运动及老年性肌肉萎缩与细胞凋亡

王震

（广东青年职业学院体育部，广东广州510507）

运动及老年性肌肉萎缩与细胞凋亡

王震

（广东青年职业学院体育部，广东广州510507）

通过分析不同运动强度、衰老与细胞凋亡以及细胞凋亡与老年性肌肉萎缩的关系，探讨衰老过程中运动对骨骼肌细胞凋亡机制与老年性肌肉萎缩的影响，旨在为运动健身防止老年性肌肉萎缩提供理论依据。

运动；衰老；肌肉萎缩；细胞凋亡

随着世界老龄化人口增多，老年人的健康问题引起了人们的重视。60岁至70岁年龄段的老人，骨骼肌重量减少了25～30%，且随着年龄的增长骨骼肌的重量减少越多，这与老年肌肉萎缩密切相关。肌肉萎缩与细胞凋亡关系密切，目前研究表明，衰老既可促进细胞凋亡又能抑制细胞凋亡。衰老促进细胞凋亡可能是老年肌肉萎缩的主要原因，但国内外有关衰老过程中细胞凋亡与肌肉萎缩的研究相对较少。本文就衰老、运动与骨骼肌细胞凋亡的关系作一阐述，为研究运动改善衰老过程中肌肉萎缩提供方便。

1 细胞凋亡

细胞凋亡是生命体维持自身组织结构的稳定、由基因调控的、程序性的死亡过程。机体的整个生命过程离不开细胞凋亡的调节，调节细胞凋亡的因素很多，如DNA损伤、氧化应激、紫外线、ROS、生长因子缺乏等。其凋亡途径有三种：一、由膜受体介导的细胞死亡，俗称外源途径。二、内质网应激介导的细胞凋亡。三、内源性途径，以线粒体为核心称为线粒体途径，该途径是细胞凋亡的重要途径。

2 运动与细胞凋亡

国内外动物实验结果表明，运动训练可诱导骨骼肌细胞凋亡，但不同运动强度、负荷对不同类型骨骼肌细胞凋亡的影响没有定论。郑师陵等将SD大鼠分为对照组、运动1周、2周、3周，实验结果显示运动后各组的DNA周期分析均出现亚“G1”峰（即凋亡峰），TUNEL显示运动后1周凋亡细胞比例最高，2周、3周后比例降低，但运动组较对照组有显著性差异。说明运动量对骨骼肌细胞凋亡的影响明显。周未艾等将大鼠分为5个不同跑速组，发现随着跑速的递增肌细胞凋亡的出现率也随之增加，这说明运动强度不同对细胞凋亡的影响亦不同。Reddy等设计大鼠随意滚轮运动试验表明，血浆中的抗氧化能力增强，脂质过氧化物没有变化。这些研究表明，并非所有的运动都导致细胞凋亡增加，诱发细胞凋亡可能存在临界的运动量和强度的问题。

2.1 适宜运动强度与细胞凋亡

有关运动训练与心肌细胞凋亡的研究证明，适宜的运动不会导致心肌细胞凋亡。金其贯等研究认为，引起心肌细胞凋亡的重要因素是运动，他们将大鼠分为3个组：安静组未见心肌细胞凋亡，1h//天运动组心肌细胞出现12.5%的凋亡，过度运动组心肌细胞出现66.7%的凋亡。周未艾等研究表明，大鼠股四头肌细胞凋亡随运动强度增加而增多。这表明，适宜的运动强度可能不引起细胞凋亡，但不同的组织可能有所不同。

2.2 中等强度运动与细胞凋亡

长期中等强度运动造成大鼠心肌细胞中凋亡调控基因Bcl-2 mRNA表达明显增加，抑制心肌细胞凋亡。熊国胜等研究结果显示中等强度运动SOD的活性升高，MDA的含量降低，SOD/MDA比值升高，细胞凋亡率略微升高。周婕等研究报道，中等强度运动易于诱导比目鱼肌细胞凋亡。Siu等研究骨骼肌和心肌细胞凋亡时发现，有氧运动可降低骨骼肌和心肌细胞凋亡。Siu等研究表明，运动组，安静组和有氧运动组之间，心肌线粒体膜间隙分子的表达没有差异。Kava⁃zis等研究表明，中等强度的耐力运动可阻止心肌细胞凋亡，可能与Cyt-c的释放减少有关。由此可见，中等强度运动与细胞凋亡关系还有待进一步证实。

2.3 大强度运动或大运动量与细胞凋亡

Sandri等让小鼠持续运动一夜，发现骨骼肌组织有DNA碎片，而未运动的小鼠没有发现细胞凋亡，故认为大运动量可引起骨骼肌细胞凋亡。金其贯等对大鼠8周力竭性游泳训练，组织学观察大鼠比目鱼肌，并用DNA原位末端标记法检测细胞凋亡，结果表明力竭性训练组骨骼肌出现凋亡的细胞，Bcl-2蛋白表达显著下降，Fas蛋白表达轻度增加，对照组和1h训练组中未发现有凋亡细胞。张钧等研究表明：过度训练组大鼠心肌组织中Cyt-c含量明显升高，引起心肌细胞凋亡增加。Sandri等通过实验证实，过度运动导致骨骼肌细胞损伤是由骨骼肌细胞凋亡引起的。王长青等对大鼠进行为期不同天数的训练，分别是1天、6天、12天和18天，结果发现，对照组骨骼肌有较少的细胞发生凋亡；运动训练组细胞凋亡比例增多，18d训练组细胞凋亡比例最高，甚至还出现坏死。有研究者对力竭和大强度运动后细胞凋亡率作了检测，结果表明凋亡率比对照组明显增加。这与袁海平等研究运动诱导肝细胞的凋亡的结果相似，只是研究的组织不一样。这些结果表明大强度运动或大运动量可引起细胞凋亡率增多，也有可能会导致细胞坏死。

3 运动与Ⅰ和Ⅱ型肌细胞凋亡

多数研究表明：运动可诱导骨骼肌组织细胞凋亡，影响其细胞凋亡的因素很多，如细胞内外的环境、运动强度、运动量，骨骼肌的纤维类型等。骨骼肌分为Ⅰ型肌（慢肌）和Ⅱ型肌（快肌）。周婕等对比目鱼肌和胫骨前肌细胞凋亡情况的研究结果表明，中等强度运动比大强度运动更易诱导比目鱼肌细胞凋亡。运动强度是影响骨骼肌细胞凋亡的因素之一，并且Ⅱ型肌纤维百分比高的骨骼肌在大强度和中等强度运动中更易发生细胞凋亡。Libera等通过药物诱导大鼠心力衰竭，发现心力衰竭时，Ⅱ型肌比Ⅰ型肌更易发生凋亡。Yamada等人用活检技术检测人体骨骼肌纤维类型时发现，Ⅱ型肌纤维中有Fas（诱发凋亡基因）表达，没有Bcl-2（抗凋亡基因）表达，这表明快肌纤维比慢肌纤维更易发生凋亡。由此可见，快慢肌细胞凋亡的程度不同可能与运动强度大小或实验方法有关。

4 衰老与细胞凋亡

大量研究表明，细胞凋亡调节失调可能引起细胞渐进性丢失与衰老相关的疾病。如生理功能逐渐下降，老年痴呆症、肌肉萎缩和退化性疾病明显增加。衰老期间各种组织细胞凋亡水平上调，如心肌细胞、肝细胞、生殖系统等，这表明生理条件下衰老加速了细胞凋亡。也有研究者认为衰老抑制某些细胞凋亡。然而，衰老如何促进或抑制某些组织细胞的凋亡机制存在争论。

4.1 衰老抑制细胞凋亡

衰老过程中会出现细胞凋亡减少。研究者用344只Fischer大鼠研究报道，衰老减弱结肠黏膜细胞凋亡，还有研究者认为氧化应急或生物能量崩溃的条件下衰老的细胞不易凋亡。1994年，wang等用去血清诱导鼠及人的成纤维细胞时发现衰老的细胞不易发生凋亡。Fung等对衰老的嗅上皮细胞凋亡情况进行研究，结果表明衰老的细胞不易发生凋亡，随后相继有人用抗癌药物、辐射等手段诱发衰老组织的细胞凋亡，结论一致。人衰老成纤维细胞中钙离子依赖的调节蛋白（gelsolin）表达水平较高，可抑制细胞凋亡。动物多种衰老组织中含有gelsolin。老年大鼠结肠黏膜细胞cas⁃pase级联活性降低，抑制细胞凋亡。衰老抑制细胞凋亡会对机体产生不利影响，如老年肿瘤病、结肠癌等。目前有关衰老抑制骨骼肌细胞凋亡的研究很少，这需要研究者进一步探究。

4.2 衰老促进细胞凋亡

Adams等对关节软骨细胞凋亡的研究表明，衰老的软骨细胞易于发生凋亡。Hashimoto等研究发现，衰老软骨细胞凋亡的增加可能会导致软骨钙化和关节炎。Manolagas等研究发现，衰老过程中骨细胞凋亡增加可能会引起骨质疏松症。Phaneuf等通过对344只雄性Fischer小鼠心肌细胞凋亡和氧化应激的标记物进行测定发现，16月龄、24月龄与6月龄小鼠比较，胞质内的Cyt-c含量显著增高，前者心肌细胞更加容易受损而引起凋亡。同时Bcl-2水平随着年龄增长也出现下降，而Bax蛋白没有变化。因为Bcl-2能抑制Cyt-c的释放，这可能解释了老年大鼠心脏中凋亡细胞增加的原因。Kwak等研究表明，左心室细胞凋亡率与年龄成线性关系。Zhang等对老年灵长类动物心肌细胞凋亡研究发现，雄性凋亡速率上升4倍，而同龄雌性细胞凋亡无明显变化，这表明性别会影响细胞凋亡。衰老促进细胞凋亡的机制仍不清楚，不同组织细胞的凋亡又有不同，一般认为衰老细胞凋亡是衰老细胞线粒体功能受损及自由基损伤引起的。目前有关衰老过程中骨骼肌细胞凋亡变化及其机制研究较少。

5 衰老过程中细胞凋亡与肌肉萎缩

衰老进程中肌纤维数量、质量和力量下降，统称为肌减少症。衰老期间线粒体功能紊乱，导致肌细胞凋亡速度加快，肌纤维数量下降。Allen等研究表明骨骼肌细胞凋亡增加使肌细胞数减少，导致比目鱼肌废用性萎缩。Chong等用35月龄大鼠研究表明，衰老组腓肠肌凋亡率高于年轻对照组，前者比后者骨骼肌质量减少43%。Baker等研究表明，衰老过程中跖肌中的caspase级联和AIF表达水平均升高，同时基因表达水平越高、肌肉质量减少越多。卫星细胞促进肌纤维的生长发育，肌肉质量减少可能与卫星细胞的凋亡有关。这些研究结果表明衰老过程中肌肉萎缩与细胞凋亡关系密切。然而衰老过程中肌细胞凋亡适当增加对机体是有益的，因为机体通过细胞凋亡清除损伤、突变的细胞及肌肉中坏死的组织，促进肌肉新陈代谢，维持生理平衡。理论上细胞凋亡适当增加也有可能使肌肉质量增加，但目前没有这方面的文献报道。细胞凋亡对机体的利与弊应该有一个“度”的问题，需要去探索。

6 运动及衰老性肌肉萎缩与细胞凋亡的关系

不同强度运动过程中，细胞凋亡因子Bcl-2、Bax、Cyt-c、AIF、Endo G等变化不同，因此细胞凋亡率也不同。具体关系如图1。

图1 运动及衰老性肌肉萎缩与细胞凋亡的关系

由上述凋亡因子变化的关系可推测：衰老过程中小强度运动有利于维持肌肉质量，中等强度运动对维持持肌肉质量还有待进一步研究，大强度运动则不利于维持肌肉质量，而是促进肌肉萎缩，这还有待研究者进一步实验证实。

7 小结

细胞凋亡是有机体维持自身组织稳定的基础。运动诱导细胞凋亡机制的研究取得了一定的进展，但仍有一些问题，如中等强度运动与细胞凋亡的关系；大强度运动或大运动量在那种情况下会导致细胞从凋亡过度到坏死；不同强度运动与Ⅰ和Ⅱ型肌细胞凋亡的情况以及不同运动形式对细胞凋亡的调节等有待进一步研究。

衰老过程中不同的组织细胞凋亡水平不同，有的组织促进凋亡、有的组织抑制凋亡。若衰老进程中细胞凋亡调节机制异常，可能会导致机体老化和疾病发生，如细胞凋亡过度或过度抑制，会导致严重的器质性病变。衰老过程中细胞凋亡受多种因素的影响，但不同运动强度、不同运动形式对衰老过程中凋亡因子的调节与细胞凋亡关系尚无定论，有关衰老过程中骨骼肌凋亡的研究很少，以及那种运动形式的运动强度或负荷能有效改善衰老过程中的肌细胞凋亡，延缓衰老性肌肉萎缩，改善肌肉质量等这是需要去探索的问题。

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Sports and Senile Muscle Atrophy and Cell Apoptosis

WANG Zhen
（Sport Dept.，Guangdong Youth Vocational Inst.，Guangzhou 510507，China）

By analyzing the relationship between different sports intensity，the relationship between senile and cell apoptosis as well as the relationship between cell apoptosis and senile muscle atrophy，the paper discusses the effects that sports takes on the mechanism of the cell apoptosis and senile muscle atrophy during the process of senium.This research aims to provide the theoretical basis for avoiding the senile muscle atrophy.

sports；senium；muscle atrophy；cell apoptosis

G804.21

A

1672-268X（2013）04-0049-03

2013-05-03）