文摘
氧化应激是体内的氧化还原体系的不平衡,产生过多的活性氧,导致多个细胞损害,和一些病理条件密切相关,如胰岛素抵抗和炎症。同时,锻炼作为氧化应激引起的外部刺激的变化病理生理功能的组织和器官,包括骨骼肌。运动诱发氧化应激是有不同的对骨骼肌的结构和功能的影响。长期定期或温和的运动性氧化应激密切相关的肌肉适应的形成,而过度剧烈或急性运动产生的自由基会引起肌肉氧化应激疲劳和损伤,影响运动能力和损害身体的健康。目前的审查系统地总结了运动诱发氧化应激和适应之间的关系,破坏,在骨骼肌疲劳,为了阐明运动诱发氧化应激的影响在骨骼肌的病理生理功能。
1。介绍
运动是一种常见的压力会导致氧气供应,无法满足身体的氧气需求快速增长;然后,许多组织和器官产生一些高活性分子,如活性氮物种(RNS)和活性氧(ROS)。ROS在压力过程中有着至关重要的作用,包括超氧化物阴离子(O2⋅-)、氢氧自由基(哦⋅-)和过氧化氢(H2O2)(图1)[1]。ROS的产生超过它的清除能力,这是氧化应激的反应。在正常生理条件下,活性氧参与许多细胞活动,包括细胞能量代谢、信号转导、基因表达调控,但高水平的细胞内ROS也可以破坏《生物,如脂类、蛋白质和核酸,从而导致细胞衰老甚至死亡(2]。大量的研究表明,定期或合适的运动产生低级ROS,而过度的内源性自由基的生产在运动过程中会破坏整个组织的生理功能(1- - - - - -3),如骨骼肌(3]。骨骼肌是动态运动系统的一部分,和生理水平ROS维持其功能是一个重要的物质,参与生产的肌肉力量,维护肌肉含量,细胞内信号转导、基因表达,和其他相关的活动,而过多的活性氧导致收缩功能障碍和肌肉无力4]。众所周知,活性氧诱导的骨骼肌收缩在运动可以增加氧化应激水平,增强抗氧化防御系统。虽然运动性活性氧的骨骼肌,法向力生产所需的高水平的活性氧会引起收缩功能障碍(5]。肌浆网的钙2 +活性氧释放通道是高度敏感的,这将减少的敏感性肌原纤维Ca2 +然后影响肌肉收缩(5,6]。此外,体内活性氧的积累取决于运动模式,运动强度和持续时间。因此,运动诱发氧化应激可能发挥重要作用在骨骼肌的病理生理功能。
2。运动诱发氧化应激
1978年,运动诱发氧化应激是首先提出的,指氧化应激引起的运动;即体内自由基生成速率远远大于其清除速率在体育锻炼,这将破坏组织,导致人体工作能力的下降7]。线粒体呼吸链是在运动中内源性活性氧的主要来源,及其过度生产会导致氧化损伤脂质、蛋白质、核酸等物质(8]。体内活性氧的积累取决于运动模式,强度和持续时间。研究表明,少量的ROS产生的中等强度的运动可以作为细胞内第二信使调节生长因子信号传输(9- - - - - -11]。急性运动能促进活性氧的过量生产,导致的失衡oxidation-antioxidant在细胞体内平衡,因为迅速增加耗氧量不可避免地产生更多的自由基在剧烈运动(12]。大量的氧气消耗产生大量的单线态氧(O2⋅-),它会刺激一系列的自由基链式反应(13]。另一方面,局部组织缺氧和代谢产物的积累影响线粒体的能量供应。与此同时,高强度的锻炼会导致显著增加丙二醛(MDA)的含量,进一步增加扩展运动(14]。MDA可以客观地反映体内自由基的水平。
3所示。ROS在骨骼肌
骨骼肌是一个重要的锻炼身体的器官;其正常的生理功能是健康的基本前提和重要保证。
3.1。ROS在不同骨骼肌纤维
骨骼肌是由三种类型的肌肉纤维:我,活动花絮,IIb。这些不同类型的肌肉纤维的能力来生成活性氧和抗氧化应激也不同(15]。泄漏的线粒体ROS水平IIb类型肌纤维IIa肌肉纤维的2 - 3倍,由于线粒体IIb型肌纤维起着重要的作用,在生产和释放过氧化物(4]。高强度运动导致活性氧的过量生产,可导致骨骼肌纤维的正常生理环境变化和血管内皮功能障碍。抗氧化酶的水平我和类型的活动花絮肌肉纤维增强清除自由基的能力,促进骨骼肌运动功能的恢复,虽然没有显著改变IIb型肌肉纤维。此外,I型肌肉纤维富含肌红蛋白与有氧代谢的最强能力和抗疲劳剂(16]。这些研究结果表明,不同类型的肌肉纤维抗疲劳和活性氧产量有不同的影响,但他们都是与他们的抗氧化能力有关。
3.2。网站在骨骼肌细胞ROS
在过去,线粒体是细胞内活性氧的主要网站在骨骼肌萎缩(14]。在线粒体中,2 - 5%的总氧消耗可能会接受一个电子还原过氧化物的生成(17]。线粒体电子传递链中的复杂我释放超氧化物线粒体基质,而复杂的内膜[III两边18]。最近,一些学者发现活性氧的主要来源可能不仅限于线粒体在运动(14]。上限总利用率的氧气消耗在不同组织线粒体产生活性氧(约0.15%19]。同时,大量的研究表明,许多胞内酶参与活性氧的生产,如NADPH氧化酶类(nox)、黄嘌呤氧化酶(XO)和磷脂酶A2 (PLA2) [18]。无论肌肉休息或缔约国,氮氧化物家族蛋白质可以产生更多的比线粒体超氧化物阴离子在单一的肌肉纤维20.]。此外,NOX2丧失模型表明,NOX2可能是胞质活性氧的主要来源在骨骼肌中强度运动(21]。另一项研究发现,有一个XO内容和乳酸水平之间的相关性在无氧运动,产生大量的活性氧,从而加重骨骼肌氧化损伤(22]。此外,肌肉损伤引起的运动还可以刺激多种细胞因子激活巨噬细胞和中性粒细胞,导致活性氧的生产过剩23]。
4所示。骨骼肌的适应
骨骼肌是一个高度塑料组织。中度或规律的运动训练可以通过氧化应激调节信号通路和ROS抵御氧化损伤,进一步实现结构适应性在骨骼肌19,24,25]。ROS不仅可以激活NF -κB通过激活增殖蛋白激酶(MAPK),但也刺激一种蛋白激酶磷酸化,从而激活他们共同的下游分子核因子erythroid-derived两个相关因子2 (Nrf2) [25]。Nrf2作为redox-sensing转录因子的胞质分离抑制剂Keap1,然后把原子核并结合抗氧化反应元素(是)为transactivation一些下游的抗氧化基因,特别是与国防有关的酶和exercise-adapting-related酶、氧化酶等细胞色素氧化酶(COX)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活动,谷胱甘肽(GSH),从而上调他们的表情和活动,减轻氧化损伤,促进运动性适应(图2)[19,24,25]。急性运动和长期运动训练可能会增加Nrf2的表达和/或Nrf2-ARE绑定活动。跑步机训练6周后,骨骼肌的转录Nrf2活性增加,考克斯的活动也增加了20% (26]。
此外,exercise-activated Nrf2可能调节骨骼肌线粒体通过促进线粒体生物起源,改善线粒体呼吸功能,调节线粒体自噬。此外,过氧物酶体proliferator-activated受体-γcoactivator-1α(PGC-1α)中扮演一个重要的角色在葡萄糖吸收,mitochondriogenesis,体育锻炼在骨骼肌肥大反应(24]。运动性ROS的可以用乳酸代谢刺激PGC-1夫妇α生产,特别是耐力运动(24]。PGC-1αcoactivates核呼吸因子- 1 (NRF)和NRF-2增加DNA结合后骨骼肌急性运动(24),然后激活基因编码考克斯和线粒体转录因子(TFAM),激活线粒体DNA转录,从而增加线粒体合成(24]。此外,运动ROS能够刺激骨骼肌分泌myokines,也扮演了一个重要的角色在细胞信号和肌肉代谢适应的规定(27,28),如interleukin-15 (IL-15)。IL-15是一个监管机构来控制细胞内ROS生产和减弱骨骼肌细胞氧化应激(29日]。
5。骨骼肌细胞损伤
详尽的锻炼可以增加过氧化反应和削弱骨骼肌抗氧化能力,可导致骨骼肌损伤的细胞通过修改的脂质,蛋白质和DNA。
首先,对脂质损伤,生物膜是细胞的重要组成部分。脂质过氧化造成的过度内源性活性氧在运动中可以改变流动性,流动性,和生物膜的渗透性,从而导致膜功能障碍(30.]。脂质双分子层包含大量的多不饱和脂肪酸(PUFA)。活性氧可以使氢PUFA己二烯位置的不饱和脂肪酸形成自由基,然后与氧分子结合,产生脂质过氧化氢自由基厕所⋅-(31日]。厕所⋅-可以剥夺了烯丙基氢组不饱和脂肪酸形成新的不饱和脂肪酸自由基和过氧化脂质(LOOH),导致氧化损伤骨骼肌细胞的生物膜(31日]。
其次,对蛋白质损伤,ROS起着非常重要的作用在蛋白质代谢的过程中,可以促进生理条件下蛋白质周转和更新。但过度运动引起的活性氧会引起破坏蛋白质和酶的失活,失去的受体,和免疫功能的下降31日]。ROS的蛋白质的损害主要是改变他们的活动。哦⋅-可以改变蛋白质的一级结构,为二级和三级结构修改,使多肽链的展开形式随机结构(32]。这些修改公开最初屏蔽肽债券蛋白水解酶。此外,蛋白质结合哦⋅-将增加双重酪氨酸的生产,进一步诱发破损,由提取氢气的影响体现在一个碳原子的氨基酸,然后与O反应2⋅-生成厕所- - - - - -,最终形成过氧化物(32]。
最后是DNA损伤。8-Hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG)是一种检测DNA氧化损伤的重要标志。的8位置基地鸟嘌呤DNA链是容易受到攻击的哦⋅-和O2⋅-和发生羟基化形成加合物8-OHdG [33]。哦- - - - - -结合deoxyguanine核苷酸残留在c - 4 c - 5,或8 DNA碱基的位置形成8-hydroxy-7 8-dihydroxyguanine核苷酸,反过来进一步氧化生成8-hydroxydeoxyguanine核苷酸。同时,在复制过程中,8-OHdG DNA链可以搭配其他基地比C点突变形式,如GC→TA (32]。
6。骨骼肌疲劳
运动疲劳的过程是一个复杂的生理现象;它实际上发生的消费体力或代谢物的积累,包括骨骼肌疲劳,发自肺腑的疲劳和神经疲劳。骨骼肌疲劳的主要外围表现运动疲劳。骨骼肌的生产强度取决于其收缩机制,而任何障碍的神经,离子,血管,和横桥的上游能源系统将导致他们的损失,引起肌肉疲劳,特别是在肌肉收缩过程中能量代谢因素,如H+、乳酸、π,活性ROS,热休克蛋白(HSP),α酸性糖蛋白(ORM)也影响肌肉疲劳。
过度的剧烈运动可能会导致运动疲劳产生的ROS通过减少骨骼肌肌浆网钙的释放2 +和/或肌原纤维Ca的敏感性2 +(34]。然而,在轻微的氧化应激引起的身体锻炼,肌钙蛋白可以改善收缩装置的S-glutathionization Ca2 +敏感性增大纤维,从而延缓疲劳的发生(35]。然而,抗氧化剂恢复Ca2 +肌浆网发布,但肌肉力量下降期间不能消除疲劳(36),这表明氧化应激引起的运动与肌肉疲劳密切相关。内源性和外源性活性氧不仅可能会阻碍肌肉纤维收缩影响钙的释放和吸收2 +肌浆网和减少肌钙蛋白的活性,还可促进运动疲劳的发生通过破坏线粒体功能和抑制需氧代谢(6]。此外,在运动过程中,能量代谢率的增加会导致过度疲劳骨骼肌细胞线粒体活性氧产量,进而导致出现氧化修饰的脂质,蛋白质和DNA。
7所示。结论
在一起,运动对骨骼肌组织氧化应激具有双重影响。适当的运动能促进代ROS的生理水平,保持正常骨骼肌功能,适应和促进运动,而详尽的锻炼会使身体产生过多的活性氧,导致过度的氧化应激,导致疲劳和骨骼肌的细胞损伤。因此,进一步理解运动诱发氧化应激的影响骨骼肌的病理生理功能对指导运动促进健康和非常重要的分子机制提供了一个方向探索运动来改善氧化应激相关疾病的病理生理过程的发展。
数据可用性
最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章。进一步调查可以直接到相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
工作是由弗兰克-威廉姆斯,XW YL、ZZ;写作是由弗兰克-威廉姆斯和XW草案;修改了手稿YL和ZZ。所有作者进行审核和批准的最终版本出版的手稿。
确认
这项工作得到了福建省科技创新重点项目(2021 g02021和2021 g02023),中央政府的专项资金引导地方科技发展(2020 l3008)、福建省自然科学基金(2019 r1011-3和2020 j01176),福建省卫生委员会和科学研究人才项目(2018 - zqn - 20)。