關(guān)于蝦青素抑制運動性氧化損傷的研究

吳麗君，王 僮

前言

習(xí)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(qiáng)機(jī)體免疫力，預(yù)防疾病發(fā)生，但運動過度常常導(dǎo)致組織及細(xì)胞氧化損傷。因此，針對時常大強(qiáng)度訓(xùn)練的運動員，尋求最佳運動方式和外源性抗氧化劑補(bǔ)充是極其重要的。其中運動領(lǐng)域關(guān)于超強(qiáng)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(jìn)行綜述與總結(jié)，為蝦青素作為抗氧化補(bǔ)充劑應(yīng)用于運動領(lǐng)域提供理論依據(jù)。

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(yǎng)補(bǔ)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(jié)構(gòu)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(tuán)，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(chǎn)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(chǎn)物。因此，蝦青素清除氧自由基及防止脂質(zhì)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(guān)于蝦青素的安全問題，它在1987年被美國食品和藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)可用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的飼料添加劑，并于1999年被批準(zhǔn)用于膳食補(bǔ)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(yǎng)試驗等毒理學(xué)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(yǎng)試驗各項指標(biāo)也均未見明顯毒性反應(yīng)。彭亮[5]研究也表明服用蝦青素后的人體各項安全性指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)。

基于文獻(xiàn)研究，蝦青素在體外和體內(nèi)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(jīng)系統(tǒng)的健康，阻止視網(wǎng)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(diào)節(jié)免疫反應(yīng)[7]，抗炎抗感染，調(diào)節(jié)肝脂代謝[8]，預(yù)防腫瘤、心血管疾病[9]、糖尿病等慢性病的發(fā)生且延緩其發(fā)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(fā)性器官損傷，延緩運動性疲勞[10]，進(jìn)而提高運動能力。

2 運動與氧化應(yīng)激

生物體利用氧氣產(chǎn)生能量的同時會產(chǎn)生自由基，正常情況下，自由基參與合成膠原蛋白、調(diào)控基因表達(dá)、提高殺菌能力等；但當(dāng)內(nèi)外源性刺激使機(jī)體氧化生成自由基與抗氧化防御之間嚴(yán)重失衡時，將會導(dǎo)致組織及細(xì)胞氧化損傷，這就稱之為氧化應(yīng)激。人體在劇烈運動中會產(chǎn)生一系列含氧或含氮自由基及其衍生物，主要誘發(fā)氧化應(yīng)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(tài)氧等。線粒體進(jìn)行有氧呼吸時，小部分氧被還原成超氧陰離子[11]；大強(qiáng)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(chǎn)生。氧化應(yīng)激還參與各種疾病的發(fā)生與發(fā)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(chǎn)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(jī)體內(nèi)關(guān)于氧化應(yīng)激的標(biāo)記物主要包括脂質(zhì)過氧化反應(yīng)標(biāo)記物丙二醛(MDA)，DNA氧化應(yīng)激損傷標(biāo)記物8-羥基-2’-脫氧鳥苷(8-OHdG)[13]，以及相關(guān)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(zhuǎn)移酶(GSH-Px)等。這些生物標(biāo)記物對于運動人體內(nèi)氧化應(yīng)激水平及機(jī)能狀態(tài)的評價具有重要意義。有許多研究表明游泳疲勞大鼠體內(nèi)活性氧生成增加，血漿中與氧化應(yīng)激密切相關(guān)的酶和生物分子發(fā)生了較大程度的改變，總體表現(xiàn)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(dǎo)致引起氧化損傷，從而造成機(jī)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(zhì)表達(dá)

蝦青素具有淬滅單線態(tài)氧，清除自由基的功能，主要是通過增加氧化應(yīng)激反應(yīng)中抗氧化酶的活性和蛋白表達(dá)來發(fā)揮作用。研究表明，補(bǔ)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(zhì)過氧化，有效減少其自由基損傷。二者結(jié)合大大提高力竭運動血液和骨骼肌中各抗氧化指標(biāo)的活性，減少自由基的生成，保護(hù)機(jī)體免受自由基損傷[16]。Polotow等[17]研究表明45天1mg d-1補(bǔ)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(yīng)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(chǎn)物MDA的產(chǎn)生，增強(qiáng)抗氧化酶SOD，GSH—Px的活性[10]，說明在劇烈運動引起的氧化應(yīng)激情況下，天然蝦青素具有對抗自由基產(chǎn)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(zhuǎn)化代謝產(chǎn)物

機(jī)體運動期間會產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，影響細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，加速疲勞的產(chǎn)生。吳麗君[18]研究表明蝦青素補(bǔ)充可預(yù)先降低機(jī)體在安靜狀態(tài)下的乳酸含量，可抑制由急性大強(qiáng)度運動導(dǎo)致的乳酸生成，可加速運動后機(jī)體內(nèi)乳酸的清除，還可減緩運動后1h機(jī)體血尿酸升高的幅度。Mayumi等[19]研究表明小鼠蝦青素補(bǔ)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(zhuǎn)化運動產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。

3.3 保護(hù)細(xì)胞膜功能和結(jié)構(gòu)完整性

蝦青素可清除自由基，使細(xì)胞膜或線粒體膜免受氧化損傷，提高細(xì)胞間平衡能力，維持細(xì)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(jié)構(gòu)完整性并表現(xiàn)出顯著的抗氧化活性，并且使由膜結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生的脂質(zhì)氫過氧化物水平降低40%[20]。沈?qū)嶽21]研究表明長期遞增負(fù)荷訓(xùn)練使骨骼肌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性遭到了破壞，主要表現(xiàn)為血清乳酸脫氫酶(LDH)和肌酸激酶(CK)濃度的增加，而補(bǔ)充天然蝦青素顯著降低了長期遞增負(fù)荷訓(xùn)練大鼠血清的LDH、CK濃度，保護(hù)了運動機(jī)體骨骼肌的細(xì)胞膜功能和結(jié)構(gòu)完整性。

3.4 抑制炎癥反應(yīng)

在機(jī)體中，蝦青素可在粘膜免疫功能受損或氧化應(yīng)激和炎癥增加的情況下進(jìn)行生理調(diào)節(jié)。Baralic[22]研究表明補(bǔ)充蝦青素可顯著降低血漿LDH與CK水平，同時通過減少訓(xùn)練誘導(dǎo)的血清C反應(yīng)蛋白和總白細(xì)胞和中性粒細(xì)胞計數(shù)的增加而發(fā)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(yīng)明顯減弱。周海濤等[23]研究表明補(bǔ)充蝦青素可以有效地抑制腎組織中炎癥因子表達(dá)從而減輕過度訓(xùn)練誘導(dǎo)的運動性腎臟缺血再灌注發(fā)生時腎臟組織基因TGF-βl的表達(dá)，維護(hù)細(xì)胞外基質(zhì)的動態(tài)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(bǔ)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(fā)性中性粒細(xì)胞浸潤和肌肉損傷的標(biāo)志物，這也表明蝦青素減弱了力竭運動后的炎性損傷反應(yīng)。

4 結(jié)論

大量研究表明，蝦青素在運動領(lǐng)域發(fā)揮著強(qiáng)大的抗氧化作用，可通過增加抗氧化酶活性和蛋白質(zhì)表達(dá)，清除或轉(zhuǎn)化代謝產(chǎn)物，保護(hù)細(xì)胞膜功能和結(jié)構(gòu)完整性，抑制炎癥反應(yīng)等方面抑制運動性氧化損傷，預(yù)防運動性疾病發(fā)生，進(jìn)而提高運動能力。