沈一嵐

(寶雞文理學院 體育系，陜西 寶雞 721013)

細胞凋亡已成為國內外生物醫(yī)學領域和運動人體科學專業(yè)專家研究的熱點和前沿問題之一，在國家自然科學發(fā)展調查報告中，強調了細胞凋亡的重要性.中小強度的有氧運動可改善線粒體的功能，而大強度的運動訓練致力竭，導致線粒體的結構和功能發(fā)生改變，進而促進細胞凋亡的發(fā)生.本文主要是從線粒體酶和線粒體自由基兩方面對此研究報道加以綜述，弄清線粒體在細胞凋亡中的作用機制，對于研究細胞凋亡在運動訓練中的作用具有重要的理論意義，同時對于預防癌癥、心血管等疾病也具有廣闊的應用價值和開發(fā)前景.

1 線粒體的生理學基礎

運動至疲勞或力竭，大鼠線粒體氧自由基生成增加，抗氧化酶減少，膜脂質過氧化增高，引起線粒休氧化磷酸化脫偶聯(lián)，氧耗過度增加.嚴重時還會出現(xiàn)形態(tài)上的損傷，如線粒體腫脹變性，脊斷裂、空泡變、裂解等.線粒體的結構發(fā)生損傷伴隨的是各種功能的失調，引起能量的消耗，機體功能也隨之下降.

研究表明，長時間大強度的劇烈運動至疲勞時機體產生的氧自由基增多，ATP、CP含量下降，線粒體脂質過氧化增多，自由基的終產物丙二醛增多，線粒體膜通透性改變，最終使線粒體ATP酶活性降低，線粒體呼吸鏈酶活性及氧化磷酸化水平降低，引起線粒體功能的損傷[1].

2 細胞凋亡

機體通過細胞凋亡與細胞增殖共同維持人體內環(huán)境穩(wěn)態(tài)，而細胞凋亡是一種有別于細胞壞死的細胞死亡形式，貫穿于細胞的發(fā)育、成熟、衰老的全過程.細胞凋亡是在一定的生理和病理條件下，遵循自身的程序，自己結束其生命，然后被其它細胞吞噬，最后細胞脫落離體或裂解為若干凋亡小體的過程[2].

3 線粒體在細胞凋亡中的變化與作用

3.1 線粒體酶與細胞凋亡

大量研究表明：線粒體呼吸鏈復合體I、II、III、 IV的活性及線粒體呼吸鏈酶活性受損將降低線粒體的生理生化機能，并引起維持生理、生化活動所需的能量供應不足，使線粒體細胞內ATP含量下降；此外線粒體呼吸鏈酶的活性受抑制后導致自由基產生增加，其結果使線粒體功能嚴重受損，對凋亡信號的敏感性上升，導致細胞凋亡.

細胞線粒體內ATP 水平是決定細胞凋亡主要因素.如大分子的酶裂解以及囊泡的形成，都需要大量ATP酶的參與，線粒體內ATP的來源主要是通過有氧運動使線粒體氧化磷酸化.有氧訓練導致機體線粒體數(shù)量增多，SOD活性顯著增高，MDA含量下降，即抗氧化能力加強，過氧化脂質反應減弱，有氧代謝能力得到改善，因此細胞凋亡率再度提高[3].

線粒體腺汗酸轉位酶(ANT)為線粒體內膜上含量最多且特異的蛋白酶，為線粒體氧化磷酸化提供原料.線粒體內ATP來源就是通過氧化磷酸化產生.ANT酶活性發(fā)生變化，將導致ATP合成受阻，線粒體膜流動性改變，抗氧化能力下降，誘發(fā)細胞調亡.

3.2 細胞內自由基與細胞凋亡

3.2.1 自由基SOD/MDA與細胞凋亡

李善妮，劉麗萍[4]等分別報道機體大強度急性力竭運動體內自由基增多，肝細胞GSH含量下降，SOD活性下降， SOD/MDA比值下降，說明自由基的產生增多，脂質過氧化反應加強，膜通透性發(fā)生改變.可見自由基SOD/MDA代謝的改變與細胞凋亡密切相關.

3.2.2 自由基錳與細胞凋亡

機體內聚集大量的錳會影響線粒體酶活性，使線粒體膜通透性改變，ATP的產生發(fā)生障礙，影響線粒體呼吸功能.錳還可通過與細胞內鈣調素作用而造成線粒體膜電位改變，使細胞能量供應不足，細胞脂質過氧化增加，造成細胞凋亡.

3.2.3 自由基NO與細胞凋亡

NO是一種自由基, 既溶于水, 又溶于脂,化學性質活潑.NO 的毒性可能直接損傷DNA , 而對DNA 的損傷則可能導致凋亡.NO合成酶也能介導細胞凋亡, 在凋亡細胞中誘導型NO 合成酶(iNOS) 的mRNA 過度表達,使高水平的NO損傷線粒體，造成DNA斷裂或突變，引起細胞脂質過氧化增加，同時NO還可通過改變正常細胞代謝中的環(huán)磷酸腺苷cAMP含量進一步加重線粒體DNA損傷，造成細胞凋亡.

4 不同形式運動下的線粒體與細胞凋亡

線粒體是機體活動的能量供應站，也是產生ATP的主要場所.長期的中等強度的有氧運動訓練可使線粒體產生適應性改變，使線粒體內ADP快速磷酸化為ATP，供給機體能量.很多研究表明：有氧運動后線粒體數(shù)量增多，體積增大，基質電子密度增高.眾多研究表明：骨骼肌慢肌纖維中線粒體合成ATP酶的功能增強，檸檬酸合成酶和蘋果酸合成酶活性提高，心肌線粒體Cytc氧化酶活性顯著提高，促進了抗氧化酶活的活性.一定量的中等強度有氧運動訓練會使機體產生適應性改變，主要是機體內抗氧化物增多，如超氧化物歧化酶、谷肌甘肽過氧化物酶、谷朧甘肽硫轉移酶等，它們都協(xié)同地調節(jié)機體氧化應激反應，減少脂質過氧化的發(fā)生.鄭師陵通過大鼠的游泳實驗也證實了運動后第一周凋亡細胞比例最高，而伴隨著膜電位的下降，第二周后明顯升高，第三周后逐漸下降，但仍高于對照組.實驗證明，有氧訓練導致機體內SOD活性顯著增高，MDA含量下降，線粒體數(shù)量增多，氧化磷酸化水平提高，抗氧化能力加強，過氧化脂質反應減弱，機體已建立起一套防御體系，有氧代謝能力得到改善，說明長期固定負荷訓練已使機體產生了一定的適應，并開始積極清除前一段受損的細胞，因此細胞凋亡率再度提高.

5 小結

綜上所述，線粒體是細胞凋亡的控制中心，起著主開關作用.對細胞凋亡的線粒體途徑的研究在最近幾年取得了重大進展，但還有一些問題待解決，其結構和功能的改變與細胞凋亡之間存在極為密切的關系，不同強度的運動會對線粒體產生不同的影響.中小強度的有氧訓練更易于誘發(fā)細胞凋亡，使線粒體數(shù)目增多，氧化磷酸化水平提高，抗氧化能力增強，過氧化脂質反應減弱，有氧代謝能力得到加強，從而促進體能的增長.大強度、力竭運動使ATP下降過快，則可能使細胞線粒體的結構和功能遭到嚴重破壞，從而導致細胞凋亡，引發(fā)一系列的運動性疾病.因此，弄清自由基與凋亡的關系意義重大.而現(xiàn)在這方面的研究還十分缺乏，自由基與凋亡的內在聯(lián)系，尤其是誘發(fā)細胞凋亡的分子機制尚待解決.

參考文獻

[1]侯香玉.運動對自由基代謝的影響[J].體育科學.1991.4(11):57-59.

[2]易軍.衰老過程中線粒體DNA修復功能的研究[J].體育成人教育學刊，2011,27(4)

[3]GOTTLIEB R A,GUSTAFSSON A B. Mitochondrial turnoverin the heart[J].Biochim Biophys Acta, 2011, 1813(7):1295-1301

[4]潘華山.針刺對運動疲勞大鼠骨骼肌線粒體形態(tài)和游離Ca～(2+)的影響[J].北京體育大學學報，2011,(34)10.