定指标, 为低氧训练提供科学的理论指导。

关键词: 运动; 低氧运动; 胰岛素样生长因子I; 骨骼肌

Advances in Research of Exercise on the Insulin Growth Factor ILIU Xian-Cheng( Nanjing Sport Institute, Nanjing 210014, Jiangsu ,China)Abstract: The insulin-like growth factor I (IGF-I) is a kind of factor which can promote cell growthand has insulin metabolism effect。It is closely related with the motor ability。This article elaboratedthe research progress of insulin growth factor, collected its changes in different stress situationslike the movement, oxygen movement and low oxygen movement in recent years。The researchabout the relationship between IGF-I and low oxygen training is helpful to provide the lowoxygen with appraisal index and scientific theory instruction。Key words: exercise; hypoxia exercise ;insulin-like growth factor-I( IGF-I) ; skeletal muscle

胰岛素样生长因子- I( IGF- I)是一种由70 个氨基酸组成的蛋白质, 分子量约7500da。通过自分泌/ 旁分泌的形式刺激细胞的生长分化, 调节组织的生长与发育, 参与组织的再生, 与运动能力密切相关^[1] 。人工模拟低氧训练由于其方便、有效, 越来越受教练员的重视。它利用运动性缺氧和环境性缺氧两种负荷的迭加,造成比平原更为深刻的缺氧刺激, 最大限度地挖掘运动员机体潜能, 从而获得最佳的有氧耐力效果。低氧训练模式在取得成效的同时也出现了体重下降、体成份改变等一些问题。目前关于低氧训练中低氧, 低氧运动, 低氧不同运动强度与IGF- I 的关系尚未见报道。

1 IGF- I 概述

1.1 IGF- I 的结构特征

胰岛素样生长因子是一种70 个氨基酸组成的结构类似于胰岛素原的多肽。进化上相当保守, 人、牛、猪的IGF–I 氨基酸序列完全相同, 与大鼠IGF–I 的氨基酸序列只有四个氨基酸不同, 这表明它是一种由同原型基因进化而来的^[2] 。基因位于第12 号染色体长臂上, 是一条70 个氨基连接而成的多肽, 其中包含有3个链内二硫键, 分子量为716 KD, 等电点816。人和鼠的IGF- Ⅰ基因都含有5 个外显子, IGF- Ⅰ的成熟多肽主要由外显子2 和3 编码, 在人类可转录成两种主要的mRNA 转录物, 在鼠类可转录成许多种mRNA 转录物。人、大鼠和小鼠中有多种IGF- ⅠmRNA 存在, 分子大小从018～112 kb 到710～715 kb。mRNA 分子大小的多样性主要由mRNA3’端不同引起, mRNA3’端有多个Poly A 尾^[3] 。IGF- I 的一级结构由A、B、C 和D 四个结构域构成。氨基末端的B 区域B1- 29, C 区域C30- 41, A 区域A42- 62, D 区域D63- 70。与胰岛素原不同的是, IGF- I 的羧基末端比胰岛素原多一个D 区域^[4] 。

1.2 IGF–I 生物功能

生长激素对机体生长的影响主要是通过IGF- I 来介导的。IGF- I 是一种能调节肌细胞分裂、分化、成熟,维持其正常形态的生长因子类肌肉营养因子, 其作用于肌肉, 增进鸟氨酸脱羧酶的活性, 促进骨骼肌细胞增殖和分化, 增加骨骼肌血液供应, 促进肌蛋白合成, 抑制肌蛋白分解。IGF- Ⅰ的作用方式主要有两种:其一,是受到GH 调节的内分泌形式。其二, 是以自分泌/ 旁分泌形式刺激细胞生长分化的作用^[5] 。IGF- Ⅰ主要由肝脏合成并分泌, 可以通过旁分泌及自分泌来参与促进机体的生长发育、组织修复、营养代谢及细胞分化等, 尤其对促进骨骼肌蛋白质的合成, 减少脂肪, 改善体成分有显著的作用, 但后来发现肝外组织也能产生IGF- Ⅰ。Ercole 等(1984)报道, 大鼠经GH 处理后, 肝外组织中IGF - I 的浓度在血清IGF - I 升高以前就已升高^[6] 。Devol 等(1990) 对大鼠脚部肌肉的研究表明, 在GH 缺乏的情况下, 增加工作负荷能诱导肌肉中的IGF- ImRNA 水平增加, 促进肌肉增长^[7] 。Eden 等(1988)发现非优势滤泡中的IGF- I 是由血液循环系统提供,而优势滤泡中的IGF - I 则是通过自分泌或旁分泌方式由颗粒细胞产生, 颗粒细胞以自分泌形式对颗粒细胞本身发生作用或以旁分泌形式作用于间质细胞, 促使这两种细胞产生更多的雄激素, 以满足颗粒细胞芳香化的需要^[8] 。

IGF- I 能增进鸟氨酸脱羧酶的活性, 促进DNA、RNA 和蛋白质合成, 最终导致细胞增殖。IGF- I 比其它来源的生长因子的促有丝分裂作用相对较弱, 但IGF- I 对中胚层来源的细胞具有特有的促分化作用。IGF- I 能对所有胰岛素靶器官起经典的胰岛素效应, 能促进脂肪组织的糖代谢和糖转运, 促进脂肪和糖元合成^[9] 。IGF - I 能提高睾丸间质细胞类固醇激素的合成, 加强卵泡刺激素( FSH)对卵巢颗粒细胞分化, 雌激素( E2)合成以及诱导黄体生成素(LH)受体和孕酮( P4 )的合成^[10] 。IGF- I 对动物的生长发育和繁殖都有促进的作用。现已证明哺乳动物IGF - I 是介导GH 促生长效应的主要因子。在动物生长发育方面, 例如, 给大鼠注射外源IGF- I 能使鼠生长增快^[11] 。

1.3 IGF–I 影响因素

IGF- Ⅰ生物活性受IGF- Ⅰ受体和IGFBP 的调节^[12] , IGF - I 受体基因位于第15 条染色体上。成熟的IGF- I 受体基因由4 个亚基(α2β2 )组成。位于细胞外的α 链(135 Kd)具有配体结合部位, 通过二硫键与β 链(90 Kd)共价连接。β 链有跨膜和胞内部分, 具有酪氨酸激酶活性部位。IGF- I 受体对IGF- I 的结合亲和力稍高于IGF- II, 对细胞的增殖分化起调节作用。人体内存在着GH- IGF- Ⅰ轴, 血清中的IGF- Ⅰ浓度受GH 调节, GH 通过肝脏GH 受体促进肝脏IG - Ⅰ基因表达, 从而促进IGF - Ⅰ的合成和释放, 而IGF- Ⅰ对GH 基因也有重要信号作用, 可反馈抑制垂体合成、释放GH^[13] 。血液中的IGF- I 绝大部分都与IGF- I 结合蛋白( IGFBPs) 结合在一起。IGFBPs 一方面作为IGFs的运输载体, 另一方面调节IGFs 的有效浓度, 最终影响IGFs 的作用^[14] 。IGF- I 的B 结构域的N 端和螺旋区参与了IGF- I 与所有IGFBPs 的结合。对该部位进行改变的突变体表现出促生长和代谢活力明显增加^{[13- 14]} 。