關于蝦青素抑制運動性氧化損傷的研究

吳麗君，王 僮

前言

習近平主席在黨的十九屆全國人民代表大會上指出全民健身的重要性，呼吁全國人民參與到運動中去。適量的運動會增強機體免疫力，預防疾病發生，但運動過度常常導致組織及細胞氧化損傷。因此，針對時常大強度訓練的運動員，尋求最佳運動方式和外源性抗氧化劑補充是極其重要的。其中運動領域關于超強抗氧化劑蝦青素的研究也是一大熱點。本文對蝦青素抑制運動性氧化損傷作用進行綜述與總結，為蝦青素作為抗氧化補充劑應用于運動領域提供理論依據。

1 蝦青素的介紹及作用

蝦青素(Astaxantion)是廣泛存在于蝦、蟹、藻類等海洋生物及鳥類羽毛中的脂溶性類胡蘿卜素，常被用作營養補充劑，抗氧化劑和抗癌劑，主要獲取方式為生物提取和人工合成。它的分子結構中含有共軛雙鍵鏈，且其末端具有不飽和的酮基和羥基基團，通過吸引自由基或提供給自由基電子來清除自由基。作為天然抗炎的抗氧化劑之一的蝦青素，是類胡蘿卜素合成的最高級別產物，而β-胡蘿卜素、葉黃素、角黃素、番茄紅素等都是類胡蘿卜素合成的中間產物。因此，蝦青素清除氧自由基及防止脂質自氧化的能力是維生素C的6000倍，輔酶Q10的800倍，維生素E的550倍，多酚的200倍，花青素的150倍，β-胡蘿卜素的10倍[1, 2]。關于蝦青素的安全問題，它在1987年被美國食品和藥品監督管理局批準可用于水產養殖業的飼料添加劑，并于1999年被批準用于膳食補充劑[3]。石麗麗等[4]研究采用急性毒性試驗、遺傳毒性試驗、大鼠30天喂養試驗等毒理學評價方法得出蝦青素急性毒性分級屬無毒級，無遺傳毒性，大鼠30天喂養試驗各項指標也均未見明顯毒性反應。彭亮[5]研究也表明服用蝦青素后的人體各項安全性指標均在正常范圍內。

基于文獻研究，蝦青素在體外和體內模型中都顯示出潛在的生物活性，對動物和人類代謝有一定有益作用。它是唯一能通過血腦屏障的類胡蘿卜素，可以維持中樞神經系統的健康，阻止視網膜氧化，對黃斑變性也有很好的防治作用[6]。除此之外，蝦青素還可以調節免疫反應[7]，抗炎抗感染，調節肝脂代謝[8]，預防腫瘤、心血管疾病[9]、糖尿病等慢性病的發生且延緩其發展。在運動方面，它還能夠減輕運動性缺血再灌注損傷，防止繼發性器官損傷，延緩運動性疲勞[10]，進而提高運動能力。

2 運動與氧化應激

生物體利用氧氣產生能量的同時會產生自由基，正常情況下，自由基參與合成膠原蛋白、調控基因表達、提高殺菌能力等；但當內外源性刺激使機體氧化生成自由基與抗氧化防御之間嚴重失衡時，將會導致組織及細胞氧化損傷，這就稱之為氧化應激。人體在劇烈運動中會產生一系列含氧或含氮自由基及其衍生物，主要誘發氧化應激的為活性氧(ROS)，包括超氧陰離子自由基、羥自由基、過氧化氫、單線態氧等。線粒體進行有氧呼吸時，小部分氧被還原成超氧陰離子[11]；大強度運動中的缺氧與運動后缺血組織的血液再灌注也會加速ROS的產生。氧化應激還參與各種疾病的發生與發展，如糖尿病、動脈粥樣硬化、腫瘤及口腔頜面部疾病[12]等，在體育運動中，大量自由基產生與蓄積也是造成運動性疲勞、運動性貧血、肌肉的延遲性酸痛與運動損傷的重要因素。機體內關于氧化應激的標記物主要包括脂質過氧化反應標記物丙二醛(MDA)，DNA氧化應激損傷標記物8-羥基-2’-脫氧鳥苷(8-OHdG)[13]，以及相關抗氧化酶和生物分子如超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽(GSH)與谷胱甘肽轉移酶(GSH-Px)等。這些生物標記物對于運動人體內氧化應激水平及機能狀態的評價具有重要意義。有許多研究表明游泳疲勞大鼠體內活性氧生成增加，血漿中與氧化應激密切相關的酶和生物分子發生了較大程度的改變，總體表現SOD、GSH-Px活力降低，GSH水平下降，MDA含量升高，這些因素綜合作用，導致引起氧化損傷，從而造成機體疲勞[14, 15]。

3 蝦青素與運動

3.1 增加抗氧化酶活性和蛋白質表達

蝦青素具有淬滅單線態氧，清除自由基的功能，主要是通過增加氧化應激反應中抗氧化酶的活性和蛋白表達來發揮作用。研究表明，補充天然蝦青素或游泳運動能夠提高骨骼肌組織的抗氧化性，抑制骨骼肌脂質過氧化，有效減少其自由基損傷。二者結合大大提高力竭運動血液和骨骼肌中各抗氧化指標的活性，減少自由基的生成，保護機體免受自由基損傷[16]。Polotow等[17]研究表明45天1mg d-1補充蝦青素大鼠比目魚肌中SOD活性增加，還增加了運動期間GSH含量，限制氧化應激和延遲疲勞時間。蝦青素還能抑制運動后小鼠肝臟及血液中氧化代謝產物MDA的產生，增強抗氧化酶SOD，GSH—Px的活性[10]，說明在劇烈運動引起的氧化應激情況下，天然蝦青素具有對抗自由基產生并加速自由基的清除的作用，顯示出卓越的抗氧化功效。

3.2 清除或轉化代謝產物

機體運動期間會產生多種代謝產物，影響細胞內環境，加速疲勞的產生。吳麗君[18]研究表明蝦青素補充可預先降低機體在安靜狀態下的乳酸含量，可抑制由急性大強度運動導致的乳酸生成，可加速運動后機體內乳酸的清除，還可減緩運動后1h機體血尿酸升高的幅度。Mayumi等[19]研究表明小鼠蝦青素補充后血乳酸濃度下降，運動能力提高。說明蝦青素可清除或轉化運動產生的代謝產物，維持細胞內環境穩態。

3.3 保護細胞膜功能和結構完整性

蝦青素可清除自由基，使細胞膜或線粒體膜免受氧化損傷，提高細胞間平衡能力，維持細胞正常功能。研究表明，通過X射線衍射分析得出蝦青素可以保留膜結構完整性并表現出顯著的抗氧化活性，并且使由膜結構變化產生的脂質氫過氧化物水平降低40%[20]。沈寧[21]研究表明長期遞增負荷訓練使骨骼肌細胞膜結構和功能的完整性遭到了破壞，主要表現為血清乳酸脫氫酶(LDH)和肌酸激酶(CK)濃度的增加，而補充天然蝦青素顯著降低了長期遞增負荷訓練大鼠血清的LDH、CK濃度，保護了運動機體骨骼肌的細胞膜功能和結構完整性。

3.4 抑制炎癥反應

在機體中，蝦青素可在粘膜免疫功能受損或氧化應激和炎癥增加的情況下進行生理調節。Baralic[22]研究表明補充蝦青素可顯著降低血漿LDH與CK水平，同時通過減少訓練誘導的血清C反應蛋白和總白細胞和中性粒細胞計數的增加而發揮第二抗炎作用，表明服用蝦青素的受試者的全身炎癥反應明顯減弱。周海濤等[23]研究表明補充蝦青素可以有效地抑制腎組織中炎癥因子表達從而減輕過度訓練誘導的運動性腎臟缺血再灌注發生時腎臟組織基因TGF-βl的表達，維護細胞外基質的動態平衡，延緩或避免對腎臟的損傷。Aoi[24]研究表明在速度為28 m·min-1跑臺力竭運動后24小時，補充蝦青素組分別降低了大鼠腓腸肌與心肌中髓過氧化物酶(MPO)50%和33%的活性，顯著降低血漿CK活性。由于MPO和CK是繼發性中性粒細胞浸潤和肌肉損傷的標志物，這也表明蝦青素減弱了力竭運動后的炎性損傷反應。

4 結論

大量研究表明，蝦青素在運動領域發揮著強大的抗氧化作用，可通過增加抗氧化酶活性和蛋白質表達，清除或轉化代謝產物，保護細胞膜功能和結構完整性，抑制炎癥反應等方面抑制運動性氧化損傷，預防運動性疾病發生，進而提高運動能力。