线粒体、细胞凋亡与运动

沈一岚

(宝鸡文理学院 体育系，陕西 宝鸡 721013)

细胞凋亡已成为国内外生物医学领域和运动人体科学专业专家研究的热点和前沿问题之一，在国家自然科学发展调查报告中，强调了细胞凋亡的重要性.中小强度的有氧运动可改善线粒体的功能，而大强度的运动训练致力竭，导致线粒体的结构和功能发生改变，进而促进细胞凋亡的发生.本文主要是从线粒体酶和线粒体自由基两方面对此研究报道加以综述，弄清线粒体在细胞凋亡中的作用机制，对于研究细胞凋亡在运动训练中的作用具有重要的理论意义，同时对于预防癌症、心血管等疾病也具有广阔的应用价值和开发前景.

1 线粒体的生理学基础

运动至疲劳或力竭，大鼠线粒体氧自由基生成增加，抗氧化酶减少，膜脂质过氧化增高，引起线粒休氧化磷酸化脱偶联，氧耗过度增加.严重时还会出现形态上的损伤，如线粒体肿胀变性，脊断裂、空泡变、裂解等.线粒体的结构发生损伤伴随的是各种功能的失调，引起能量的消耗，机体功能也随之下降.

研究表明，长时间大强度的剧烈运动至疲劳时机体产生的氧自由基增多，ATP、CP含量下降，线粒体脂质过氧化增多，自由基的终产物丙二醛增多，线粒体膜通透性改变，最终使线粒体ATP酶活性降低，线粒体呼吸链酶活性及氧化磷酸化水平降低，引起线粒体功能的损伤[1].

2 细胞凋亡

机体通过细胞凋亡与细胞增殖共同维持人体内环境稳态，而细胞凋亡是一种有别于细胞坏死的细胞死亡形式，贯穿于细胞的发育、成熟、衰老的全过程.细胞凋亡是在一定的生理和病理条件下，遵循自身的程序，自己结束其生命，然后被其它细胞吞噬，最后细胞脱落离体或裂解为若干凋亡小体的过程[2].

3 线粒体在细胞凋亡中的变化与作用

3.1 线粒体酶与细胞凋亡

大量研究表明：线粒体呼吸链复合体I、II、III、 IV的活性及线粒体呼吸链酶活性受损将降低线粒体的生理生化机能，并引起维持生理、生化活动所需的能量供应不足，使线粒体细胞内ATP含量下降；此外线粒体呼吸链酶的活性受抑制后导致自由基产生增加，其结果使线粒体功能严重受损，对凋亡信号的敏感性上升，导致细胞凋亡.

细胞线粒体内ATP 水平是决定细胞凋亡主要因素.如大分子的酶裂解以及囊泡的形成，都需要大量ATP酶的参与，线粒体内ATP的来源主要是通过有氧运动使线粒体氧化磷酸化.有氧训练导致机体线粒体数量增多，SOD活性显著增高，MDA含量下降，即抗氧化能力加强，过氧化脂质反应减弱，有氧代谢能力得到改善，因此细胞凋亡率再度提高[3].

线粒体腺汗酸转位酶(ANT)为线粒体内膜上含量最多且特异的蛋白酶，为线粒体氧化磷酸化提供原料.线粒体内ATP来源就是通过氧化磷酸化产生.ANT酶活性发生变化，将导致ATP合成受阻，线粒体膜流动性改变，抗氧化能力下降，诱发细胞调亡.

3.2 细胞内自由基与细胞凋亡

3.2.1 自由基SOD/MDA与细胞凋亡

李善妮，刘丽萍[4]等分别报道机体大强度急性力竭运动体内自由基增多，肝细胞GSH含量下降，SOD活性下降， SOD/MDA比值下降，说明自由基的产生增多，脂质过氧化反应加强，膜通透性发生改变.可见自由基SOD/MDA代谢的改变与细胞凋亡密切相关.

3.2.2 自由基锰与细胞凋亡

机体内聚集大量的锰会影响线粒体酶活性，使线粒体膜通透性改变，ATP的产生发生障碍，影响线粒体呼吸功能.锰还可通过与细胞内钙调素作用而造成线粒体膜电位改变，使细胞能量供应不足，细胞脂质过氧化增加，造成细胞凋亡.

3.2.3 自由基NO与细胞凋亡

NO是一种自由基, 既溶于水, 又溶于脂,化学性质活泼.NO 的毒性可能直接损伤DNA , 而对DNA 的损伤则可能导致凋亡.NO合成酶也能介导细胞凋亡, 在凋亡细胞中诱导型NO 合成酶(iNOS) 的mRNA 过度表达,使高水平的NO损伤线粒体，造成DNA断裂或突变，引起细胞脂质过氧化增加，同时NO还可通过改变正常细胞代谢中的环磷酸腺苷cAMP含量进一步加重线粒体DNA损伤，造成细胞凋亡.

4 不同形式运动下的线粒体与细胞凋亡

线粒体是机体活动的能量供应站，也是产生ATP的主要场所.长期的中等强度的有氧运动训练可使线粒体产生适应性改变，使线粒体内ADP快速磷酸化为ATP，供给机体能量.很多研究表明：有氧运动后线粒体数量增多，体积增大，基质电子密度增高.众多研究表明：骨骼肌慢肌纤维中线粒体合成ATP酶的功能增强，柠檬酸合成酶和苹果酸合成酶活性提高，心肌线粒体Cytc氧化酶活性显著提高，促进了抗氧化酶活的活性.一定量的中等强度有氧运动训练会使机体产生适应性改变，主要是机体内抗氧化物增多，如超氧化物歧化酶、谷肌甘肽过氧化物酶、谷胧甘肽硫转移酶等，它们都协同地调节机体氧化应激反应，减少脂质过氧化的发生.郑师陵通过大鼠的游泳实验也证实了运动后第一周凋亡细胞比例最高，而伴随着膜电位的下降，第二周后明显升高，第三周后逐渐下降，但仍高于对照组.实验证明，有氧训练导致机体内SOD活性显著增高，MDA含量下降，线粒体数量增多，氧化磷酸化水平提高，抗氧化能力加强，过氧化脂质反应减弱，机体已建立起一套防御体系，有氧代谢能力得到改善，说明长期固定负荷训练已使机体产生了一定的适应，并开始积极清除前一段受损的细胞，因此细胞凋亡率再度提高.

5 小结

综上所述，线粒体是细胞凋亡的控制中心，起着主开关作用.对细胞凋亡的线粒体途径的研究在最近几年取得了重大进展，但还有一些问题待解决，其结构和功能的改变与细胞凋亡之间存在极为密切的关系，不同强度的运动会对线粒体产生不同的影响.中小强度的有氧训练更易于诱发细胞凋亡，使线粒体数目增多，氧化磷酸化水平提高，抗氧化能力增强，过氧化脂质反应减弱，有氧代谢能力得到加强，从而促进体能的增长.大强度、力竭运动使ATP下降过快，则可能使细胞线粒体的结构和功能遭到严重破坏，从而导致细胞凋亡，引发一系列的运动性疾病.因此，弄清自由基与凋亡的关系意义重大.而现在这方面的研究还十分缺乏，自由基与凋亡的内在联系，尤其是诱发细胞凋亡的分子机制尚待解决.

参考文献

[1]侯香玉.运动对自由基代谢的影响[J].体育科学.1991.4(11):57-59.

[2]易军.衰老过程中线粒体DNA修复功能的研究[J].体育成人教育学刊，2011,27(4)

[3]GOTTLIEB R A,GUSTAFSSON A B. Mitochondrial turnoverin the heart[J].Biochim Biophys Acta, 2011, 1813(7):1295-1301

[4]潘华山.针刺对运动疲劳大鼠骨骼肌线粒体形态和游离Ca～(2+)的影响[J].北京体育大学学报，2011,(34)10.