习练太极拳对老年人血浆8-OHdG和OGG1的影响

2022-11-07黄兴裕吴秀华

体育科学研究 2022年5期

黄兴裕，吴秀华

(1.赣南师范大学体育学院，江西赣州 341000；2.赣南师范大学科技学院，江西赣州 341000)

8-羟基脱氧鸟苷(8-hydrox-2 deoxyguanosine，8-OHdG)是活性氧攻击DNA分子中的鸟嘌呤碱基第8位碳原子而产生的一种氧化性加合物，它是机体DNA损伤的敏感标志物。8-羟基鸟嘌呤DNA糖苷酶1(8-oxoguanine DNA glycosylase 1,OGG1)是哺乳动物的主要DNA糖基化酶之一，它是反映机体DNA碱基修复能力的重要指标。如果体内修复系统正常，OGG1可切除8-OHdG,并将正常鸟嘌呤添加到该部位，那么被切除的8-OHdG将被释放入血。因此，研究中常将8-OHdG和OGG1作为机体DNA碱基损伤和修复程度的检测指标。[1]

氧化应激(Oxidative Stress，OS)是指自由基的产生与抗氧化保护之间的不平衡状态，由此将给机体带来一系列的氧化损伤，包括DNA损伤、脂质氧化和蛋白质氧化等。[2]在人的正常衰老过程中，体内活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)的累积将不断增加，且抗氧化成分(如抗氧化酶活性)将逐渐下降，由此将导致机体的氧化应激水平和氧化损伤日趋严重。[3]有研究指出，年龄增长和OS水平提高而引起DNA碱基损伤主要有两方面的表现：一是碱基损伤的增加，如8-OHdG生成增多；二是修复能力的下降，如OGG1的活性下降。[4]

体育运动一直被认为是影响机体氧化应激和DNA碱基损伤的重要因素之一。然而，运动对机体产生的氧化损伤的具体效应往往取决于运动的类型、方式、持续时间和强度等要素。[5-6]实验研究表明，进行规律的中低强度运动对降低8-OHdG的产生和提高OGG1的活性具有显著意义。[7-8]太极拳作为我国一项重要的传统体育项目，属于中等强度类型的运动。[9]相关文献表明，太极拳运动对降低女大学生[10]、中年女性[11]和Ⅱ型糖尿病患者[12]的机体氧化应激水平有积极作用。我们先前的研究证实，习练太极拳可有效提高久坐女大学生的血浆OGG1活性。[13]鉴于此，本研究通过对血浆8-OHdG和OGG1等指标的测试，研究习练太极拳后久坐老年人DNA碱基损伤、修复及氧化应激水平的变化，旨在为太极拳干预改善机体DNA损伤及其修复提供实验证据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

本研究以60～70岁老年人为实验对象，招募的纳入和排除标准如下。纳入标准：(1)未曾有太极拳练习经历者；(2)近三个月参与体育锻炼的时间≤1h/周者；(3)不抽烟、不喝酒、未有外源性激素使用史者。排除标准：(1)正使用具有抗氧化特性的保健品或药品者；(2)心血管和呼吸道疾病、糖尿病、及癌症病史者；(3)血压控制不佳的高血压患者；(4)当前膝痛者；(5)患有退行性神经系统疾病者，如帕金森病、中风和痴呆；(6)近一年下肢出现骨折者。招募时对符合标准的对象进行即刻的相关健康指标测试。最终，本研究共招募到10名(5男5女)老年人志愿者，其血压与全血计数指标均处正常参考值范围(如表1所示)。运动干预前，10名志愿者均签署了实验知情同意书。研究中要求所有对象在实验全程保持惯有的饮食行为和日常活动等生活方式。

表1 实验对象基本信息和全血计数指标值(n=10,X±S)

1.2 太极拳习练方案

本研究采取单组实验的方案，安排全部实验参与者进行5次/周(周一至周五)、持续16周的太极拳锻炼。其中，第1～2周为太极拳教学阶段，由教学经验丰富的太极拳老师开展24式简化太极拳教学，确保10次课将全部24个动作教授完，且志愿者能在教师带领下较好地完成全套动作。第3～16周为实验的第二阶段，该阶段执行7遍/次太极拳伴乐(李德印口令)练习的整体方案：1～5遍和6～7遍均为连续性练习，两组练习间隔约15分钟，用于机体恢复和动作技术的纠错。为此，连同10分钟以牵拉为主的准备活动和5分钟的放松活动一起，本研究相关的太极拳干预的每次练习时长约为70分钟。

1.3 测试指标与方法

本研究主要测试的指标包括血浆8-OHdG、血浆OGG1及氧化应激相关指标。实验中分别于实验前(0W)、第8周(8W)、第12周(12W)和第16周(16W)共进行四次测试。血液采集于早晨7∶00—8∶30完成，自肘正中静脉处取全血3 ml至肝素抗凝管，经3000 rpm离心5 min后将血浆分离并于-80 ℃冰箱冷冻保存待测。

1.3.1 8-OHdG和OGG1的测试

采用酶联免疫法(ELISA)分别对血浆8-OHdG浓度和OGG1活力进行检测，以反映机体DNA的损伤程度及其修复能力。实验试剂购自美国圣克鲁兹生物技术有限公司(Santa Cruz Biotechnology,Inc.USA)。样品测定时按试剂使用说明严格操作，主要包括室温放置试剂(40 min)并摇匀、稀释标准液、加样(40 μl)、配液、洗涤、显色、终止等一系列步骤。之后通过酶标仪(华东电子DG5033A)于450 m处测定OD值，对照制备的标准曲线计算样品含量。

1.3.2 氧化应激指标

本研究选取的氧化应激指标有：血浆超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)和羟自由基抑制能力(OH·-IC)。指标的测试试剂全部购自南京建成生物工程研究所，测试时按试剂说明严格规范操作，测试方法为分光光度计法(分光光度计：UNICO7200,USA)。另外，测试时(含8-OHdG和OGG1)每个样本均设置双孔，即每个样品测两次，后取均值作为最终样品指标值。

1.4 统计学分析

2 研究结果

2.1 习练太极拳对老年人血浆8-OHdG与OGG1的影响

如表2所示，血浆8-OHdG浓度在实验干预中表现出先增加后下降的整体趋势，其中在第8周达最大值。第16周(8.1194 ng/ml)与干预前(8.1209 ng/ml)无显著差异(P>0.05)，但第8周和第12周明显高于干预前(P<0.05)。血浆OGG1的活性在运动干预后的第8、第12和第16周均有显著提高(P<0.05)。同时，从表2和图1可见，除第16周外(P=0.591)，血浆8-OHdG与OGG1在干预前(P=0.000)、第8周(P=0.002)和第12周(P=0.029)均呈显著正相关，相关系数分别为0.975、0.851和0.685。

表2 不同时间点血浆8-OHdG与OGG1比较及其相关关系表

图1 本研究各时间点8-OHdG与OGG1相关关系散点图

2.2 习练太极拳对老年人氧化应激指标的影响

久坐老年人在接受太极拳运动干预后，血浆SOD活性持续增加，且干预后(8W/12W/16W)活性均明显高于干预前(P<0.05)。相反，血浆MDA的浓度逐次下降，且较干预前差异显著(P<0.05)(见表3)。与干预前相比，血浆GPX活性在第8和第12周明显下降(P<0.05)，第16周时出现反弹且略高于干预前，但未见统计学意义(P>0.05)。表2数据还显示，太极拳练习后羟自由基抑制能力(OH·-IC)自第8周起便持续升高(P<0.05)；血浆GSH浓度在第8周和第12周明显提高(P<0.05)，但干预结束时差异不显著(P>0.05)。

表3 不同时间点血浆氧化应激相关指标变化表

3 分析讨论

运动将给人体健康带来益处的观点已被广为接受。由于运动会增加活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)，因此运动也通常被认为将会引起机体的氧化应激。人体呼吸过程中约有2 %～5 %的氧气将会转变成ROS[14]，因此，运动时因氧耗增加而引起机体氧化应激的现象是不可避免的。然而，运动所引起的ROS的增加或氧化应激并非总是有害的,它们对机体可能造成的氧化损伤更多地取决于诸如运动类型、运动方式、持续时间、以及运动强度等因素。[15]一般而言，进行一次急性运动将导致机体氧化应激和DNA损伤，而进行中强度运动则可降低氧化应激和DNA损伤，进行适宜渐进的运动有助于人体产生相对的抗氧化作用。[16-17]

GPX主要负责过氧化氢(H2O2)和其他过氧化物的清除，它需要GSH作为底物才能发挥其生理作用[20]。本研究实验中，老年人血浆GPX活性变化分别为157.25 U/ml(0W)、117.28 U/ml(8W)、143.02 U/ml(12W)和177.33 U/ml(16W)，在干预前和干预结束时相比无显著差异(P>0.05)，而第8周和第12周则明显更低(P<0.05)。其中，血浆GPX在干预前后变化不明显的结果与前人对女大学生[13]、中年女性[11]及绝经前后女性[21]的太极拳研究结果相一致。提示：太极拳对习练者血浆GPX的活性改变没有影响。Jenkins等研究指出：高浓度的H2O2对GPX具有更直接刺激和诱导作用，而低浓度的H2O2则更利于过氧化氢酶(CAT)的动员。[20]因此，本研究实验期间第8周和第12周血浆GPX活性的下降及其底物GSH的升高，可能与太极拳运动强度较低以及太极拳运动时机体内较低H2O2浓度有关。在H2O2低浓度状态下，机体主要通过CAT抵抗H2O2的毒性，但遗憾的是本研究未能对CAT进行检测。

DNA氧化损伤广泛存在，它是产生对人体健康伤害最大的氧化损伤和衰老现象的主要原因，与人的预期寿命呈显著负相关。[1,22]ROS极易攻击DNA碱基，人体每天每个正常细胞约有10，000个碱基被氧化修饰[23]，而8-OHdG是最普遍和常见的DNA碱基氧化损伤产物[24]。有报道指出，含有8-OHdG受损的DNA在其随后的复制中可能出现点突变的现象[25]。多项研究表明，运动将引起血浆8-OHdG水平的改变。Goto等研究发现，年轻男性进行12周高强度运动后血浆8-OHdG水平升高，而如果进行中强度运动则趋向下降。[7]一项针对老年人的研究表明，血浆8-OHdG水平在进行10个月有氧运动后，较干预前有显著提高。[26]而动物实验表明，中强度耐力组的大鼠骨骼肌8-OHdG水平明显低于安静对照组。[4]此外，我们先前的研究则发现，12周太极拳运动有助于大学女生血浆8-OHdG的小幅度升高。[13]造成过往研究结果不甚一致的原因可能与对象的年龄、运动方式和模式以及运动干预周期的长短有关。本研究结果显示，老年人血浆8-OHdG在第8周和第12周有显著提高(P<0.05)，而实验结束时则与干预前相差无几(P>0.05)。由于8-OHdG与OGG1关系极为密切，随后将结合OGG1讨论其变化的内在机制。

正常情况下，机体DNA修复的能力和效率将随人体衰老而下降。[27]如果DNA损伤未能得到及时修复而日渐积累，可能导致诱变、细胞毒性和细胞死亡，进而加速致病进程(尤其是癌症)。[28]因此，DNA的氧化修复能力对维持人体基因稳定和健康具有重要意义。碱基切除修复是专门用于受损碱基修复的一种重要的DNA修复机制。修复时，糖基化酶将通过三个主要步骤进行碱基的切除：首先，水解由碱基与糖磷酸骨架形成的N-糖苷键以生成一个无碱基位点(AP位点)；其次，AP核酸内切酶将含有AP位点的核苷酸DNA片段切除；最后，DNA聚合酶-β和DNA连接酶最终将缺口填补。[29]OGG1是哺乳动物三种主要的糖基化酶之一，对8-OHdG的识别和切除具有特异性。[30]有急性运动试验表明，一次有氧运动(马拉松跑)后，人体骨骼肌的OGG1活性显著提高。[8]另外，一项长达2个月的动物干预研究表明，与对照组相比，有规律的跑台运动有助于老龄大鼠肝脏细胞核OGG1活性的提高。[31]本研究实验结果显示，老年人在太极拳练习第8周后，其血浆OGG1活性便明显地提高。这与先前一项关于年轻女性太极拳锻炼的研究结果相一致。[13]为此，我们推测，太极拳锻炼后血浆OGG1活性的提高，很可能是机体对高ROS引起氧化损伤的一种有益的适应性反应。

迄今为止，研究8-OHdG和OGG1相关性的报道并不多见。Kondo等发现，结肠癌病人的8-OHdG水平与OGG1的表达呈显著正相关(P<0.05)，相关系数为0.702。[32]通过文献综述发现，目前尚未见有关老年人安静时及运动干预过程中8-OHdG与OGG1相关性的研究。本实验结果表明，老年人血浆8-OHdG与OGG1在干预前及干预的第8周和第12周均存在显著的正相关(P<0.05)，而干预结束时却未发现这种相关关系(P>0.05)。根据实验各时间点测得的8-OHdG与OGG1数据可发现干预前两者高度相关(R=0.975)，这表明对于正常老年人而言，8-OHdG的切除近乎完全取决于机体OGG1的活性，由于8-OHdG产生和OGG1活性都将随年龄的增长呈负性变化，老年人体内碱基损伤积累的可能性非常大。因此，如何延缓、甚至提高老年人OGG1的活性显得尤为重要。此外，太极拳干预后两者关系从第8周的高度相关(R=0.851)逐渐过渡到了中度相关(R=0.685)。其中，8-OHdG在第8周达到峰值(13.86 ng/ml)，至第12周时有所下降(11.25 ng/ml)；而OGG1在第8周和第12周均处较高水平(9.49 ng/ml，9.75 ng/ml)，这些数据表明运动时摄氧量增加将致使ROS也增加，进而增加碱基的损伤；太极拳运动有助于老年人OGG1活性的提高，进而利于机体受损碱基的切除；太极拳锻炼提高OGG1活性的效能，除了表现在及时切除运动本身引起的碱基损伤外，还对减少久坐老人可能存在的碱基损伤十分有效。最后，实验结束时(第16周)两者相关性完全消失，8-OHdG与干预前相仿(8.12 ng/ml)，而OGG1则仍然保持了较高水平(7.35 ng/ml)。提示：16周太极拳干预后，高活性的OGG1足以将老年人体内含8-OHdG损伤的DNA碱基及时并完全切除，或者说运动所提高的OGG1活性可以满足甚至超过老年人机体受损碱基切除的需求。根据已有研究和理论[33]，太极拳锻炼时OGG1活性的增强可提高其碱基切除的速率。

太极拳锻炼提高机体氧化应激反应和减轻氧化损伤的可能机制主要表现为三方面。第一，根据毒物兴奋效应(Hormesis)理论，低剂量的氧化剂有助于抗氧化酶活性的上调。[34-36]太极拳习练中产生的ROS虽然有毒，但它同时对细胞信号传导和基因表达调控有重要作用。[17,36]因此，太极拳运动本身就是一种抗氧化剂。第二，由反复的运动刺激和运动引起的中低浓度ROS暴露而产生的累积效应则是其另一机制的表现[17,37]，太极拳运动有利提高机体抵抗氧化应激的能力。第三，太极拳改善习练者心理状态是机体氧化损伤减轻的可能机理之一。急性和慢性心理应激都会导致ROS增加[38]，并引起DNA损伤[39]。而太极拳是一项广受认同的健身和健心运动。本研究发现，练习者的抑郁和焦虑水平至16周时均出现了下降的趋势，这可能是老年人氧化损伤得到改善的原因之一。

本研究存在样本量略小和缺乏对照组两方面的局限。另外，研究对象的饮食习惯问题仅是通过干预练习时的反复告知予以控制，如能结合血液采集前一周的饮食记录必然更为严谨。尽管如此，本研究对太极拳干预老年人氧化应激和DNA碱基损伤的影响作出了初步的有益探讨。后续可通过设计严谨的随机对照试验，并对DNA链损伤等重要指标进行更进一步的研究。