常鳳，李彥龍

（哈爾濱體育學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150008）

血紅素加氧酶系統(tǒng)與運(yùn)動能力

常鳳，李彥龍

（哈爾濱體育學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150008）

血紅素加氧酶系統(tǒng)是體內(nèi)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(yīng)激作用。另外，運(yùn)動性疲勞的出現(xiàn)導(dǎo)致運(yùn)動能力下降與自由基增多密切相關(guān)，故文章采用文獻(xiàn)資料法和邏輯推理法對血紅素加氧酶系統(tǒng)與運(yùn)動能力方面的文獻(xiàn)進(jìn)行歸納與綜述。

血紅素加氧酶；運(yùn)動能力；自由基

運(yùn)動能力是指人參加運(yùn)動和訓(xùn)練所具備的能力，是人的身體形態(tài)、素質(zhì)、機(jī)能、技能和心理能力等因素的綜合表現(xiàn)，而肌肉運(yùn)動能力下降是運(yùn)動性疲勞的基本標(biāo)志和本質(zhì)特性，運(yùn)動性疲勞出現(xiàn)時間或產(chǎn)生后恢復(fù)的早晚直接影響運(yùn)動成績的好壞，如何延遲運(yùn)動性疲勞的發(fā)生及快速清除疲勞是運(yùn)動醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)問題，提高運(yùn)動能力的重要手段。運(yùn)動性疲勞產(chǎn)生機(jī)制中目前較為得到公認(rèn)的自由基損傷學(xué)說認(rèn)為：運(yùn)動過程中自由基產(chǎn)生過多可使脂質(zhì)過氧化反應(yīng)加強(qiáng)，攻擊細(xì)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(nèi)質(zhì)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(dǎo)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(shí)：膽紅素是體內(nèi)重要的抗氧化物質(zhì)，抑制運(yùn)動后超氧化物歧化酶（SOD）活性的下降，同時也可以減少運(yùn)動后氧自由基的產(chǎn)生，并降低體內(nèi)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(dǎo)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(yīng)激。由此說明血紅素加氧酶系統(tǒng)在改善機(jī)體運(yùn)動能力方面必定發(fā)揮作用，但目前未見關(guān)于血紅素加氧酶系統(tǒng)與運(yùn)動能力方面的文獻(xiàn)報道，本文擬兩者的關(guān)系進(jìn)行探討，以期在競技體育及群眾體育中改善運(yùn)動者運(yùn)動能力，促進(jìn)運(yùn)動成績的提高及運(yùn)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(nèi)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(dǎo)型，HO-2、HO-3為結(jié)構(gòu)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(xì)胞系統(tǒng)的微粒體中，在心、肺、腎、肝臟、骨髓、脾臟和網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)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(xì)胞因子、金屬、內(nèi)毒素及氧化劑等多種因素作用下均可誘導(dǎo)其表達(dá)[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(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞的線粒體內(nèi)，主要分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、血管內(nèi)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(zhì)激素可誘導(dǎo)HO-2 的表達(dá)，與HO-1 基因不同，到目前為止HO-2基因操縱子內(nèi)僅發(fā)現(xiàn)糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件(GRE)一種增強(qiáng)子，蛋白激酶C對HO-2的磷酸化可增強(qiáng)HO-2在培養(yǎng)腦細(xì)胞中的活性，HO-2很少被誘導(dǎo)，故推測HO-2可能主要是調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)的功能[6-7]。正常情況下，機(jī)體內(nèi)的血紅素主要由HO-2 催化分解。HO-3 是近幾年內(nèi)發(fā)現(xiàn)的又一種HO 同工酶，從分子結(jié)構(gòu)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(dá)。HO-3催化血紅素的能力很低，主要作用可能為介導(dǎo)HO與血紅素的結(jié)合。雖然HO-3的功能還有待進(jìn)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(xì)胞血紅素依賴性功能調(diào)控有關(guān),主要作用可能為介導(dǎo)HO與血紅素的結(jié)合，其生物學(xué)特性和功能有待于進(jìn)一步研究。

2 HOs與運(yùn)動能力

2.1 HO-1與運(yùn)動能力

在正常情況下，機(jī)體存在完善的自由基清除系統(tǒng)，使體內(nèi)自由基的產(chǎn)生與清除處于動態(tài)平衡中，不同運(yùn)動模式對機(jī)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(yùn)動影響的表現(xiàn)也不同，導(dǎo)致體內(nèi)自由基產(chǎn)生與清除的平衡破壞。一般認(rèn)為運(yùn)動導(dǎo)致自由基生成增多的主要原因是機(jī)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(jī)會，從而進(jìn)一步激發(fā)一系列自由基反應(yīng)[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(yīng)激。已有大量研究證明HO-1是一類抗氧化劑，在高熱、內(nèi)毒素等應(yīng)激狀態(tài)下被誘導(dǎo)。研究表明，HO-1誘導(dǎo)劑細(xì)菌內(nèi)毒素脂多糖能預(yù)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(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)方面取得的進(jìn)步更為 HOs的抗氧化應(yīng)激作用提供了有力的證據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明，在HO-1高表達(dá)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)基因鼠的致炎細(xì)胞因子含量明顯下降，缺氧引起的肺炎性反應(yīng)、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(dá)也有很好的神經(jīng)元保護(hù)作用[11]。目前，關(guān)于HO-1對運(yùn)動能力影響方面的研究沒有相關(guān)報道，但根據(jù)動物實(shí)驗(yàn)證實(shí)HO-1具有抗氧化應(yīng)激作用，那么HO-1與運(yùn)動性疲勞必定存在一定聯(lián)系，進(jìn)而影響運(yùn)動能力。

2.2 膽紅素與運(yùn)動能力

膽紅素在正常血清濃度時是一種很強(qiáng)的內(nèi)源性抗氧化劑，能直接清除過氧基團(tuán)和超氧自由基，抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，增強(qiáng)VC與VE的抗氧化能力，并通過恢復(fù)細(xì)胞內(nèi)抗氧化與致氧化之間的平衡減輕細(xì)胞的損傷。在細(xì)胞培養(yǎng)液中加入膽紅素可明顯增強(qiáng)細(xì)胞抗氧化損傷能力，逆轉(zhuǎn)過氧化氫引起的內(nèi)皮細(xì)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(shí)驗(yàn)證明膽紅素能夠清除自由基，與人血清白蛋白結(jié)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(bǔ)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(qiáng)的抗氧化能力，對自由基有較強(qiáng)的清除能力。黃興裕等研究表明補(bǔ)充外源性膽紅素可以抑制長時間大強(qiáng)度運(yùn)動訓(xùn)練導(dǎo)致的大鼠紅細(xì)胞膜中丙二醛含量的升高，同時還可提高運(yùn)動訓(xùn)練大鼠紅細(xì)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(yùn)動能力

鐵在運(yùn)動中發(fā)揮極為重要的生物學(xué)作用，它作為血紅蛋白的組成，與氧運(yùn)輸能力、機(jī)體的能量代謝、免疫機(jī)能等都有著密切的關(guān)系，故鐵對運(yùn)動能力的維持具有十分重要的作用。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在補(bǔ)鐵的同時做中等強(qiáng)度運(yùn)動，1h后的血清鐵濃度顯著高于靜息時的血清鐵濃度，運(yùn)動4h后達(dá)高峰，此時血清鐵的濃度高于只做運(yùn)動而不補(bǔ)充鐵者的48.2%，或只補(bǔ)鐵而不做運(yùn)動者的8.3%，說明運(yùn)動可增強(qiáng)鐵吸收，改善機(jī)體運(yùn)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(yīng)激；同時，游離鐵可與鐵調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，使鐵-鐵調(diào)節(jié)蛋白復(fù)合物從鐵蛋白mRNA上解離，從而上調(diào)鐵蛋白的合成。鐵蛋白是一種細(xì)胞保護(hù)物質(zhì)，可鰲合游離鐵，減輕鐵介導(dǎo)的氧化反應(yīng)。此外，鐵蛋白還有減輕氧化應(yīng)激、抗凋亡等細(xì)胞保護(hù)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(dǎo)鐵蛋白的合成，鐵蛋白可減少活性氧的產(chǎn)生，進(jìn)一步提示血紅素加氧酶系統(tǒng)在氧化應(yīng)激中發(fā)揮重要作用，具有很強(qiáng)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(guān)于血紅素加氧酶系統(tǒng)與運(yùn)動能力的關(guān)系研究較少，研究僅限于HO-1具有抗氧化應(yīng)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(yùn)動中具有增強(qiáng)抗氧化酶活性，提高機(jī)體對抗氧化應(yīng)激的能力，而關(guān)于改變血紅素加氧酶系統(tǒng)中組成物質(zhì)含量對動物及人整體運(yùn)動能力影響的實(shí)驗(yàn)研究還有待進(jìn)一步深入，在相關(guān)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(jìn)行動物實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)一步積累血紅素加氧酶系統(tǒng)與機(jī)體運(yùn)動能力方面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是該方面研究需要進(jìn)一步探索的方向，進(jìn)而為改善人體運(yùn)動能力，提高運(yùn)動成績服務(wù)。

［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(yùn)動所致氧化應(yīng)激及膽紅素的保護(hù)作用［J］.中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)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(yùn)動生物化學(xué)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(dá)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(zhuǎn)基因鼠在腦缺血氧化應(yīng)激研究中的應(yīng)用［J］.中國比較醫(yī)學(xué)雜志，2012,22（3）：45-58.

［12］劉玉倩.不同強(qiáng)度游泳運(yùn)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(xué)博士學(xué)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(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：12521168）。

常鳳(1979－),女,講師,碩士,研究方向?yàn)樯锘瘜W(xué)與分子生物學(xué)。

編輯 郭霞