低氧訓(xùn)練對(duì)谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)的影響

摘要：采用文獻(xiàn)資料法，分析了谷胱甘肽系統(tǒng)的組成及其生理功能，并探討了不同運(yùn)動(dòng)方式以及低氧訓(xùn)練對(duì)谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)的影響及其機(jī)制，可為提高低氧訓(xùn)練效果提供理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 低氧訓(xùn)練；運(yùn)動(dòng)；谷胱甘肽

中圖分類號(hào)： G804.7文章編號(hào)：1009-783X(2006)06-0065-03文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

近年來(lái)，低氧訓(xùn)練作為一種特殊的訓(xùn)練方法倍受國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注，許多科研工作者對(duì)此做了很多相關(guān)的研究，并取得了豐碩成果。自由基代謝及抗氧化酶與機(jī)體的機(jī)能狀態(tài)密切相關(guān)，低氧訓(xùn)練對(duì)體內(nèi)自由基抗氧化系統(tǒng)的影響一直倍受人們的關(guān)注。最近研究表明，谷胱甘肽(GSH、GSSG)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX) 基因也是低氧敏感基因［1］。目前，有關(guān)低氧訓(xùn)練對(duì)自由基與抗氧化系統(tǒng)的變化報(bào)道研究相對(duì)較少，尤其對(duì)谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)的研究。本文主要探討低氧訓(xùn)練以及不同運(yùn)動(dòng)方式下谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)的影響及其機(jī)制，為低氧訓(xùn)練提供理論參考。

1谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)

1.1谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)的組成、存在及其代謝

谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)主要指GSH、GSH-PX、谷胱甘肽轉(zhuǎn)硫酶(GST)、谷胱甘肽還原酶(GR)。

谷胱甘肽是由γ-谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸組成的三肽，1921年Hopkins首先發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽在人紅細(xì)胞中含量較多，幾乎全部是GSH。1957年Mills在牛紅細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)GSH-PX，GSH-PX是一種硒依賴型谷胱甘肽過氧化物酶，含有四個(gè)相同的亞基所組成的四聚體，每個(gè)酶含四個(gè)Se和8個(gè)-SH基，不同組織GSH-PX活性不同，肝和(似乎用中文好一點(diǎn))中酶活性最高，心和肺次之，肌肉中最低。GST主要指非硒依賴型的谷胱甘肽過氧化物酶，分子量為40000～50000的二聚體蛋白質(zhì)，有多種同工酶。

肝臟是機(jī)體物質(zhì)代謝的重要器官，肝臟不僅具有合成GSH的能力，而且具有運(yùn)輸GSH的能力，可為周圍組織提供大量GSH。正常生理?xiàng)l件下，肝臟中90～95%的GSH被轉(zhuǎn)運(yùn)到周圍組織，其中80～85%通過肝竇膜進(jìn)入血液，只有5～10%的GSH在肝臟中氧化成GSSG。機(jī)體內(nèi)GSH的生成主要是通過合成和還原兩條途徑，合成途徑是在γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶催化合成；還原途徑是在NADPH存在條件下，GR作用GSSG還原生成GSH，反應(yīng)中NADPH來(lái)源于葡萄糖磷酸戊糖途徑；另外還可通過巰基轉(zhuǎn)移酶作用生成GSH。

1.2谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)的主要生理功能

谷胱甘肽的主要生理功能是保護(hù)細(xì)胞膜中含巰基的蛋白質(zhì)和其它膜蛋白的還原狀態(tài)，直接清除羥自由基、不飽和脂肪酸自由基、烷過氧自由基，是組成膜保護(hù)因子和細(xì)胞漿保護(hù)因子的必需成分，防止自由基損傷，同時(shí)也可以作為GSH-PX、GST底物，清除體內(nèi)H2O2和LOOH。大量的研究表明，細(xì)胞內(nèi)GSH的氧化作用對(duì)依賴氧化還原狀態(tài)的基因表達(dá)有調(diào)節(jié)作用，GSH含量的改變將影響具有解毒作用酶的基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞增殖及細(xì)胞凋亡［2］。Cardoso SM［3］研究表明，內(nèi)源性GSH的重要作用之一是保護(hù)蛋白巰基免受氧化損傷。GSH/GSSG的穩(wěn)態(tài)是維持細(xì)胞正常生理過程的關(guān)鍵［4、5］，是細(xì)胞最重要的抗氧化系統(tǒng)之一。GSSG可以在GR催化下，以NADPH為供氫體，還原成GSH，維生素C也可以在GR催化下作為供氫體，使GSSG還原成GSH。當(dāng)GSSG得不到及時(shí)的還原，GSH/GSSG比值即要發(fā)生改變。機(jī)體GSH/GSSG狀態(tài)改變，可使一些含巰基和二硫的酶活性發(fā)生改變，可見GSH可以使受到活性氧損傷的巰基酶復(fù)活。GSH-PX和GST對(duì)GSH具有高度的特異性，都可以催化GSH與各種內(nèi)源性和外源性親電子化合物反應(yīng)，生成無(wú)毒性或毒性小GSH硫結(jié)合物，但與GSH-PX不同的是，GST不能催化H2O2還原。通常生理?xiàng)l件下GSH-PX的作用比GST要大，但當(dāng)GSH-PX活性下降時(shí)，GST顯示較為重要的補(bǔ)償作用，尤其如肝微粒體等不存在GSH-PX的組織，GST抗氧化作用就十分重要。

1.3谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)能力

大量研究報(bào)道，運(yùn)動(dòng)引起機(jī)體自由基產(chǎn)生增加，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化反應(yīng)加強(qiáng)，造成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的改變，當(dāng)線粒體膜受到攻擊時(shí)，可降低線粒體的代謝功能，ATP供應(yīng)減少［6］，肌肉機(jī)能下降，是力竭性運(yùn)動(dòng)機(jī)體疲勞的重要原因。而谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)在清除運(yùn)動(dòng)中自由基的堆積，降低LPO反應(yīng)，對(duì)增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力，延緩疲勞的發(fā)生有著重要意義。

2不同運(yùn)動(dòng)方式對(duì)谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)的影響及其機(jī)制

2.1短時(shí)間運(yùn)動(dòng)與谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)

短時(shí)間運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般GSH、GSSG濃度不變，機(jī)體產(chǎn)生的自由基影響較小，生物膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化水平也較輕。Sen等觀察了大鼠6周的短距離疾跑訓(xùn)練對(duì)比目魚肌、股四頭肌白肌成分、跖肌和趾長(zhǎng)伸肌和心肌抗氧化的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，跖肌和趾長(zhǎng)伸肌和心肌GSH-PX和GR活力增加，而比目魚肌和股四頭肌GSH酶活性變化不大［7］。許豪文報(bào)道，短時(shí)間運(yùn)動(dòng)過程中GSH-PX的活性趨于升高，MDA含量趨于下降。這表明短時(shí)間運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生的自由基少，而機(jī)體抗氧化系統(tǒng)的能力得到加強(qiáng)，體內(nèi)生成的自由基能及時(shí)被清除。

2.2耐力運(yùn)動(dòng)與谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)

適宜的耐力運(yùn)動(dòng)能改善人體的許多代謝功能，提高機(jī)體的適應(yīng)性，增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力。目前，國(guó)內(nèi)外大量的研究報(bào)道表明，適宜的耐力運(yùn)動(dòng)能提高大鼠GSH的含量［8］，增加GSH-PX的活性［8-9］。Somani和Rybak研究發(fā)現(xiàn)，大鼠經(jīng)9周耐力訓(xùn)練后，心肌中GSH-PX的mRNA水平比對(duì)照組提高了138%［10］。Leeuwenburgh(1997)報(bào)道，耐力訓(xùn)練后導(dǎo)致大鼠深層股外側(cè)肌中GSH含量增加；心肌谷胱甘肽含量沒有顯著變化［8］。Kretzchmar等(1990)報(bào)道，訓(xùn)練有素的長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員血漿中GSH濃度比同年齡的一般人高，而GSSG不變［11］。這可能是：適宜的耐力運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)抗氧化能力提高。

2.3長(zhǎng)時(shí)間力竭運(yùn)動(dòng)與谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)

目前，國(guó)內(nèi)外大量研究報(bào)道，長(zhǎng)時(shí)間力竭運(yùn)動(dòng)，機(jī)體GSH濃度下降，GSSG濃度升高，GSH/GSSG比值下降。Leichtweis (1997) 、Leeuwenburgh(1997)也分別報(bào)道了長(zhǎng)時(shí)間力竭運(yùn)動(dòng)后心肌谷胱甘肽含量顯著下降［8，12］。這可能是：一方面，長(zhǎng)時(shí)間力竭運(yùn)動(dòng)引起機(jī)體活性氧的增加，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)GSH的含量急劇下降，GSSG含量倍增，而細(xì)胞內(nèi)GSSG由GR催化還原為GSH必須由NADPH提供還原當(dāng)量，然而由于力竭運(yùn)動(dòng)能量的急劇消耗，GSSG的還原途徑與能量代謝途徑競(jìng)爭(zhēng)NADPH，GSSG的形成速率超過細(xì)胞還原能力時(shí)，GSSG含量增加，GSH含量下降。另一方面，可能是長(zhǎng)時(shí)間力竭運(yùn)動(dòng)刺激胰高血糖素、兒茶酚胺和血管加壓素釋放增加，導(dǎo)致進(jìn)入血漿中GSH的量增加，肝臟GSH儲(chǔ)量減少，組織攝取GSH的量不能夠滿足由于活性氧所造成的需求，導(dǎo)致GSH的下降。

3低氧訓(xùn)練對(duì)谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)的影響及其機(jī)制

3.1低氧與谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)外大量的研究表明，適宜的低氧刺激能提高機(jī)體抗氧化能力，降低脂質(zhì)過氧化水平。A.Y.Bogdanova1(2003)研究發(fā)現(xiàn)，低氧暴露導(dǎo)致細(xì)胞GSH水平快速增加［13］。Gonchar O（2003）的研究發(fā)現(xiàn)，大鼠吸入7%的氧氣和93%的氮?dú)獾幕旌蠚怏w后，其心、肝、肺、腦LPO降低，GR、GSH-PX、GSH的一些酶的活性明顯升高［14］。Vidal ML（2002）研究水生動(dòng)物在缺氧環(huán)境下的氧化應(yīng)激，發(fā)現(xiàn)缺氧引起GST活性的升高［15］。El'chaninova SA(2002)在研究間歇性低氧刺激對(duì)高血壓病人抗氧化酶活性的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)10天的低氧刺激后，GSH-PX酶的活性提高18%［16］。Murry（1986）報(bào)道低氧產(chǎn)生的自由基可激活抗氧化酶的活性，缺血缺氧預(yù)適應(yīng)可上調(diào)抗氧化酶等基因的表達(dá)，從而預(yù)防因缺氧造成的損傷［17］。Czyzyk-Krzeska MF研究發(fā)現(xiàn)低氧導(dǎo)致GSH的濃度升高，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的巰基由氧化型向還型轉(zhuǎn)變，一些轉(zhuǎn)錄因子的構(gòu)象發(fā)生改變，激活其結(jié)合DNA的活性，促進(jìn)低氧敏感基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)［18］。研究發(fā)現(xiàn)，在低氧化刺激時(shí)GSH-PX、GR等抗氧化酶基因的表達(dá)量增加［19］。

然而，也有一些報(bào)道，低氧刺激不能提高機(jī)體抗氧化水平，且增加脂質(zhì)過氧化水平。Jose Magalhaes（2004）研究發(fā)現(xiàn)，急性低氧（相當(dāng)7000m海拔高度）能增加氧化應(yīng)激，然而谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)在保護(hù)抗氧化方面所起的作用不是很顯著［20］。Hollander等(1998)研究發(fā)現(xiàn)，航天飛行后GSH減少，提示航天飛行下調(diào)了抗氧防御系統(tǒng)的能力［21］。Sarada，S.K.S.研究發(fā)現(xiàn)低氧暴露導(dǎo)致血漿中MDA水平增加，同時(shí)血液中GSH，GSH-PX減少［22］。可能是：氧濃度過低時(shí)，活性氧大量生成，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)GSH的含量急劇下降，GSSG倍增，而GSSG由GR催化還原為GSH必須由NADPH提供還原當(dāng)量，然而由于低氧濃度過低，將導(dǎo)致能量的急劇消耗，GSSG的還原途徑與能量代謝途徑競(jìng)爭(zhēng)NADPH，從而導(dǎo)致GSSG增加，GSH下降。

造成這兩種截然不同的結(jié)果可能是低氧刺激的模式、低氧刺激濃度、低氧刺激時(shí)間、低氧刺激周期、以及不同的運(yùn)動(dòng)方式和不同組織器官等因素的影響。

3.2低氧訓(xùn)練與谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)低氧訓(xùn)練對(duì)谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)影響的報(bào)道較少。雷明光(2003) 研究模擬4000m高度對(duì)大鼠腓腸肌抗氧化能力的影響，發(fā)現(xiàn)高住低訓(xùn)能提高大鼠腓腸肌GSH-PX的活性［23］。黃麗英 (2003)研究發(fā)現(xiàn)模擬3000m急性低氧訓(xùn)練和經(jīng)過4wk低氧適應(yīng)后，大鼠心肌、肝臟和骨骼肌細(xì)胞液和線粒體GSH-PX活性顯著提高；然而，4000m急性低氧訓(xùn)練對(duì)大鼠心肌、肝臟和骨骼肌細(xì)胞液和線粒體GSH-PX活性出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，但經(jīng)過4wk低氧適應(yīng)后，GSH-PX活性變化不明顯［1］。陳曉彬(2006)研究模擬2500m高度對(duì)SD大鼠肝臟谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低住高練組和高住低練組大鼠肝臟GSH、GSH-PX、T-AOC均顯著高于平原運(yùn)動(dòng)組。該學(xué)者認(rèn)為，低住高練和高住低練此兩種訓(xùn)練方法均能提高機(jī)體谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)能力，這可能是機(jī)體存在適應(yīng)性的調(diào)節(jié)機(jī)制，低氧誘導(dǎo)ROS適應(yīng)性增加，導(dǎo)致GSH含量下降，GSSG含量上升，GSH/GSSG的比值下降，激活了氧化還原狀態(tài)的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄敏感因子AP-1和NF-KB，誘導(dǎo)GCS的基因表達(dá)，最終導(dǎo)致GSH含量增加。同時(shí)，ROS也激活了GSH-PX的mRNA的轉(zhuǎn)錄［24］。

4問題與展望

隨著低氧訓(xùn)練研究的不斷深入，將來(lái)可能會(huì)找到一種低氧訓(xùn)練模式能使低氧刺激濃度、低氧刺激時(shí)間、低氧刺激周期達(dá)到高度的有機(jī)統(tǒng)一，從而更好地保持體內(nèi)GSH的高濃度，防止自由基損傷，從而提高運(yùn)動(dòng)能力。

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