运动对细胞凋亡的影响研究进展

崔 钊

1 前言

细胞凋亡是指细胞受到某些因素刺激后，自主性的死亡过程，可以说细胞凋亡是细胞为适应变化自主结束生命的过程。通过细胞凋亡，能将一些无生理功能的细胞清理出去，获得组织中细胞生成与细胞死亡的平衡。细胞凋亡是很正常的一种现象，也是机体的一种自我保护反应。这与细胞坏死是完全不同的，基本上对机体是有积极影响的。运动作为一种特殊刺激，经一些研究证明：可能会损伤机体，造成细胞坏死或凋亡，加快机体的代谢，使机体发生缺血、缺氧现象，使ATP减少、自由基增多，Ca2+浓度、线粒体结构及功能等发生变化，引起细胞凋亡现象。本文主要对运动与骨骼肌、心肌、肝细胞凋亡的影响等方面综述最新的研究进展，以期从新的角度理解运动对人体机能的影响，同时为深入研究运动型疲劳的发生机制开辟新的途径。

2 运动对骨骼肌细胞凋亡的影响

2.1 运动致使骨骼肌细胞凋亡

人们对骨骼肌的研究发现，骨骼肌好像对凋亡有顽固的抵抗，这是因为内源性的caspase抑制剂FLIP和ARC在骨骼肌中比其他组织的表达水平都高[1]。同时Burgess等研究也表明骨骼肌胞液中凋亡蛋白酶激活蛋白缺乏，所以骨骼肌与其他组织相比很难引发细胞凋亡[2]。传统观念中人们也认为运动中发生肌肉损伤主要是炎症与骨骼肌细胞坏死引起的，但近来的研究发现骨骼肌细胞凋亡在正常肌肉和病理肌肉中都会出现，尤其是长期大量运动会诱导骨骼肌细胞凋亡，这对研究骨骼肌运动性疲劳具有重要意义。2000年Biral的研究就证实了这一点，认为正常肌肉过度拉伸后，会丢失一些肌细胞膜蛋白，导致骨骼肌细胞凋亡[3]。

2.2 运动强度、运动量对骨骼肌细胞凋亡的影响

运动与骨骼肌细胞凋亡有关，一些学者从运动量、运动强度与骨骼肌细胞凋亡的关系进行了研究。周未艾等通过不同速度的跑台训练模型，得出训练后大鼠股四头肌会立即出现肌细胞凋亡，并且运动速度越快，细胞凋亡就越快[4]。郑师陵等研究发现：大鼠骨骼肌凋亡在游泳运动后会明显增多[5]。金其贯等在不同的负荷情况下让大鼠进行游泳训练，观察大鼠比目鱼肌组织结构，再检测骨骼肌细胞凋亡情况，结果发现：适当运动训练状况下，大鼠骨骼肌细胞中bcl-2蛋白表达升高，长期、大负荷的训练会使大鼠骨骼肌细胞中的bcl-2蛋白表达下降，力竭训练则会出现Fas蛋白阳性表达，导致骨骼肌细胞的凋亡[6]，从而认为大负荷运动训练加大了肌肉的生理符合，会削弱肌肉的恢复能力，使骨骼肌细胞凋亡，降低骨骼肌的工作能力。蔡保塔等认为运动训练强度不大时，机体能够通过自身调控来抵御细胞凋亡[7]。运动训练中致使骨骼肌细胞凋亡是多次训练影响的，细胞凋亡或相对稳定说明肌肉组织在适应运动。对运动减少引发的骨骼肌细胞凋亡这一问题的研究还有待通过更多的实验来说明。

2.3 运动对不同类型骨骼肌细胞凋亡影响

运动中，不同类型骨骼肌细胞凋亡表现不同。一些科学工作者也进行了研究，但结果存在不同。Libera等发现大鼠心力衰竭时，比目鱼肌和胫骨前肌会出现细胞凋亡现象，但比目鱼肌细胞凋亡数量少于胫骨前肌，似乎表明快肌纤维更易凋亡[8]。而周婕等研究发现，6只大鼠经过一次中等强度力竭运动后，它们的比目鱼肌都出现了散布的凋亡细胞核，但胫骨前肌则没有。经过大强度的力竭运动后，有两只大鼠分别在胫骨前肌和比目鱼肌检测出凋亡的细胞核，似乎表明慢肌更易发生细胞凋亡[9]。同时周婕等发现大鼠经过急性力竭运动后，其快慢肌线粒体的Ca2+浓度都上升了，中等强度力竭运动后比目鱼肌线粒体Ca2+浓度增加最多，这一发现对研究线粒体Ca2+含量对骨骼肌细胞凋亡的影响有着重要意义。

综上所述，目前可以认为运动对骨骼肌细胞凋亡的影响表现在：同样的运动强度对不同群体造成的细胞凋亡结果不同，运动强度越大、运动速度越快，细胞凋亡就越快，随着对运动的适应，凋亡减少；运动训练中，运动强度增加，骨骼肌细胞凋亡数目增加；骨骼肌细胞凋亡在不同类型肌纤维中表现不同，研究结果存在一定的差异，很多研究者倾向认为慢肌纤维更易凋亡，但还需大量的实验证实，有待进一步的深入研究，以期深入了解骨骼肌细胞凋亡的机制；细胞中线粒体Ca2+含量对骨骼肌细胞凋亡是否存在关系也是以后需要深入研究的问题。

3 运动对心肌细胞凋亡的影响

运动对心肌细胞凋亡的影响研究起步晚，主要是因为心肌细胞凋亡时间短、方法学限制、凋亡在心脏疾病中的作用未被重视等。近年来随着分子生物学技术的丰富及分子心血管病学的研究进展，人们发现细胞凋亡在很多心血管系统的生理与病理变化中有所体现。目前，对心肌细胞的凋亡的研究已渗透到体育科学领域，成为运动科学研究的热点问题之一。

3.1 有氧运动对心肌细胞凋亡的影响

现在关于有氧运动对大鼠心肌细胞凋亡的影响报道较多。沈志祥等认为运动会影响到心肌bax，bcl-2基因表达，适宜的运动能抑制心肌bax的表达，促进心肌bcl-2基因表达，优化bcl-2/bax的比值，能抑制心肌细胞凋亡[10]。张钧等研究发现长期中等强度的运动能使明显增加大鼠心肌细胞中凋亡调控基因Bcl-2mRNA的表达，从而抑制心肌细胞凋亡[11]。胡亚哲等研究表明，有氧训练能适度增加大鼠心肌细胞凋亡，过渡训练能明显升高心肌细胞凋亡，似乎表示运动强度越大心肌细胞凋亡越明显[12]。上述研究说明，适宜的运动强度不会增加心肌细胞的凋亡，只是在运动过程中同样会出现心脏缺血、缺氧现象，但不会对心脏造成损伤。

3.2 无氧运动对心肌细胞凋亡的影响

现在关于无氧运动对大鼠心肌细胞的研究引起了人们的关注，尤以过度训练与心肌细胞凋亡的影响报道较多。金其贯等研究发现，过度训练会降低大鼠心肌细胞中Bcl-2蛋白的表达，增加Fas蛋白的表达，而Fas蛋白能促进心肌细胞凋亡[13]。常芸等就运动对心脏细胞凋亡的影响进行了研究，观察大鼠在急性运动后二十四小时心室内膜下心肌组织出现缺氧引发的变化[14]。研究发现，急性运动后，大鼠心肌会受到损伤，提示Bax与Bcl-2可能参与了运动性心肌细胞凋亡的调控过程。似乎可以这样说，发生运动性心肌微损伤主要是因为细胞坏死和细胞凋亡引起的，并且与运动强度有着一定的关系。这提示心肌细胞凋亡可能会参与心脏实质细胞的丢失，并在其中起着重要作用。

综上所述，运动与心脏关系的研究是体育科学领域的重大课题，研究表明适度的运动不会损伤心脏，但持续大强度耐力训练、急性力竭运动等过度训练可能损伤心脏，存在不同程度的心肌细胞凋亡现象。这表明细胞凋亡与运动强度可能有着关系。运动与心肌细胞凋亡的调控基因、运动性心脏结构与功能的发展、转归等需要进一步研究，对运动性损伤的预防有着重要的意义。

4 运动与肝细胞凋亡的影响

肝细胞凋亡大都是生理过程，属于程序性死亡，是肝细胞调节自我的重要机制。肝细胞凋亡多发生在肝发育或肝细胞更新时，也可能与肝脏疾病有关系。近来年研究发现运动与肝细胞凋亡、损伤等有着一定的关系，但这方面的研究较少。

4.1 适量运动对肝细胞凋亡的影响

运动强度与体育锻炼效果有着直接的关系，适宜的运动能引起机体生理机能的正常变化，从而改善体质。适宜运动中机体受到刺激会出现细胞凋亡现象，这是机体通过清理损伤、不适应的肝细胞达到调节自身适应外界刺激的表现，使机体更新细胞，提高运动效果。大量的实验证明，长期有氧运动后，机体会慢慢适应运动刺激，增强机体能力，这与抗氧化系统能力的增强有着密切的关系。Chang等研究也表明，长期的耐力运动能提高机体抗氧化能力，保护机体[15]。

4.2 不适量运动对肝细胞凋亡的影响

不适量运动训练会增加机体自由基，削弱肝细胞的清除能力，降低机体抗氧化防御能力，引发肝细胞凋亡，甚至损伤机体。袁海平等研究表明，大鼠肝细胞凋亡数目会随着运动强度的增加而增加，肝细胞凋亡的异常增加会打破肝细胞形态的平衡，需要深入研究[16]。目前已有研究表明细胞凋亡与肝细胞坏死关系密切。王熙梅等研究证明过渡训练，大鼠肝脏内自由基增多，会增加肝细胞损伤[17]。Kayatekin等研究表明，大鼠重复跑台运动后，肝组织的血乳酸水平会急速上升，剧烈的间歇性疾跑运动会提高骨骼肌中的TBARS，致使机体损伤[18]。所以，随着运动强度的增加，肝细胞凋亡数量增加，这可能是引发运动性肝损害和运动性疲劳的主要因素。

综上所述，一定强度及持续时间的运动能诱发肝细胞凋亡，随着运动强度的增加而明显增加，并引起机体的疲劳与损伤。运动致使肝细胞凋亡，降低机体抗氧化能力，说明两者存在一定的关系。因此提高运动中机体的抗氧化能力可能会成为抑制肝细胞凋亡的途径。目前，运动与肝细胞凋亡的研究还存在起步阶段，还需要大量的实验进行深入研究。

5 运动科学领域细胞凋亡研究的前景展望

综上所述，生理条件下的细胞凋亡是机体自身平衡的重要手段，与细胞增殖一起维持机体细胞群的稳定。运动能引起人体肝细胞、心肌细胞、骨骼肌细胞等的凋亡，同时会损伤机体各组织，出现疲劳现象。运动中细胞凋亡与过度疲劳关系密切。研究过度运动时细胞凋亡发生的机制，有助于从新的角度研究疲劳的发生机制，从而科学安排运动训练计划，对开辟新的运动恢复途径有着积极作用。细胞凋亡是部分可逆的过程，能借助一些手段减少细胞凋亡，这为训练学与营养学研究提供了新的方法，需要我们进一步探索。对细胞凋亡中基因调控的研究，有助于从新的角度认识运动状态下组织细胞损伤后的变化，为过度训练的预防与治疗提供参考，从而从全新的角度认识运动性疾病的发展规律。运动与细胞凋亡关系的深入研究，可能会给临床疾病治疗带来的新的方法，对人类健康有着重要的意义。

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