低氧训练对谷胱甘肽抗氧化系统的影响

摘要：采用文献资料法，分析了谷胱甘肽系统的组成及其生理功能，并探讨了不同运动方式以及低氧训练对谷胱甘肽抗氧化系统的影响及其机制，可为提高低氧训练效果提供理论参考依据。

关键词： 低氧训练；运动；谷胱甘肽

中图分类号： G804.7文章编号：1009-783X(2006)06-0065-03文献标识码： A

近年来，低氧训练作为一种特殊的训练方法倍受国内外学者关注，许多科研工作者对此做了很多相关的研究,并取得了丰硕成果。自由基代谢及抗氧化酶与机体的机能状态密切相关，低氧训练对体内自由基抗氧化系统的影响一直倍受人们的关注。最近研究表明，谷胱甘肽(GSH、GSSG)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX) 基因也是低氧敏感基因［1］。目前，有关低氧训练对自由基与抗氧化系统的变化报道研究相对较少，尤其对谷胱甘肽抗氧化系统的研究。本文主要探讨低氧训练以及不同运动方式下谷胱甘肽抗氧化系统的影响及其机制，为低氧训练提供理论参考。

1谷胱甘肽抗氧化系统

1.1谷胱甘肽抗氧化系统的组成、存在及其代谢

谷胱甘肽抗氧化系统主要指GSH、GSH-PX、谷胱甘肽转硫酶(GST)、谷胱甘肽还原酶(GR)。

谷胱甘肽是由γ-谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸组成的三肽，1921年Hopkins首先发现谷胱甘肽在人红细胞中含量较多,几乎全部是GSH。1957年Mills在牛红细胞中发现GSH-PX，GSH-PX是一种硒依赖型谷胱甘肽过氧化物酶，含有四个相同的亚基所组成的四聚体，每个酶含四个Se和8个-SH基，不同组织GSH-PX活性不同，肝和(似乎用中文好一点)中酶活性最高，心和肺次之，肌肉中最低。GST主要指非硒依赖型的谷胱甘肽过氧化物酶，分子量为40000～50000的二聚体蛋白质，有多种同工酶。

肝脏是机体物质代谢的重要器官，肝脏不仅具有合成GSH的能力，而且具有运输GSH的能力，可为周围组织提供大量GSH。正常生理条件下,肝脏中90～95%的GSH被转运到周围组织,其中80～85%通过肝窦膜进入血液,只有5～10%的GSH在肝脏中氧化成GSSG。机体内GSH的生成主要是通过合成和还原两条途径，合成途径是在γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶催化合成；还原途径是在NADPH存在条件下,GR作用GSSG还原生成GSH,反应中NADPH来源于葡萄糖磷酸戊糖途径；另外还可通过巯基转移酶作用生成GSH。

1.2谷胱甘肽抗氧化系统的主要生理功能

谷胱甘肽的主要生理功能是保护细胞膜中含巯基的蛋白质和其它膜蛋白的还原状态，直接清除羟自由基、不饱和脂肪酸自由基、烷过氧自由基，是组成膜保护因子和细胞浆保护因子的必需成分，防止自由基损伤，同时也可以作为GSH-PX、GST底物，清除体内H2O2和LOOH。大量的研究表明，细胞内GSH的氧化作用对依赖氧化还原状态的基因表达有调节作用，GSH含量的改变将影响具有解毒作用酶的基因转录、细胞增殖及细胞凋亡［2］。Cardoso SM［3］研究表明，内源性GSH的重要作用之一是保护蛋白巯基免受氧化损伤。GSH/GSSG的稳态是维持细胞正常生理过程的关键［4、5］,是细胞最重要的抗氧化系统之一。GSSG可以在GR催化下，以NADPH为供氢体，还原成GSH，维生素C也可以在GR催化下作为供氢体，使GSSG还原成GSH。当GSSG得不到及时的还原，GSH/GSSG比值即要发生改变。机体GSH/GSSG状态改变，可使一些含巯基和二硫的酶活性发生改变，可见GSH可以使受到活性氧损伤的巯基酶复活。GSH-PX和GST对GSH具有高度的特异性，都可以催化GSH与各种内源性和外源性亲电子化合物反应，生成无毒性或毒性小GSH硫结合物，但与GSH-PX不同的是，GST不能催化H2O2还原。通常生理条件下GSH-PX的作用比GST要大,但当GSH-PX活性下降时,GST显示较为重要的补偿作用,尤其如肝微粒体等不存在GSH-PX的组织,GST抗氧化作用就十分重要。

1.3谷胱甘肽抗氧化系统与运动能力

大量研究报道，运动引起机体自由基产生增加，导致脂质过氧化反应加强，造成细胞膜结构和功能的改变，当线粒体膜受到攻击时，可降低线粒体的代谢功能，ATP供应减少［6］，肌肉机能下降，是力竭性运动机体疲劳的重要原因。而谷胱甘肽抗氧化系统在清除运动中自由基的堆积，降低LPO反应，对增强运动能力，延缓疲劳的发生有着重要意义。

2不同运动方式对谷胱甘肽抗氧化系统的影响及其机制

2.1短时间运动与谷胱甘肽抗氧化系统

短时间运动时,一般GSH、GSSG浓度不变，机体产生的自由基影响较小，生物膜发生脂质过氧化水平也较轻。Sen等观察了大鼠6周的短距离疾跑训练对比目鱼肌、股四头肌白肌成分、跖肌和趾长伸肌和心肌抗氧化的影响，结果发现,跖肌和趾长伸肌和心肌GSH-PX和GR活力增加,而比目鱼肌和股四头肌GSH酶活性变化不大［7］。许豪文报道，短时间运动过程中GSH-PX的活性趋于升高，MDA含量趋于下降。这表明短时间运动后产生的自由基少，而机体抗氧化系统的能力得到加强，体内生成的自由基能及时被清除。

2.2耐力运动与谷胱甘肽抗氧化系统

适宜的耐力运动能改善人体的许多代谢功能,提高机体的适应性,增强运动能力。目前，国内外大量的研究报道表明，适宜的耐力运动能提高大鼠GSH的含量［8］，增加GSH-PX的活性［8-9］。Somani和Rybak研究发现，大鼠经9周耐力训练后,心肌中GSH-PX的mRNA水平比对照组提高了138%［10］。Leeuwenburgh(1997)报道，耐力训练后导致大鼠深层股外侧肌中GSH含量增加；心肌谷胱甘肽含量没有显著变化［8］。Kretzchmar等(1990)报道,训练有素的长跑运动员血浆中GSH浓度比同年龄的一般人高,而GSSG不变［11］。这可能是：适宜的耐力运动导致谷胱甘肽抗氧化系统抗氧化能力提高。

2.3长时间力竭运动与谷胱甘肽抗氧化系统

目前，国内外大量研究报道，长时间力竭运动,机体GSH浓度下降,GSSG浓度升高,GSH/GSSG比值下降。Leichtweis (1997) 、Leeuwenburgh(1997)也分别报道了长时间力竭运动后心肌谷胱甘肽含量显著下降［8，12］。这可能是：一方面，长时间力竭运动引起机体活性氧的增加,导致细胞内GSH的含量急剧下降,GSSG含量倍增,而细胞内GSSG由GR催化还原为GSH必须由NADPH提供还原当量，然而由于力竭运动能量的急剧消耗,GSSG的还原途径与能量代谢途径竞争NADPH,GSSG的形成速率超过细胞还原能力时,GSSG含量增加,GSH含量下降。另一方面，可能是长时间力竭运动刺激胰高血糖素、儿茶酚胺和血管加压素释放增加,导致进入血浆中GSH的量增加，肝脏GSH储量减少,组织摄取GSH的量不能够满足由于活性氧所造成的需求,导致GSH的下降。

3低氧训练对谷胱甘肽抗氧化系统的影响及其机制

3.1低氧与谷胱甘肽抗氧化系统

国内外大量的研究表明，适宜的低氧刺激能提高机体抗氧化能力，降低脂质过氧化水平。A.Y.Bogdanova1(2003)研究发现，低氧暴露导致细胞GSH水平快速增加［13］。Gonchar O（2003）的研究发现，大鼠吸入7%的氧气和93%的氮气的混合气体后，其心、肝、肺、脑LPO降低，GR、GSH-PX、GSH的一些酶的活性明显升高［14］。Vidal ML（2002）研究水生动物在缺氧环境下的氧化应激，发现缺氧引起GST活性的升高［15］。El"chaninova SA(2002)在研究间歇性低氧刺激对高血压病人抗氧化酶活性的影响时，发现10天的低氧刺激后，GSH-PX酶的活性提高18%［16］。Murry（1986）报道低氧产生的自由基可激活抗氧化酶的活性，缺血缺氧预适应可上调抗氧化酶等基因的表达，从而预防因缺氧造成的损伤［17］。Czyzyk-Krzeska MF研究发现低氧导致GSH的浓度升高，导致蛋白质的巯基由氧化型向还型转变，一些转录因子的构象发生改变，激活其结合DNA的活性，促进低氧敏感基因的转录表达［18］。研究发现,在低氧化刺激时GSH-PX、GR等抗氧化酶基因的表达量增加［19］。

然而，也有一些报道，低氧刺激不能提高机体抗氧化水平，且增加脂质过氧化水平。Jose Magalhaes（2004）研究发现，急性低氧（相当7000m海拔高度）能增加氧化应激，然而谷胱甘肽抗氧化系统在保护抗氧化方面所起的作用不是很显著［20］。Hollander等(1998)研究发现，航天飞行后GSH减少，提示航天飞行下调了抗氧防御系统的能力［21］。Sarada,S.K.S.研究发现低氧暴露导致血浆中MDA水平增加，同时血液中GSH，GSH-PX减少［22］。可能是：氧浓度过低时，活性氧大量生成，导致细胞内GSH的含量急剧下降,GSSG倍增，而GSSG由GR催化还原为GSH必须由NADPH提供还原当量，然而由于低氧浓度过低，将导致能量的急剧消耗,GSSG的还原途径与能量代谢途径竞争NADPH,从而导致GSSG增加,GSH下降。

造成这两种截然不同的结果可能是低氧刺激的模式、低氧刺激浓度、低氧刺激时间、低氧刺激周期、以及不同的运动方式和不同组织器官等因素的影响。

3.2低氧训练与谷胱甘肽抗氧化系统

目前，国内外有关低氧训练对谷胱甘肽抗氧化系统影响的报道较少。雷明光(2003) 研究模拟4000m高度对大鼠腓肠肌抗氧化能力的影响，发现高住低训能提高大鼠腓肠肌GSH-PX的活性［23］。黄丽英 (2003)研究发现模拟3000m急性低氧训练和经过4wk低氧适应后，大鼠心肌、肝脏和骨骼肌细胞液和线粒体GSH-PX活性显著提高；然而，4000m急性低氧训练对大鼠心肌、肝脏和骨骼肌细胞液和线粒体GSH-PX活性出现下降的趋势，但经过4wk低氧适应后，GSH-PX活性变化不明显［1］。陈晓彬(2006)研究模拟2500m高度对SD大鼠肝脏谷胱甘肽抗氧化系统影响，结果发现低住高练组和高住低练组大鼠肝脏GSH、GSH-PX、T-AOC均显著高于平原运动组。该学者认为，低住高练和高住低练此两种训练方法均能提高机体谷胱甘肽抗氧化系统能力，这可能是机体存在适应性的调节机制，低氧诱导ROS适应性增加，导致GSH含量下降,GSSG含量上升,GSH/GSSG的比值下降,激活了氧化还原状态的细胞转录敏感因子AP-1和NF-KB,诱导GCS的基因表达,最终导致GSH含量增加。同时，ROS也激活了GSH-PX的mRNA的转录［24］。

4问题与展望

随着低氧训练研究的不断深入,将来可能会找到一种低氧训练模式能使低氧刺激浓度、低氧刺激时间、低氧刺激周期达到高度的有机统一，从而更好地保持体内GSH的高浓度,防止自由基损伤，从而提高运动能力。

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