血红素加氧酶系统与运动能力

常凤，李彦龙

（哈尔滨体育学院，黑龙江 哈尔滨 150008）

血红素加氧酶系统与运动能力

常凤，李彦龙

（哈尔滨体育学院，黑龙江 哈尔滨 150008）

血红素加氧酶系统是体内重要的抗氧化酶系统，该系统可通过减少氧自由基的产生，发挥抗氧化应激作用。另外，运动性疲劳的出现导致运动能力下降与自由基增多密切相关，故文章采用文献资料法和逻辑推理法对血红素加氧酶系统与运动能力方面的文献进行归纳与综述。

血红素加氧酶；运动能力；自由基

运动能力是指人参加运动和训练所具备的能力，是人的身体形态、素质、机能、技能和心理能力等因素的综合表现，而肌肉运动能力下降是运动性疲劳的基本标志和本质特性，运动性疲劳出现时间或产生后恢复的早晚直接影响运动成绩的好坏，如何延迟运动性疲劳的发生及快速清除疲劳是运动医学研究的热点问题，提高运动能力的重要手段。运动性疲劳产生机制中目前较为得到公认的自由基损伤学说认为：运动过程中自由基产生过多可使脂质过氧化反应加强，攻击细胞膜及线粒体等其他生物膜，造成离子、能量代谢紊乱，造成肌纤维膜、内质网完整性丧失，Ca2+-ATP酶活性下降、呼吸链产生ATP过程受损致使肌纤维的兴奋——收缩偶联下降，肌肉工作能力下降，导致疲劳产生。血红素加氧酶（Heme Oxygenase,HO）是一种微粒体酶，是血红素降解的起始酶和限速酶，催化血红素生成等摩尔的胆绿素、一氧化碳和游离铁，胆绿素随即降解为胆红素[1]。研究证实：胆红素是体内重要的抗氧化物质，抑制运动后超氧化物歧化酶（SOD）活性的下降，同时也可以减少运动后氧自由基的产生，并降低体内自发产生的氧自由基[2]；铁作为血红素分解的又一产物，能诱导铁蛋白的合成，铁蛋白可减少活性氧的产生；HO-1的氧化步骤要消耗3分子02，减少氧自由基的产生，通过修饰蛋白巯基和金属螯合剂等作用来防御氧化应激。由此说明血红素加氧酶系统在改善机体运动能力方面必定发挥作用，但目前未见关于血红素加氧酶系统与运动能力方面的文献报道，本文拟两者的关系进行探讨，以期在竞技体育及群众体育中改善运动者运动能力，促进运动成绩的提高及运动疲劳的清除。

1 血红素加氧酶系统

血红素加氧酶（HO）及其代谢产物统称为血红素加氧酶系统，在人和动物体内所有组织中广泛分布，目前发现了三种HO的同功酶，即HO-1、HO-2、HO-3[3]。HO-1为诱导型，HO-2、HO-3为结构型。HO-1分子量为32KD，亦称热休克蛋白32（HSP32），HO-1主要分布在单核巨噬细胞系统的微粒体中，在心、肺、肾、肝脏、骨髓、脾脏和网状内皮细胞中表达较多，以脾脏活性最高，在骨骼肌中含量很少，但在各种刺激如血红素、紫外线、缺氧、细胞因子、金属、内毒素及氧化剂等多种因素作用下均可诱导其表达[4-5]。HO-2 分子量约为36KD，也称原生型HO，HO-2是生理状态下HO的主要存在形式，存在于大多数组织的内皮细胞和神经元细胞的线粒体内，主要分布于中枢神经系统、血管内皮、前列腺和睾丸中，以脑组织和前列腺中含量最高。目前仅知肾上腺皮质激素可诱导HO-2 的表达，与HO-1 基因不同，到目前为止HO-2基因操纵子内仅发现糖皮质激素反应元件(GRE)一种增强子，蛋白激酶C对HO-2的磷酸化可增强HO-2在培养脑细胞中的活性，HO-2很少被诱导，故推测HO-2可能主要是调控神经系统的功能[6-7]。正常情况下，机体内的血红素主要由HO-2 催化分解。HO-3 是近几年内发现的又一种HO 同工酶，从分子结构上看HO-3与HO-2 更相似而其催化活性要比 HO-1 及 HO-2 弱[3，8]，分子量为33kD，存在于脑、肝脏、脾脏、睾丸和肾脏等器官中，与HO-2有90%的氨基酸同源性，可在所有的组织中原生性表达。HO-3催化血红素的能力很低，主要作用可能为介导HO与血红素的结合。虽然HO-3的功能还有待进一步的探索，但它与HO-2存在形式及组成成分明显类似，提示它亦可能与细胞血红素依赖性功能调控有关,主要作用可能为介导HO与血红素的结合，其生物学特性和功能有待于进一步研究。

2 HOs与运动能力

2.1 HO-1与运动能力

在正常情况下，机体存在完善的自由基清除系统，使体内自由基的产生与清除处于动态平衡中，不同运动模式对机体抗氧化酶活性的影响不同，不同器官组织中的同一种酶受运动影响的表现也不同，导致体内自由基产生与清除的平衡破坏。一般认为运动导致自由基生成增多的主要原因是机体耗氧增多，氧化代谢产生氧自由基；由于局部组织缺氧及代谢产物的堆积，影响了线粒体的氧化功能；同时氧气的大量消耗为氧的单电子还原提供了更多的机会，从而进一步激发一系列自由基反应[9]。

HO-1的氧化步骤要消耗3分子02。因此，HO-1消耗氧分子减少氧自由基的产生，通过修饰蛋白巯基和金属螯合剂等作用来防御氧化应激。已有大量研究证明HO-1是一类抗氧化剂，在高热、内毒素等应激状态下被诱导。研究表明，HO-1诱导剂细菌内毒素脂多糖能预防由臭氧引起的小鼠肺部炎症和支气管肺泡的损伤[10]。近年来在转基因实验方面取得的进步更为 HOs的抗氧化应激作用提供了有力的证据。实验表明，在HO-1高表达的转基因鼠中，肺组织比正常鼠更能耐受低氧，在慢性缺氧的条件下，与野生型相比，转基因鼠的致炎细胞因子含量明显下降，缺氧引起的肺炎性反应、肺动脉高压、血管壁增生等均受到抑制。在大脑动脉阻塞引起的大鼠缺血模型中，脑组织HO-1的过度表达也有很好的神经元保护作用[11]。目前，关于HO-1对运动能力影响方面的研究没有相关报道，但根据动物实验证实HO-1具有抗氧化应激作用，那么HO-1与运动性疲劳必定存在一定联系，进而影响运动能力。

2.2 胆红素与运动能力

胆红素在正常血清浓度时是一种很强的内源性抗氧化剂，能直接清除过氧基团和超氧自由基，抑制脂质过氧化反应，增强VC与VE的抗氧化能力，并通过恢复细胞内抗氧化与致氧化之间的平衡减轻细胞的损伤。在细胞培养液中加入胆红素可明显增强细胞抗氧化损伤能力，逆转过氧化氢引起的内皮细胞氧化。大量的研究表明，胆红素具有明显的抗氧化作用，如胆红素能够抑制有毒性的肺炎双球菌的生长，低剂量胆红素不但能稳定维生素A使其免受氧化损伤，还能阻止紫外线引起的不饱和脂肪酸的自氧化作用。体外实验证明胆红素能够清除自由基，与人血清白蛋白结合时或在生理浓度下仍能阻止亚油酸氧自由基引起的氧化作用。徐美琴等研究发现补胆红素组SOD的活性升高、丙二醛（MDA）的含量降低、SOD/MDA的比值升高；证明胆红素有较强的抗氧化能力，对自由基有较强的清除能力。黄兴裕等研究表明补充外源性胆红素可以抑制长时间大强度运动训练导致的大鼠红细胞膜中丙二醛含量的升高，同时还可提高运动训练大鼠红细胞膜中超氧化物歧化酶与谷胱甘肽过氧化物酶活性。

2.3 铁与运动能力

铁在运动中发挥极为重要的生物学作用，它作为血红蛋白的组成，与氧运输能力、机体的能量代谢、免疫机能等都有着密切的关系，故铁对运动能力的维持具有十分重要的作用。有学者研究发现，在补铁的同时做中等强度运动，1h后的血清铁浓度显著高于静息时的血清铁浓度，运动4h后达高峰，此时血清铁的浓度高于只做运动而不补充铁者的48.2%，或只补铁而不做运动者的8.3%，说明运动可增强铁吸收，改善机体运动能力。

HO-1分解血红素产生游离铁，游离铁可生成羟自由基，加重氧化应激；同时，游离铁可与铁调节蛋白结合，使铁-铁调节蛋白复合物从铁蛋白mRNA上解离，从而上调铁蛋白的合成。铁蛋白是一种细胞保护物质，可鳌合游离铁，减轻铁介导的氧化反应。此外，铁蛋白还有减轻氧化应激、抗凋亡等细胞保护作用。所以，铁作为HO-1催化血红素分解的又一产物，它能诱导铁蛋白的合成，铁蛋白可减少活性氧的产生，进一步提示血红素加氧酶系统在氧化应激中发挥重要作用，具有很强的清除自由基的功能。

3 研究的不足与未来发展的思考

综上所述，目前关于血红素加氧酶系统与运动能力的关系研究较少，研究仅限于HO-1具有抗氧化应激作用；HO-1、胆红素及铁均具有清除自由基作用；胆红素在运动中具有增强抗氧化酶活性，提高机体对抗氧化应激的能力，而关于改变血红素加氧酶系统中组成物质含量对动物及人整体运动能力影响的实验研究还有待进一步深入，在相关条例允许条件下，改变血红素加氧酶系统组成成分含量进行动物实验研究，进一步积累血红素加氧酶系统与机体运动能力方面的实验数据是该方面研究需要进一步探索的方向，进而为改善人体运动能力，提高运动成绩服务。

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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

黑龙江省教育厅科学技术研究项目（项目编号：12521168）。

常凤(1979－),女,讲师,硕士,研究方向为生物化学与分子生物学。

编辑 郭霞