运动过程中的羰基应激.pdf

摘要随着现在竞技运动水平的提高和竞技比赛的节奏加快，高水平运动队( 员) 之间的较量越来越受到疲劳和伤病的影响，运动性疲劳的积累往往是造成伤病的主要原因之一阐明运动性疲劳发生发展的机制对如何采取有效的各种手段消除运动性疲劳有着重要的指导意义M D A 及相关毒性醛酮是机体运动过程中因氧化应激而形成的脂质过氧化产物，是运动应激中重要的指标或所谓“运动应激因子“ ( E x e r c i s es t r e s sf a c t o r s 、E S F s ) 也是自由基氧化和非酶糖基化在体内能量代谢过程中必然发生的两大类生化副反应所产生的最具代表性的活性羰基类物质之一M D A 作为脂质过氧化过程中产生的一种含有两个羰基的化合物，时时刻刻都伴随在生命活动的物质代谢和能量代谢之中由于活性羰基能与氨基( 巯基更易) 发生共价交联，即羰．氨反应，因此，M D A 能与蛋白质、核酸进一步发生交联反应，造成机体内蛋白、脂质和核酸等生物大分子发生广泛而缓慢的不可修复性损伤这也是说明羰基对机体的毒化损伤无时不在，无处不在体内对抗氧化应激有三道防御系统，其中抗羰基应激体系是核心防御体系，其对活性羰基类物质的共轭清理和降解是对抗氧应激伤害的关键。

因此，基于运动性疲劳形成的原因和羰基应激学说的核心理论，我们提出“羰基应激是运动性疲劳形成的关键环节”的观点本研究主要以羰基应激衰老学说为理论基础，将活性羰基类物质M D A 引入研究体系，建立羰基应激和去羰基应激的运动动物实验模型，运用实验室成熟的红细胞模型，以羰基应激为切入点，通过确定羰基应激和去羰基应激的一系列实验，以羰氨反应为线索，探讨运动性疲劳形成的机制和可能存在的途径由于运动中M D A 大量增加，毒性作用增强，并且基于血液储存过程中粘度不断增加，我们对羰基应激与血液粘度改变的相关性做了研究；建立红细胞羰基应激实验模型，采用血液粘度测量、扫描电镜观察、荧光偏振度检测和液相色谱质谱联用( L C ／M S E S I ) 等方法，从红细胞的表观粘度、形态学、羰基蛋白含量、膜流动性及产物鉴定等诸多方面，对血浆和红细胞两个影响血液粘度的重要因素的分别探讨；并选用含有氨基和巯基的生物活性小分子( 谷胱甘肽、牛磺酸、褪黑素和赖氨酸) 进行抗羰基应激防御体系的初探，建立大鼠跑台力竭运动的疲劳模型，研究了牛磺酸和赖氨酸对M D A 的捕获作用；考虑到运动性疲劳形成过程中氨基酸代谢引人注目，我们探讨了不同浓度的赖氨酸在不同p H 值的条件下与M D A 反应情况，并探讨补充赖氨酸对运动大鼠抗疲劳的影响。

结果表明：1 、M D A 处理组的红细胞悬浮液表观粘度的明显增高，G S H 则可使红细胞表观粘度值下降；10 m m o l ／LM D A 处理后造成红细胞形态发生聚集，G S H 能使聚集红细胞分散；G S H 能显著性降低红细胞膜蛋白羰基含量( 氏O ．0 1 ) ；5 0m m o l ／L M D A 可使红细胞膜的荧光偏振度和微粘度上升；2 0 、5 0 、1 0 0 m m o l ／L 的G S H 均可降低红细胞膜的荧光偏振度和微粘度除2 0 m m o l ／L 的G S H 处理与对照比较未达到显著水平( P > 0 ．0 5 ) 外，其余各处理与对照比较均达到极显著水平妒 O ．0 5 ) ；力竭运动后大鼠的M D A 含量显著地升高( ∥o ．0 1 ) ，s o D 活性、G s H 含量和总c a 2 + 浓度均显著地降低( ／r O ．0 5 )c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o l ，t h er e s to ft h et r e a t m e n tc o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lr e a c h e dt h es i g n i f i c a n tl e v e l ( P 0 ．0 5 ) ．A f t e re x h a u s t i v ee x e r c i s es i g n i f i c a n ti n c r e a s ew e r eV Io b s e r v e dw i t hM D Al e v e l s ( p c = Q 刽> c g H 一菇甚> c 岳过^ ／＼．C ／N 。

u ．卫- - - ．X 3 ／，u N 二> 龟卫^ ．卫Ⅵ二图1 - 9 碱催化条件下羰基与亲核试剂( N u 一) 的加成反应3 ．2 活性羰基类物质作用的机制尽管羰基化学物有很多种，但是，生物机体内能自发生成，且对机体功能具有重大影响的主要还是一些具有很强反应活性的醛酮类物质，尤其是醛类物质，如丙二醛( m a l o n d i a l d e h y d e ，M D A ) ，4 ．羟基壬烯醛( 4 - h y d o x y l n o n e n a l ，H N E ) 、乙二醛( g l y o x a l ，G O ) 、甲基乙二醛( m e t h y l —g l y o x a l ，M G O ) 等醛类修饰生物结构的方式，主要有：①修饰非蛋白质巯基化合物和蛋白质的巯基( s u l f h y d r y lg r o u p ) ；②修饰低分子量胺、氨基酸、蛋白质或核酸的氨基( a m i n og r o u p ) 总体而言，链醛、2 ．链烯醛和0 【．酮醛主要攻击氨基和巯基；它们的效应不仅存在于能量代谢、而且也存在与核酸和蛋白质的生物合成的过程，甚至还存在于有丝分裂的过程。

1 ) 醛类能与半胱氨酸( c y s t e i n e ) 的巯基反应，生成噻唑烷酸( t h i a z o l i d i n e ．c a r b o x y l i ca c i d ) 具体而言，还会有希夫氏碱( S c h i f f sb a s e )博士学位论文和半硫代半缩醛( h e m i m e r c a p t 0 1 ) 等中间产物的生成，但还是可以认为终产物噻唑烷酸是通过希夫氏碱环化形成的如图1 ．1 0 R —t 量o ：一辫s 婆命咖一图1 ．1 0 链醛与半胱氨酸的巯基反应生成噻唑烷酸( 2 ) 醛类与氨基反应形成希夫氏碱或亚胺基类化合物( i m i n oc o m p o u n d s ) ，该反应具有广泛的生物功能，如与蛋白质氨基的反应是导致蛋白质交联的重要原因如图1 ．1 1 图1 ．1 1链醛与蛋白质氨基反应导致蛋白质交联链醛可逆地与蛋白质反应，诱导酶的失活以及最终的肿瘤抑制效应等，主要是通过抑制蛋白质的生物合成以及抑制氨基酸．R N A ．合成酶的活性来实现的活性羰基类物质的主要来源是氧自由基与不饱和脂肪酸发生脂质过氧化反应过程中的非自由基产物，包括中间产物和终产物。

目前从不饱和脂肪酸自氧化过程所生成的一系列脂质过氧化物中，已鉴定出了多种羰基类物质见表1 ．1 ≯一 毗¨c I H：卜运动过程中的羰基应激表1 ．1脂过氧化中发现的羰基类物质类别主要的羰基类物质2 一丁烯醛、2 一戊烯醛、2 一己烯醛、2 一辛烯醛、 单烯醛 2 一壬烯醛、2 一癸烯醛、2 一十一烯醛2 ，4 一庚二烯醛、2 ，4 一辛二烯醛、2 ，4 一壬二烯醛、2 ，4 一癸二烯醛、 多烯醛 2 ，4 ，7 一癸三烯醛酮醛类2 一酮基己醛、2 一酮基庚醛、2 一酮基壬醛羟烯醛类4 一羟基一2 一己烯醛、4 一羟基一2 一辛烯醛、4 一羟基- 2 - 壬烯醛其他烯醛类4 一过氧一2 一壬烯醛3 ．3 脂质过氧化物形成羰基类物质的机制从脂氢过氧化物形成羰基类物质的机制有多种，其主要机制是：脂氢过氧化物任意一边的C —C 键发生均裂该反应历程经过脂烷氧基自由基一' 上一’上上 中间体，同时痕量还原态的过渡金属离子如F e 一、C o “或C u 能极大的促进反应进行( 见反应1 ，反应2 ) R 1 - 5 , - H _ ——1 ：2 b o H ，．R l 一啡R 2 ／，R l 四。

R 2 b ＼、R i + R 2 C H O ( 1 )七．蚪+／N ／N ／ ’C H O( 2 )除了C —C 键均裂外，链烯自由基可捕获氢原子生成链烯，或与一个羟自由基结合形成醇，该醇能重排生成羰基类物质；或与氧反应生成氢过氧化物，它能分解成醇，然后形成羰基类物质( 反应3 ) 我们称之为第二种机制博士学位论文R —C H =C H O0 ’( 3 )除了裂解，脂肪酸氢过氧化物还能发生许多保持母链长度的反应，这些反应重排生成环氧羟基的、酮羟基的和二羟基的脂肪酸进一步氧化能生成二氢过氧化脂肪酸和氢过氧化．环二氧化物后者尤为重要，因为它很可能是机体发生了过氧化的生物样品中M D A 的主要来源这就是脂质过氧化产生应激醛的第三种机制见图1 ．1 2 图1 ．1 2 脂质过氧化产生应激醛的第三种机制M D A 在体内的代谢有其独特的途径在大鼠的肝脏中，通过线粒体脱氢酶将M D A 转化为丙二酸半醛( m a l o n i ca c i ds e m i a l d e h y d e ) ，而丙二酸半醛能自发脱去羰基，生成乙醛乙醛在醛脱氢酶的作用下，生成乙酸盐，进一步生成C 0 2 和H 2 0 。

在小鼠肝脏中，丙二酸半醛是在胞浆中的醛运动过程中的羰基应激脱氢酶作用下生成的另外，有一小部分的M D A 在肝脏中被氧化成丙二酸盐，该物质转化成丙二酰辅酶A ，再脱去羰基生成乙酰辅酶A 尽管人体大部分的4 ．H N E 、M D A 等应激醛能被肝、胸腺细胞等转化成其它无毒物质排至体外，但M D A 和4 ．H N E 等能在生理条件下与几乎所有的重要生物分子( 如蛋白质、核苷酸) 自发反应而且在代谢应激醛能力不强的器官、组织中会有4 ．H N E 、M D A 等缓慢积累；特别是机体在进行大强度长时间的运动时，应激醛急剧增多，而代谢能力有限，必然造成M D A 等应激醛的大量积聚此外，在炎症、许多疾病如动脉粥样硬化、传染病、糖尿病等病理过程中，M D A 和4 ．H N E 产生的量也会增多这都使4 ．H N E 、M D A 等与生物大分子的反应机率大大增加，造成羰基应激的损害加大所以羰基应激对生物体的损害是广泛存在的，尤其是剧烈运动后造成较长时间的M D A 等醛类积聚4 能捕获羰基的生物活性小分子由于M D A 符合前期“运动应激因子“ 的基本条件，而且根据M D A羰基应激的特点，凡含有巯基、氨基的小分子化合物自然成为我们在运动性疲劳研究中重点关注的对象。

我们将这些能捕获羰基的小分子称为活性生物小分子( 如图1 ．1 3 ) ，包括谷胱甘肽( G S H ) 、牛磺酸( T a u r i n e ) 、赖氨酸( L y s i n e ) 和褪黑素( M e l a t o n i n ) 等吣父久∥ 6 HH 由HO H s √0 N H J o H I I O谷胱甘肽结构式oI I ∞一墓V ＼N H 2牛磺酸结构式博士学位论文褪黑素的结构式赖氨酸结构式图1 ．1 3 活性小分子结构示意图4 ．1 谷胱甘肽谷胱甘肽( G S H ) 是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸经肽键缩合而成的含巯基的三肽，在人体和动物红细胞、肝脏和眼睛晶状体中含量均较高[ 4 5 1 G S H 在细胞生物过程中起着重要的作用【4 6 1 ，是细胞自由基防御系统中的一个重要物质，它能有效清除生物氧化产生的自由基‘4 7 4 8 1 ，使暴露于氧化环境的细胞膜免受自由基损害，以维持细胞内环境的稳定‘4 9 1 其抗氧化作用有助于蛋白巯基维持还原状态，防止因巯基氧化而导致的蛋白质变性( 如血红蛋白) ，还可以维持含巯基酶( 如A T P 酶) 的活性状态【4 7 1 。

G S H可以作为G S H ．P x 的底物，进而抑制脂质过氧。