玉米肽缓解小鼠体力疲劳的作用

李 雍，林 峰，秦 勇，刘 伟，周雅琳，李睿珺，于兰兰，许雅君，

（1 北京大学公共卫生学院营养与食品卫生学系 北京100191 2 北京中医药大学中药学院 北京100029 3 新疆正生营养研究院 新疆昌吉830000 4 食品安全毒理学研究与评价北京市重点实验室 北京100191）

“疲劳”是指因体力或脑力劳动过度，机体不能维持其原本的生理机能和/或运动强度。疲劳对于身体和认知层面都有一定的负面影响[1]，同时它也是一种向机体提供需要休息信号的机制，而继续工作则会导致机体各系统一直处于低效率状态，对消化、循环和免疫系统造成巨大伤害。缓解体力疲劳能够在一定程度上提升耐力。延缓甚至消除疲劳已经成为医学、食品和体育界学者近年来研究的热点问题[2-3]。当前已探索出多种具有缓解体力疲劳的植物及天然产物，如淫羊藿[4]、人参[5]和山药[6]等。此外，目前研究还发现了一些具有缓解体力疲劳作用的功能因子，如多肽[7]、多糖、皂苷、生物碱和牛磺酸等[8]。

我国是玉米生产大国，但长期以来我国玉米制品多局限于玉米淀粉。玉米淀粉生产过程中的副产物——玉米麸质粉中含有68%的醇溶蛋白，其高憎水性限制了它在食品中的广泛应用[9]。由玉米蛋白水解制成的玉米肽已被证明具有缓解体力疲劳，醒酒，降低血清中胆固醇浓度等多种保健食品的优良功效[9-10]。本研究采用新疆特色粉质型玉米品种，以传统湿法所得玉米淀粉的副产物——玉米黄粉为原料制备玉米肽，评价玉米肽对体力疲劳的缓解作用。本研究建立了空白对照组和3种玉米肽剂量组，探究玉米肽对小鼠体力疲劳的缓解作用，为该地区玉米的综合开发利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 样品与试剂

以传统湿法玉米淀粉副产物——玉米黄粉为原料，经蛋白质分离纯化、蛋白酶酶解、纯化、干燥等步骤获得玉米肽。玉米肽分子质量＜1 000 u，主要集中在576～132 u 范围内（占比80%）。凝胶色谱图如1 所示。

酪蛋白，Sigma C5890，购自Sigma 公司；肝糖原测定试剂盒和全血乳酸测定试剂盒，南京建成生物工程研究所；其它试剂均为分析纯级。

1.2 实验动物及饲养条件

图1 玉米肽凝胶色谱图[11]Fig.1 Corn peptide gel chromatogram[11]

实验动物为健康成年SPF 级ICR 雄性小鼠［使用许可证号：SCXX（京）2016-0010］160 只，体质量18～22 g，由北京大学医学部实验动物科学部提供，动物饲养于屏障环境中。饲养环境温度（23±2）℃，湿度50%～60%，明暗交替12 h：12 h。

1.3 仪器与设备

SPN3001F 电子天平，美国奥豪斯公司；AU480 全自动生化分析仪，日本奥林巴斯公司；FLUO star Omega 多功能酶标仪，BMG LABTECH Inc 公司；BFX5-320 型低温自动平衡离心机，白洋离心机厂；HH·S11-1 电热恒温水浴锅，北京长安科学仪器厂。

1.4 试验方法

1.4.1 动物分组及喂养方法 160 只雄性ICR 小鼠经适应期1 周后，称重，按体重随机分为4 组，分别为负重游泳组、肝糖原组、血乳酸组和血清尿素氮组，每组中均按体重再随机分设4 个组：空白对照组、玉米肽低、中、高剂量组，空白对照组和不同剂量组每组各10 只。各组均给予维持饲料，自由进食、饮用无菌去离子水。

1.4.2 动物给药方法 试验期间每天早上8：00～10：00 对各剂量组进行灌胃，3 个剂量组分别给予不同剂量的受试样品，分别为低剂量组：0.4 g/（kg bw）、中剂量组：0.8 g/（kg bw）、高剂量组：1.6 g/（kg bw），空白对照组经口灌胃1.6 g/（kg bw）酪蛋白。试验时间30 d，每隔5 d 记录体重和摄食量。

1.4.3 小鼠负重游泳 （Weight loaded swimming，WLS）时间测定 取低、中、高3 个剂量组和空白对照组ICR 小鼠各10 只，于末次给予样品30 min 后，将小鼠放入游泳箱中，水深30 cm，水温（25.0±1.0）℃，鼠尾根部负荷5%体重的铅块，记录小鼠自游泳开始至死亡的时间。

1.4.4 小鼠血清尿素氮含量测定 取低、中、高3个剂量组和空白对照组ICR 小鼠各10 只，于末次给予样品30 min 后，将小鼠放入水温为30 ℃的游泳箱中不负重游泳90 min，取出，休息60 min后摘眼球采血，离心取血清，利用全自动生化仪测定小鼠血清中尿素氮的含量。

1.4.5 小鼠肝糖原含量测定 取低、中、高3 个剂量组和空白对照组ICR 小鼠各10 只，于末次给予样品30 min 后，立即处死，精确称取肝脏100 mg，按肝糖原测定试剂盒使用步骤测定肝糖原含量。

1.4.6 血乳酸含量测定 取低、中、高3 个剂量组和空白对照组ICR 小鼠各10 只，于末次给予样品30 min 后第1 次采血，不负重在温度为30 ℃的游泳箱中游泳10 min 后取出立即第2 次采血，休息20 min 后第3 次采血。将上述3 个时间点的血样，按全血乳酸测定试剂盒使用步骤测定血乳酸含量。

1.5 数据处理

2 结果与分析

2.1 玉米肽对小鼠体重和食物利用率的影响

试验期间动物体重和食物利用率变化如图2～3 所示，适应性喂养后，各组动物的初始体重差异均无统计学意义（P＞0.05）。整个试验期间，各组动物的平均体重均呈现随周龄增加而逐渐增加的趋势。与对照组相比，玉米肽低、中、高剂量组小鼠体重及食物利用率的差异均无统计学意义（P＞0.05），且玉米肽低、中、高剂量组小鼠活泼，皮肤光滑，精神状态好，未见任何不良反应。

作为实验动物生长发育评价的重要指标，动物的体重和食物利用率是判断受试物玉米肽是否为导致试验结果中某项指标出现异常的重要评价标准[12]。本试验中各组动物的体重及食物利用率均无显著差异，说明玉米肽在试验剂量范围内对小鼠生长发育和一般健康状况无不良影响，从而可排除因玉米肽影响小鼠体重或食物利用率继而造成试验指标异常的可能性。

图2 玉米肽对小鼠体重的影响Fig.2 Effects of corn peptide on the weight in mice

图3 玉米肽对小鼠食物利用率的影响Fig.3 Effects of corn peptide on the utilization rate of food in mice

2.2 玉米肽对小鼠WLS 时间的影响

机体运动能力下降的主要原因为运动性力竭，它是疲劳的一种特殊形式，也是运动性疲劳的最后阶段。体力疲劳的最主要表现是运动耐力的下降，而WLS 时间则是机体缓解疲劳能力最客观、直接的指标[13-14]。在WLS 试验中，对WLS 时长进行测定，试验结果见表1，与空白对照组相比，低、中、高剂量组玉米肽均可延长雄性小鼠WLS时间，差异均有统计学意义（P＜0.05）。

2.3 玉米肽对小鼠肝糖原含量的影响

糖原是运动过程中重要的能量来源，肝脏中糖原的储存与高强度的运动能力有关。肝糖原含量的增加可以有效增强运动耐力，故肝糖原可以作为疲劳的另一个参数[15]。玉米肽对小鼠肝糖原含量的影响见表2，与空白对照组相比，玉米肽中剂量组能显著提高雄性小鼠肝糖原含量，差异有统计学意义（P＜0.05）。

2.4 玉米肽对小鼠血清尿素氮含量的影响

正常生理状态下，机体尿素的生成与排泄处于平衡状态。剧烈运动则会使机体长时间不能通过分解代谢获得足够能量，使得蛋白质与氨基酸的分解代谢水平提高，进而导致血液中尿素含量升高。研究表明，血清尿素氮含量与机体运动耐力呈显著负相关。因此，机体抗疲劳的能力在一定程度上体现为血清尿素氮含量[16]。玉米肽对小鼠运动后血清尿素氮含量的影响如表3所示。与空白对照组相比，玉米肽低、中、高各剂量组均可降低运动后血清尿素氮含量，中剂量组血清尿素氮含量的降低具有显著的统计学差异（P＜0.05）。

表1 玉米肽对小鼠WLS 时间的影响（±s，n=10）Table 1 Effects of corn peptide on mice in time of WLS（±s，n=10）

表1 玉米肽对小鼠WLS 时间的影响（±s，n=10）Table 1 Effects of corn peptide on mice in time of WLS（±s，n=10）

注：* 表示与空白对照组相比有显著性差异（P＜0.05）。

组别 WLS 时间/s空白对照组 568.10±153.49玉米肽低剂量组 1 210.40±294.25*玉米肽中剂量组 1 558.30±503.66*玉米肽高剂量组 1 175.80±370.48*

表2 玉米肽对小鼠肝糖原含量的影响（±s，n=10）Table 2 Effects of corn peptide on mice in hepatic glycogen contents（±s，n=10）

表2 玉米肽对小鼠肝糖原含量的影响（±s，n=10）Table 2 Effects of corn peptide on mice in hepatic glycogen contents（±s，n=10）

注：* 表示与空白对照组相比有显著性差异（P＜0.05）。

组别 肝糖原含量/mg·g-1空白对照组 19.02±1.96玉米肽低剂量组 20.75±1.28玉米肽中剂量组 24.46±3.65*玉米肽高剂量组 19.73±2.08

表3 玉米肽对小鼠血清尿素氮含量的影响（±s，n=10）Table 3 Effects of corn peptide on mice in serum urea nitrogen contents（±s，n=10）

表3 玉米肽对小鼠血清尿素氮含量的影响（±s，n=10）Table 3 Effects of corn peptide on mice in serum urea nitrogen contents（±s，n=10）

注：* 表示与空白对照组相比有显著性差异（P＜0.05）。

?组别 血清尿素氮含量/mmol·L-1空白对照组 9.80±0.85玉米肽低剂量组 9.50±1.34玉米肽中剂量组 8.90±0.59*玉米肽高剂量组 9.27±0.62

2.5 玉米肽对小鼠血乳酸含量的影响

乳酸是一种重要的代谢产物，在强化运动期间积聚并会导致肌肉和血液的pH 值降低，从而抑制肌肉收缩并引起疲劳[17]。因此，乳酸是衡量运动后疲劳程度的重要指标，可通过抑制乳酸的积累和加速乳酸的清除2 种机制来产生抗疲劳功效。玉米肽对小鼠运动前、运动后0 min 和运动后20 min 血乳酸含量的影响如表4所示。小鼠游泳前与对照组相比，各剂量组血乳酸含量在同一水平上，差异均无统计学意义（P＞0.05）。游泳后0 min 各剂量组血乳酸水平较游泳前均明显升高，说明游泳使小鼠体内堆积大量乳酸，但各剂量组较之空白对照组差异无统计学意义（P＞0.05），说明玉米肽不能抑制乳酸的积累。游泳结束休息20 min 后，各剂量组血乳酸水平较刚游泳后有所降低，接近游泳前水平，玉米肽各剂量组的降幅均高于对照组，但差异无统计学意义（P＞0.05）；而各剂量组乳酸曲线下面积与对照组相比虽有所降低但亦无显著性差异（P＞0.05）。该试验结果表明玉米肽未能显著降低小鼠运动后血乳酸含量。

表4 玉米肽对小鼠运动后血乳酸含量的影响（±s，n=10）Table 4 Effects of corn peptide on mice in blood lactic acid levels and AUC （±s，n=10）

表4 玉米肽对小鼠运动后血乳酸含量的影响（±s，n=10）Table 4 Effects of corn peptide on mice in blood lactic acid levels and AUC （±s，n=10）

组别 血乳酸含量/mmol·L-1游泳前 游泳后0 min 游泳后休息20 min 血乳酸曲线下面积空白对照组 7.27±3.34 9.72±2.33 8.55±3.74 271.06±36.05玉米肽低剂量组 7.18±4.13 9.46±1.46 8.09±2.76 268.44±24.41玉米肽中剂量组 7.67±2.16 9.29±1.29 8.03±2.54 261.90±26.94玉米肽高剂量组 7.16±2.49 9.25±2.62 7.61±2.18 260.25±13.42

3 结论与讨论

疲劳会引起神经、内分泌和免疫系统生物调节相关的各种疾病。研究显示，通过食用蛋白质、肽或氨基酸进行运动后营养补充可以缓解体力疲劳，恢复体力。肽作为小分子的营养补充剂，不仅可以被机体快速、轻松地吸收而不受氨基酸的竞争抑制，还可以促进氨基酸、蛋白质和葡萄糖的利用。因此，肽可用于缓解和抵抗体力疲劳。

本研究以ICR 雄性小鼠为研究对象，灌胃不同剂量玉米肽30 d，以WLS 时间、肝糖原含量、游泳后血清尿素氮和血乳酸含量为研究指标，探究玉米肽缓解体力疲劳的作用。试验结果显示玉米肽各剂量组均可延长小鼠WLS 时间，提高肝糖原含量并降低血清尿素氮水平。

WLS 试验通常在动物实验中用作评估身体疲劳和运动剧烈程度导致身体应激反应引发垂体肾上腺皮质激活的模型[5，18]。本试验中玉米肽3 个剂量组WLS 时间与空白组WLS 时间相比，具有统计学意义（P＜0.05），提示玉米肽可以缓解由强迫负重游泳运动产生的身体疲劳。然而，3 个剂量组之间的WLS 时间无显著性差异（P＞0.05），其中中剂量组表现较好，而高剂量组WLS 时间低于中剂量组，分析原因可能是在一定范围内，随着玉米肽剂量的增加其延长WLS 时间的效应也随之增加，而当玉米肽超过某一剂量时，延长效应不再改变。

当前关于长时间剧烈运动引起疲劳的理论机制有以下几种：“疲惫理论”、“阻塞理论”、“自由基理论”和“稳态干扰理论”等[3]。其中“疲惫理论”表明，在运动过程中，能量来源如肝、肌糖原的耗尽，血清尿素氮、乳酸等代谢物的积累以及自由基的产生均能导致疲劳[17，19]。故在评估这类由强迫运动或游泳等引起身体疲劳的高强度运动能力时，肝糖原的水平尤为重要，它可以在饥饿或运动时分解为葡萄糖以维持血糖水平，其储存及分解速率可直接影响运动能力和持续时间，故肝糖原的含量可以反映疲劳程度，增加肝糖原储存有助于提高耐受能力和运动能力[20]。研究结果显示，低、中、高3 个剂量组的小鼠肝糖原水平均有所增加，但仅有中剂量组肝糖原水平显著高于空白组，差异有统计学意义（P＜0.05）。

同时“疲惫理论”中提到的血清尿素氮和血乳酸的积累水平也同样重要。“阻塞理论”也同样表明血乳酸和血清尿素氮的过度积累会导致代谢紊乱从而产生疲劳。在剧烈运动期间，腺苷酸分解代谢升高且糖原储存不足时，蛋白质开始分解以产生能量。蛋白质和氨基酸代谢会产生NH3和CO2，继而引发尿素在肝脏中合成。在正常生理条件下，尿素的形成和排泄保持平衡。然而，在长时间运动后，为满足能量需求，蛋白质氧化增加，导致尿素氮（包括血清尿素氮）水平显著上升。血尿素氮水平是与疲劳相关的敏感参数并与运动耐量呈显著负相关[3]，通常用于评估动物承受运动负荷时的耐受能力，动物对于运动的适应能力越低，血清尿素氮的水平越高[21]。 本研究结果显示，玉米肽中剂量组的血清尿素氮水平显著降低，差异有统计学意义（P＜0.05），表明玉米肽的处理减弱了氨基酸和蛋白质分解代谢诱导的血清尿素氮水平的增加，增强了物理负荷的适应能力并最终提高机体对于长时间剧烈运动的耐受能力。

哺乳动物对运动的反应始于有氧肌肉活动的增加，如果运动强烈，则会转变为无氧代谢，从而导致血乳酸积累。因此，血乳酸的积累是产生疲劳的重要原因。乳酸含量的增加会降低肌肉组织和血液的pH 值，影响心血管循环系统和骨骼肌系统的功能，进而对身体机能产生危害，使得肌肉收缩力下降，最终导致疲劳[21]。因此，乳酸含量也是评估疲劳水平的另一重要指标。本研究结果显示，玉米肽各剂量组对小鼠游泳前与游泳后0，20 min 的血乳酸含量均无明显影响（P＞0.05），说明玉米肽未能有效减缓机体运动时乳酸的产生，且未能加速运动后血乳酸的代谢。然而，其它关于缓解体力疲劳的试验中也有该现象的出现[22-24]，其原因还有待于后续进一步研究。

本试验研究结果提示在一定剂量下，由新疆地区特色粉质型玉米酶解获得的玉米肽具有缓解体力疲劳的功能，为该特色玉米品种开发具有缓解体力疲劳功能的产品提供了一定的证据支持，拓展了该地区特色粉质型玉米品种的商业用途并丰富了缓解体力疲劳可能的天然植物资源。