维生素D3摄取对骨骼肌细胞内脂质蓄积及代谢的作用及其机制研究

Intramyocellular lipid (IMCL), an ectopic fat depot, plays an important role in skeletal muscle function and insulin resistance. Recent studies have found that the physiological effects of vitamin D have been far beyond the basic function of vitamin, which its biologically active form, 1,25-dihydroxyvitamin D (1,25(OH)2D), can play a variety of roles in many tissues. It has been demonstrated that low level of 25-hydroxyvitamin D (25(OH)D) is associated with immune abnormalities, obesity, muscle weakness, and so on. However, the effects and mechanism of circulating 25(OH)D on IMCL in human are still less understood. In this study, we proposed two studies to attempt to figure out these issues. In the cross-sectional study, we will investigate the relationship of serum 25(OH)D to IMCL content and utilization determined using 1H-MRS，mitochodrial metabolism determined using 31P-MRS, and whole body lipid metabolism using human metabolic chamber in healthy women and men.The effects of gender on those relationships will be assessed as well. In the randomized, placebo-controlled trial of vitamin D3 supplementation, we will assess the effects of vitamin D3 supplementation alone or concomitant endurance training on IMCL accumulation in healthy adults，and test whether the effects of vitamin D3 supplementation are associated with the improvement of the whole body lipid metabolism or/and mitochondrial metabolism. Moreover, we will investigate whether vitamin D3 supplementation strengthen the effect of endurance training on improving IMCL metabolism. Our study will provide a new theoretical reference and scientific evidence of the prevention and the treatment of skeletal muscle metabolic abnormality and associated other metabolic disorders.

骨骼肌细胞内脂质（IMCL）是异位脂肪沉积的一种，是骨骼肌功能和胰岛素抵抗的重要影响因子。近年的研究发现维生素D的生理作用已远超出了通常意义的维生素，其活性产物能在许多组织中发挥各种各样的作用而与免疫机能紊乱、肥胖以及肌力减弱等多种健康因素有关。但是，循环维生素D水平对IMCL的蓄积及代谢的影响及其机制还是个尚未解决的问题。因此，我们拟借助先进的磁共振波谱成像和人体能量代谢房技术，从组织生化变化和物质能量代谢变化的角度，从横向研究和维生素D3摄取单独或结合有氧运动干预研究的两个方面，深入系统地探讨维生素D水平对安静状态下IMCL蓄积及运动状态下IMCL利用的影响及其性别差异，并从全身脂代谢水平和骨骼肌线粒体氧化能力角度探讨维生素D3摄取对IMCL含量的影响机制，探讨维生素D3摄取是否能够增强有氧运动对IMCL代谢的改善效果，为骨骼肌代谢功能紊乱相关疾病的综合防治提供新的理论及实证科学依据。

借助先进的磁共振波谱成像技术和人体能量代谢房技术，从全身能量代谢水平和运动状态下骨骼肌细胞脂质利用能力的角度，从横向研究和干预研究的两个方面，深入系统地探讨维生素D3摄取对骨骼肌细胞内脂质（IMCL）、骨骼肌细胞外脂质（EMCL）蓄积的影响及机制，探讨维生素D3摄取是否能够增强有氧运动对骨骼肌脂质代谢的改善效果。研究发现：（1）在健康正常体重人群中，维生素D与血脂调控、全身能量代谢和局部骨骼肌脂质代谢有关。血清维生素 D 水平与静息代谢呼吸商正相关；维生素D水平较高者表现出24小时脂肪氧化率、24小时糖氧化率和快走运动糖氧化率均显著高于维生素D水平较低者。血清维生素 D与小腿胫骨前肌、腓肠肌、比目鱼肌中EMCL含量负相关；而只与运动中胫骨前肌的IMCL/EMCL变化量负相关。表明，维生素D水平与骨骼肌脂质的蓄积和运动中利用有关，但是与运动中利用之间的关系具有肌群特异性；维生素D对骨骼肌脂质蓄积的影响可能部分通过提高全身糖脂代谢水平而实现。（2）维生素D3摄取和/或协同有氧运动可对全身能量代谢和局部骨骼肌的细胞脂质蓄积和运动中利用产生影响。维生素D3摄取干预和运动干预均对TA-IMCL产生影响：维生素D3摄取干预使TA-IMCL蓄积降低，而运动干预可使TA-IMCL蓄积增加。维生素D3摄取、长期有氧运动干预和维生素D3摄取协同运动干预均有利于运动中TA-IMCL的氧化利用。由此可见，维生素D摄取干预和运动干预都可以改善骨骼肌脂质蓄积和代谢之间的平衡，但是作用方式不同。维生素D3摄取或有氧运动干预对快走运动时脂质氧化没有显著影响，但维生素D3摄取结合运动干预能显著增加快走运动时脂质氧化，降低血清游离脂肪酸，进而提高胰岛素敏感性，提示维生素D3摄取能够增强有氧运动状态下机体利用脂质供能的能力。以上结果建议，在骨骼肌代谢功能紊乱相关疾病的综合防治方面，维生素D和运动干预都是有效的干预手段，但二者的结合可能更为有效。