血紅素加氧酶系統(tǒng)與運動能力

常鳳，李彥龍

（哈爾濱體育學院，黑龍江 哈爾濱 150008）

血紅素加氧酶系統(tǒng)與運動能力

常鳳，李彥龍

（哈爾濱體育學院，黑龍江 哈爾濱 150008）

血紅素加氧酶系統(tǒng)是體內重要的抗氧化酶系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過減少氧自由基的產(chǎn)生，發(fā)揮抗氧化應激作用。另外，運動性疲勞的出現(xiàn)導致運動能力下降與自由基增多密切相關，故文章采用文獻資料法和邏輯推理法對血紅素加氧酶系統(tǒng)與運動能力方面的文獻進行歸納與綜述。

血紅素加氧酶；運動能力；自由基

運動能力是指人參加運動和訓練所具備的能力，是人的身體形態(tài)、素質、機能、技能和心理能力等因素的綜合表現(xiàn)，而肌肉運動能力下降是運動性疲勞的基本標志和本質特性，運動性疲勞出現(xiàn)時間或產(chǎn)生后恢復的早晚直接影響運動成績的好壞，如何延遲運動性疲勞的發(fā)生及快速清除疲勞是運動醫(yī)學研究的熱點問題，提高運動能力的重要手段。運動性疲勞產(chǎn)生機制中目前較為得到公認的自由基損傷學說認為：運動過程中自由基產(chǎn)生過多可使脂質過氧化反應加強，攻擊細胞膜及線粒體等其他生物膜，造成離子、能量代謝紊亂，造成肌纖維膜、內質網(wǎng)完整性喪失，Ca2+-ATP酶活性下降、呼吸鏈產(chǎn)生ATP過程受損致使肌纖維的興奮——收縮偶聯(lián)下降，肌肉工作能力下降，導致疲勞產(chǎn)生。血紅素加氧酶（Heme Oxygenase,HO）是一種微粒體酶，是血紅素降解的起始酶和限速酶，催化血紅素生成等摩爾的膽綠素、一氧化碳和游離鐵，膽綠素隨即降解為膽紅素[1]。研究證實：膽紅素是體內重要的抗氧化物質，抑制運動后超氧化物歧化酶（SOD）活性的下降，同時也可以減少運動后氧自由基的產(chǎn)生，并降低體內自發(fā)產(chǎn)生的氧自由基[2]；鐵作為血紅素分解的又一產(chǎn)物，能誘導鐵蛋白的合成，鐵蛋白可減少活性氧的產(chǎn)生；HO-1的氧化步驟要消耗3分子02，減少氧自由基的產(chǎn)生，通過修飾蛋白巰基和金屬螯合劑等作用來防御氧化應激。由此說明血紅素加氧酶系統(tǒng)在改善機體運動能力方面必定發(fā)揮作用，但目前未見關于血紅素加氧酶系統(tǒng)與運動能力方面的文獻報道，本文擬兩者的關系進行探討，以期在競技體育及群眾體育中改善運動者運動能力，促進運動成績的提高及運動疲勞的清除。

1 血紅素加氧酶系統(tǒng)

血紅素加氧酶（HO）及其代謝產(chǎn)物統(tǒng)稱為血紅素加氧酶系統(tǒng)，在人和動物體內所有組織中廣泛分布，目前發(fā)現(xiàn)了三種HO的同功酶，即HO-1、HO-2、HO-3[3]。HO-1為誘導型，HO-2、HO-3為結構型。HO-1分子量為32KD，亦稱熱休克蛋白32（HSP32），HO-1主要分布在單核巨噬細胞系統(tǒng)的微粒體中，在心、肺、腎、肝臟、骨髓、脾臟和網(wǎng)狀內皮細胞中表達較多，以脾臟活性最高，在骨骼肌中含量很少，但在各種刺激如血紅素、紫外線、缺氧、細胞因子、金屬、內毒素及氧化劑等多種因素作用下均可誘導其表達[4-5]。HO-2 分子量約為36KD，也稱原生型HO，HO-2是生理狀態(tài)下HO的主要存在形式，存在于大多數(shù)組織的內皮細胞和神經(jīng)元細胞的線粒體內，主要分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、血管內皮、前列腺和睪丸中，以腦組織和前列腺中含量最高。目前僅知腎上腺皮質激素可誘導HO-2 的表達，與HO-1 基因不同，到目前為止HO-2基因操縱子內僅發(fā)現(xiàn)糖皮質激素反應元件(GRE)一種增強子，蛋白激酶C對HO-2的磷酸化可增強HO-2在培養(yǎng)腦細胞中的活性，HO-2很少被誘導，故推測HO-2可能主要是調控神經(jīng)系統(tǒng)的功能[6-7]。正常情況下，機體內的血紅素主要由HO-2 催化分解。HO-3 是近幾年內發(fā)現(xiàn)的又一種HO 同工酶，從分子結構上看HO-3與HO-2 更相似而其催化活性要比 HO-1 及 HO-2 弱[3，8]，分子量為33kD，存在于腦、肝臟、脾臟、睪丸和腎臟等器官中，與HO-2有90%的氨基酸同源性，可在所有的組織中原生性表達。HO-3催化血紅素的能力很低，主要作用可能為介導HO與血紅素的結合。雖然HO-3的功能還有待進一步的探索，但它與HO-2存在形式及組成成分明顯類似，提示它亦可能與細胞血紅素依賴性功能調控有關,主要作用可能為介導HO與血紅素的結合，其生物學特性和功能有待于進一步研究。

2 HOs與運動能力

2.1 HO-1與運動能力

在正常情況下，機體存在完善的自由基清除系統(tǒng)，使體內自由基的產(chǎn)生與清除處于動態(tài)平衡中，不同運動模式對機體抗氧化酶活性的影響不同，不同器官組織中的同一種酶受運動影響的表現(xiàn)也不同，導致體內自由基產(chǎn)生與清除的平衡破壞。一般認為運動導致自由基生成增多的主要原因是機體耗氧增多，氧化代謝產(chǎn)生氧自由基；由于局部組織缺氧及代謝產(chǎn)物的堆積，影響了線粒體的氧化功能；同時氧氣的大量消耗為氧的單電子還原提供了更多的機會，從而進一步激發(fā)一系列自由基反應[9]。

HO-1的氧化步驟要消耗3分子02。因此，HO-1消耗氧分子減少氧自由基的產(chǎn)生，通過修飾蛋白巰基和金屬螯合劑等作用來防御氧化應激。已有大量研究證明HO-1是一類抗氧化劑，在高熱、內毒素等應激狀態(tài)下被誘導。研究表明，HO-1誘導劑細菌內毒素脂多糖能預防由臭氧引起的小鼠肺部炎癥和支氣管肺泡的損傷[10]。近年來在轉基因實驗方面取得的進步更為 HOs的抗氧化應激作用提供了有力的證據(jù)。實驗表明，在HO-1高表達的轉基因鼠中，肺組織比正常鼠更能耐受低氧，在慢性缺氧的條件下，與野生型相比，轉基因鼠的致炎細胞因子含量明顯下降，缺氧引起的肺炎性反應、肺動脈高壓、血管壁增生等均受到抑制。在大腦動脈阻塞引起的大鼠缺血模型中，腦組織HO-1的過度表達也有很好的神經(jīng)元保護作用[11]。目前，關于HO-1對運動能力影響方面的研究沒有相關報道，但根據(jù)動物實驗證實HO-1具有抗氧化應激作用，那么HO-1與運動性疲勞必定存在一定聯(lián)系，進而影響運動能力。

2.2 膽紅素與運動能力

膽紅素在正常血清濃度時是一種很強的內源性抗氧化劑，能直接清除過氧基團和超氧自由基，抑制脂質過氧化反應，增強VC與VE的抗氧化能力，并通過恢復細胞內抗氧化與致氧化之間的平衡減輕細胞的損傷。在細胞培養(yǎng)液中加入膽紅素可明顯增強細胞抗氧化損傷能力，逆轉過氧化氫引起的內皮細胞氧化。大量的研究表明，膽紅素具有明顯的抗氧化作用，如膽紅素能夠抑制有毒性的肺炎雙球菌的生長，低劑量膽紅素不但能穩(wěn)定維生素A使其免受氧化損傷，還能阻止紫外線引起的不飽和脂肪酸的自氧化作用。體外實驗證明膽紅素能夠清除自由基，與人血清白蛋白結合時或在生理濃度下仍能阻止亞油酸氧自由基引起的氧化作用。徐美琴等研究發(fā)現(xiàn)補膽紅素組SOD的活性升高、丙二醛（MDA）的含量降低、SOD/MDA的比值升高；證明膽紅素有較強的抗氧化能力，對自由基有較強的清除能力。黃興裕等研究表明補充外源性膽紅素可以抑制長時間大強度運動訓練導致的大鼠紅細胞膜中丙二醛含量的升高，同時還可提高運動訓練大鼠紅細胞膜中超氧化物歧化酶與谷胱甘肽過氧化物酶活性。

2.3 鐵與運動能力

鐵在運動中發(fā)揮極為重要的生物學作用，它作為血紅蛋白的組成，與氧運輸能力、機體的能量代謝、免疫機能等都有著密切的關系，故鐵對運動能力的維持具有十分重要的作用。有學者研究發(fā)現(xiàn)，在補鐵的同時做中等強度運動，1h后的血清鐵濃度顯著高于靜息時的血清鐵濃度，運動4h后達高峰，此時血清鐵的濃度高于只做運動而不補充鐵者的48.2%，或只補鐵而不做運動者的8.3%，說明運動可增強鐵吸收，改善機體運動能力。

HO-1分解血紅素產(chǎn)生游離鐵，游離鐵可生成羥自由基，加重氧化應激；同時，游離鐵可與鐵調節(jié)蛋白結合，使鐵-鐵調節(jié)蛋白復合物從鐵蛋白mRNA上解離，從而上調鐵蛋白的合成。鐵蛋白是一種細胞保護物質，可鰲合游離鐵，減輕鐵介導的氧化反應。此外，鐵蛋白還有減輕氧化應激、抗凋亡等細胞保護作用。所以，鐵作為HO-1催化血紅素分解的又一產(chǎn)物，它能誘導鐵蛋白的合成，鐵蛋白可減少活性氧的產(chǎn)生，進一步提示血紅素加氧酶系統(tǒng)在氧化應激中發(fā)揮重要作用，具有很強的清除自由基的功能。

3 研究的不足與未來發(fā)展的思考

綜上所述，目前關于血紅素加氧酶系統(tǒng)與運動能力的關系研究較少，研究僅限于HO-1具有抗氧化應激作用；HO-1、膽紅素及鐵均具有清除自由基作用；膽紅素在運動中具有增強抗氧化酶活性，提高機體對抗氧化應激的能力，而關于改變血紅素加氧酶系統(tǒng)中組成物質含量對動物及人整體運動能力影響的實驗研究還有待進一步深入，在相關條例允許條件下，改變血紅素加氧酶系統(tǒng)組成成分含量進行動物實驗研究，進一步積累血紅素加氧酶系統(tǒng)與機體運動能力方面的實驗數(shù)據(jù)是該方面研究需要進一步探索的方向，進而為改善人體運動能力，提高運動成績服務。

［1］Terry CM，Clikeman JA，Holidal JR，et al. Effect of tumor necrosisi factor alpha and interleukin-l alpha on heme oxygenase-1 expression in human endothelia cells［J］.AM J Physical，1998，274(1):H883-H891.

［2］韓春華，王生.急性運動所致氧化應激及膽紅素的保護作用［J］.中國運動醫(yī)學雜志，2000，19（2）：150-152.

［3］Mccoubrey WK Jr，Huang TJ，Maines MD.Isolation and characterization of a DNA from the rat brain that encodes hemoprotein heme oxygenase-3［J］.EUR J Biochem，1997，247(2):725-732.

［4］Gong P，Hu B，Stewart D，et al. Cobalt induces heme oxygenase-1 expression by hypoxiainducible factor independent mechanism in Chinese hamster ovary cells: regulation by Nrf2 and MafG transcription factors［J］.J Biol chem，2001，276(29): 27018-27025.

［5］Otterbein LE，Choi AM. Heme oxygenase: colors of defense against celluar stress［J］.Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2000，279(6):L1029-1037.

［6］Maines MD.The heme oxygenase system: a regulator of second messen ger gases[J ] . Annu Rev Pharmacol Toxicol，1997，37(4) :517-554.

［7］Vemna A，Hirsch DJ，Glatt CE，et al . Carbon monoxide: A putative neural messenger［J］.Science，1993，259(5093):381-384.

［8］Liu N，Wang X，Mccoubrey WK，Maines MD. Developmentally regulated expression of two transcripts for heme oxygenase-2 with a first exon unique to rat testis: control by corticosterone of the oxygenase protein expression［J］.Gene，2000，241(1):175-183.

［9］許豪文.運動生物化學概論[M].北京：高等教育出版社，2001.

［10］黃新莉,凌亦凌,戴鴻雁，等.Curcumin對注射脂多糖大鼠肺臟血紅素氧合酶-1表達的影響［J］.中國病理生理雜志，2005,21（10）：1986-1989.

［11］王譯晗，張 霞，張婷慧，等.轉基因鼠在腦缺血氧化應激研究中的應用［J］.中國比較醫(yī)學雜志，2012,22（3）：45-58.

［12］劉玉倩.不同強度游泳運動對大鼠腓腸肌及十二指腸鐵代謝的影響［D］.河北師范大學博士學位論文，2005.

Heme Oxygenase System and Athletic Ability

CHANG Feng，LI Yan-long
(Harbin Institute of Physical Education,Harbin 150008,Heilongjiang China)

HOs is an important antioxidant enzyme system in vivo, it can reduce the generation of oxygen free radicals and has anti-oxidation function. The exercise capability with the exercise-induced fatigue has relationship with more free radicals, The article intends to summarize the relationship between heme oxygenase system and exercise ability by the method of document and logical reason by reading some articles.

Heme oxygenase system; Exercise ability; Free radicals

G804.7

A

1008-2808(2012)04-0127-03

G804.7

A

1008-2808(2012)04-0127-03

2012-04-10；

2012-04-30

黑龍江省教育廳科學技術研究項目（項目編號：12521168）。

常鳳(1979－),女,講師,碩士,研究方向為生物化學與分子生物學。

編輯 郭霞