范錦勤，阮定國(guó)

蛋白質(zhì)組(Proteome)是指在一定條件下，由一個(gè)特定細(xì)胞或生物體產(chǎn)生的所有蛋白質(zhì)，是依據(jù)其組分的序列、結(jié)構(gòu)、豐度、定位、修飾、相互作用和生化功能來(lái)確定的［1］。蛋白質(zhì)組學(xué)的主要任務(wù)是識(shí)別鑒定細(xì)胞、組織或機(jī)體的全部蛋白質(zhì)，并分析蛋白質(zhì)的功能及其模式［1］，可以同時(shí)對(duì)標(biāo)本中所有表達(dá)蛋白質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析研究。尿液包含了人體內(nèi)每一個(gè)細(xì)胞的代謝信息［2］，從中能找到90% ～97%的血漿蛋白［3，4］。在一般情況下，正常人尿中的蛋白質(zhì)含量很少，常在10mg%以下(低于150mg/24hr尿)［5］。當(dāng)激烈運(yùn)動(dòng)或病理狀態(tài)下，尿液中的蛋白質(zhì)會(huì)增加或出現(xiàn)一些特殊的標(biāo)志物。由于尿液標(biāo)本的獲取方便、沒(méi)有侵入性，使尿液蛋白質(zhì)組學(xué)研究逐漸成為關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 運(yùn)動(dòng)性蛋白尿

1．1 運(yùn)動(dòng)性蛋白尿的概念

在激烈運(yùn)動(dòng)下，尿液中的蛋白質(zhì)會(huì)增加。這種由于運(yùn)動(dòng)使尿中蛋白質(zhì)增加的現(xiàn)象稱為運(yùn)動(dòng)性蛋白尿［5］。運(yùn)動(dòng)性蛋白尿常含有血漿蛋白、血紅蛋白、肌紅蛋白、酶等，且運(yùn)動(dòng)員不伴有其他癥狀(如血尿、腰腎區(qū)疼痛、全身無(wú)力等)，在運(yùn)動(dòng)結(jié)束八小后時(shí)尿蛋白即呈陰性。

1．2 運(yùn)動(dòng)性蛋白尿產(chǎn)生的機(jī)制

一般認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)性蛋白尿產(chǎn)生的原因是:運(yùn)動(dòng)時(shí)腎上腺素、去甲腎上腺素、腎素-血管緊張素系統(tǒng)和激肽釋放酶分泌增加，使腎血管收縮，腎血流量減少，腎小球毛細(xì)血管壓上升，濾過(guò)分?jǐn)?shù)增加。腎小球膜電性和可濾過(guò)蛋白的電荷變化，使腎小球?yàn)V過(guò)較大分子量的蛋白質(zhì)較多。但運(yùn)動(dòng)時(shí)腎小管的重吸收處于飽和狀態(tài)，同時(shí)還會(huì)增加某些小分子量蛋白質(zhì)的分泌，如 β2-微球蛋白(β2-MG)、溶菌酶(Lys)等，從而引起運(yùn)動(dòng)性蛋白尿［5］。周濤等［6］認(rèn)為力竭運(yùn)動(dòng)誘發(fā)腎臟組織自由基作用的加強(qiáng)和自由基清除能力的相對(duì)不足，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)性尿蛋白排泄率升高。

1．3 影響運(yùn)動(dòng)性尿蛋白的因素

影響運(yùn)動(dòng)后尿蛋白排出量的因素有很多，如運(yùn)動(dòng)量、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、運(yùn)動(dòng)者訓(xùn)練水平、年齡、運(yùn)動(dòng)環(huán)境、個(gè)體遺傳差異和情緒等。徐曉陽(yáng)等［7］在對(duì)游泳運(yùn)動(dòng)員比賽時(shí)尿蛋白變化的研究中認(rèn)為:運(yùn)動(dòng)員主觀感覺(jué)好，成績(jī)好時(shí)，尿蛋白排出量較低。正常情況下，運(yùn)動(dòng)員個(gè)體每天的尿量及其成分都能維持在一定的水平;運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果血液成分發(fā)生改變，腎小球的通透性增加，或腎小管的重吸收作用減弱，或腎小管和集合管的排泄與分泌功能失常，都會(huì)直接影響到尿量或尿蛋白組份的改變。此外，運(yùn)動(dòng)作為一種應(yīng)激原，也可直接影響到尿量和尿蛋白組份的改變。在眾多的影響因素中，以運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的影響最大。一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越大，尿蛋白的排泄量就越多。

2 運(yùn)用尿蛋白監(jiān)控運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的探討

2．1 運(yùn)用尿蛋白監(jiān)控運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的現(xiàn)狀

測(cè)定運(yùn)動(dòng)后尿蛋白質(zhì)的種類和含量，是用于評(píng)定運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)員機(jī)能狀態(tài)的重要指標(biāo)之一。我國(guó)在這方面的研究工作始于上世紀(jì)六十年代［8］。王健等［9］觀察到大強(qiáng)度跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)后，尿白蛋白(ALB)、β2-MG和Lys排泄均顯著增加。同時(shí)，王健等［10］認(rèn)為L(zhǎng)ys排泄是評(píng)價(jià)大強(qiáng)度跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)既靈敏又可靠的生化指標(biāo);馮美云等［11］認(rèn)為尿β2-MG排泄量可能是評(píng)價(jià)體院男子足球運(yùn)動(dòng)員身體機(jī)能和承受運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的靈敏指標(biāo);徐曉陽(yáng)等［12］認(rèn)為尿ALB是評(píng)定競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員身體機(jī)能狀態(tài)的靈敏指標(biāo)。這些研究結(jié)果的差異可能與研究對(duì)象、運(yùn)動(dòng)形式的不同有關(guān)，提示對(duì)不同運(yùn)動(dòng)方式的運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行機(jī)能狀況評(píng)估時(shí)，其判定的標(biāo)準(zhǔn)是不同的;許實(shí)德等［13］也認(rèn)為用尿蛋白評(píng)定負(fù)荷量強(qiáng)度時(shí)，宜進(jìn)行自身或同批受試者相同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的比較，否則沒(méi)有評(píng)價(jià)意義。

在現(xiàn)有研究中，對(duì)于運(yùn)用運(yùn)動(dòng)后尿蛋白指標(biāo)，評(píng)定運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)者機(jī)能狀態(tài)的主要結(jié)論有:(1)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度是影響運(yùn)動(dòng)后尿蛋白數(shù)量和排泄量的主要因素［14］;(2)不同的負(fù)荷強(qiáng)度對(duì)蛋白種類有一定的影響，可用尿蛋白的白/球比值評(píng)定負(fù)荷強(qiáng)度［15］;(3)運(yùn)動(dòng)后尿蛋白少，表明機(jī)能狀態(tài)較好［7］;(4)運(yùn)動(dòng)后尿蛋白消除快，表明運(yùn)動(dòng)員恢復(fù)狀態(tài)較好［9，16］;(5)在一次大運(yùn)動(dòng)量訓(xùn)練后，尿蛋白排出量增多，四小時(shí)后或次日凌晨完全恢復(fù)到安靜時(shí)水平，表明機(jī)體適應(yīng)此負(fù)荷。如果次日凌晨尿蛋白不減少或增加，要適當(dāng)減少運(yùn)動(dòng)量和強(qiáng)度;(6)在一個(gè)訓(xùn)練周期中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷安排適宜時(shí)，運(yùn)動(dòng)員可表現(xiàn)為尿蛋白排泄量先增多而后逐漸減少。如尿蛋白排泄量在整個(gè)訓(xùn)練周期中始終處于較高水平，甚至繼續(xù)增加，則說(shuō)明運(yùn)動(dòng)員對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷始終沒(méi)有適應(yīng)，或是運(yùn)動(dòng)員身體機(jī)能水平下降，應(yīng)酌量減少運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度或運(yùn)動(dòng)量。

尿液中的蛋白質(zhì)成份復(fù)雜。2002年，Thongboonkerd等［17］分別用“丙酮沉淀”和“超速離心”法分離正常成人尿液蛋白成分，并采用雙向凝膠電泳(2-DE)方法進(jìn)行分析，鑒定出47種蛋白分子;2004年，Oh等［18］對(duì)透析、凍干后的尿樣使用凝膠過(guò)濾除去尿液白蛋白等高豐度蛋白的干擾，再進(jìn)行2-DE，最終通過(guò)電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-T0FMS)自凝膠上的點(diǎn)鑒定出113種不同的蛋白;隨著檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，2006年，Adachi等［19］在健康者尿液中，測(cè)出近1 500種蛋白質(zhì)及其片段。而現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)后尿蛋白研究多局限在尿 ALB、β2-MG、Lys酶等幾個(gè)指標(biāo)上，這是受傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)分離與鑒定技術(shù)所限，難以對(duì)蛋白質(zhì)組進(jìn)行高通量、快速地并行研究。有學(xué)者提出［20］，尿液蛋白質(zhì)組學(xué)是詮釋蛋白所攜帶信息的最有效方法。

2．2 尿液蛋白質(zhì)組分檢測(cè)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

尿液蛋白質(zhì)組學(xué)研究是近幾年發(fā)展起來(lái)的研究方法，目前已應(yīng)用于糖尿病、腫瘤、腎臟疾患等診斷和療效觀察中。如丁娟娟等［21］分析了激素耐藥型原發(fā)性腎病綜合征(SRNS)、兒童與激素敏感型原發(fā)性腎病綜合征(SSNS)、兒童尿液全蛋白2－DE圖譜的差異蛋白質(zhì)位點(diǎn)，篩選出SRNS組與SSNS組(治療前)尿液2-DE凝膠差異蛋白質(zhì)點(diǎn)66個(gè)。SRNS組與SSNS組(治療后)尿液2-DE凝膠差異蛋白質(zhì)點(diǎn)33個(gè)，為進(jìn)一步運(yùn)用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)尋找與特發(fā)性腎病綜合征激素耐藥或激素敏感相關(guān)的蛋白質(zhì)打下了基礎(chǔ);吳登龍等［22］用IMAC-Cu-3芯片結(jié)合表面加強(qiáng)激光解析電離化飛行時(shí)間-質(zhì)譜(SELDI-TOF-MS)技術(shù)對(duì)40例腎癌患者及40例正常對(duì)照，40例非腎癌其他泌尿系統(tǒng)疾病對(duì)照患者的尿液進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)腎癌差異明顯的潛在標(biāo)記物有四個(gè);賈雄飛等［23］利用2-DE和生物信息學(xué)技術(shù)，從嚴(yán)格篩選的兩例急性腎移植排斥反應(yīng)(AR)患者尿液標(biāo)本中，發(fā)現(xiàn)了三個(gè)含量變化趨勢(shì)與排斥反應(yīng)密切相關(guān)的蛋白，分別是α-1抗胰凝乳蛋白酶(AACT)、腫瘤排斥抗原gp96和鋅-α2糖蛋白。

2．3 尿液蛋白質(zhì)組學(xué)檢測(cè)技術(shù)在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中應(yīng)用的可行性

尿液蛋白質(zhì)組學(xué)的研究方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)也有可能應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)后尿蛋白組分的研究中。李江華等［24］通過(guò)代謝組學(xué)的方法發(fā)現(xiàn)，參加多哈亞運(yùn)會(huì)短距離游泳比賽的決賽運(yùn)動(dòng)員們的尿液中，甲基尼克酰胺的相對(duì)含量明顯高于非決賽運(yùn)動(dòng)員(P＜0．01)，認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員尿液中包含了與運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技水平相關(guān)的信息。運(yùn)動(dòng)會(huì)引起人體的生理環(huán)境，機(jī)體中離子的濃度和種類、pH值、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、代謝產(chǎn)物堆積、激素濃度等因素發(fā)生變化，對(duì)基因表達(dá)和蛋白質(zhì)合成后的修飾加工產(chǎn)生影響，蛋白質(zhì)組圖譜與正常生理狀況下的蛋白質(zhì)組圖譜會(huì)出現(xiàn)差異，且不同的個(gè)體對(duì)上述因素的影響應(yīng)答不同，蛋白質(zhì)組圖譜也會(huì)有所不同。

尿液標(biāo)本取材方便無(wú)創(chuàng)傷性，蘊(yùn)含著大量的能量代謝和物質(zhì)代謝信息，且先前的研究對(duì)我們認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)與單個(gè)蛋白質(zhì)的關(guān)系具有一定的啟發(fā)。蛋白質(zhì)組研究技術(shù)具有高通量和高效、準(zhǔn)確、靈敏的特點(diǎn)，可從整體角度研究運(yùn)動(dòng)與尿液蛋白質(zhì)組分之間的關(guān)系。

3 尿蛋白組學(xué)研究在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的應(yīng)用展望

3．1 揭示運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)機(jī)能影響的本質(zhì)和規(guī)律

運(yùn)動(dòng)后機(jī)體尿蛋白表達(dá)圖像斑點(diǎn)可能會(huì)上調(diào)、下調(diào)、出現(xiàn)或消失，其蛋白質(zhì)組分的種類和含量可能會(huì)發(fā)生改變。通過(guò)對(duì)尿液的蛋白質(zhì)組學(xué)研究，可以描繪出不同方式、不同強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)及不同身體機(jī)能狀態(tài)下的蛋白質(zhì)表達(dá)圖譜，以揭示運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)機(jī)體機(jī)能影響的化學(xué)本質(zhì)和不同運(yùn)動(dòng)員差別的內(nèi)在規(guī)律，并可從中尋找和總結(jié)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的尿液特征蛋白質(zhì)圖譜，指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員選材。李江華等［25］采用Fisher逐步判別分析法，初步證明了利用代謝組學(xué)模型預(yù)測(cè)高水平男子中短距離游泳比賽成績(jī)的可行性。

3．2 監(jiān)控運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練強(qiáng)度，提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)

不同的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目引起機(jī)體尿液蛋白質(zhì)組分的改變可能存在著較大的區(qū)別，而功能關(guān)聯(lián)的蛋白質(zhì)在表達(dá)水平上也應(yīng)存在著一定的相關(guān)性。通過(guò)研究不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的尿蛋白組分，從中找出特征性的蛋白質(zhì)作為訓(xùn)練監(jiān)控的新指標(biāo)及運(yùn)動(dòng)性過(guò)度疲勞早期診斷的標(biāo)志物，進(jìn)而利用尿液中的標(biāo)志蛋白檢測(cè)來(lái)了解運(yùn)動(dòng)員的負(fù)荷強(qiáng)度、訓(xùn)練水平、訓(xùn)練中疲勞程度，預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)員成績(jī)，科學(xué)評(píng)定運(yùn)動(dòng)員在大運(yùn)動(dòng)量訓(xùn)練期間的身體機(jī)能和運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，并可在專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中有的放矢。通過(guò)訓(xùn)練、營(yíng)養(yǎng)學(xué)等因素干預(yù)蛋白質(zhì)的含量、結(jié)構(gòu)和功能，能夠最大限度地發(fā)掘人類的運(yùn)動(dòng)潛力，提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)。

3．3 開(kāi)發(fā)新的運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑

合理營(yíng)養(yǎng)是機(jī)體維持正常生長(zhǎng)發(fā)育和健康的重要保障，這對(duì)青少年運(yùn)動(dòng)員及在大負(fù)荷訓(xùn)練期間的運(yùn)動(dòng)員尤為重要。Kohler等［26］比較了馬拉松比賽后、耐力運(yùn)動(dòng)員休息期間和健康成年人的尿液蛋白質(zhì)組學(xué)圖譜，發(fā)現(xiàn)馬拉松比賽后，運(yùn)動(dòng)員尿液中血紅素結(jié)合蛋白、白蛋白、血清類粘蛋白-1，轉(zhuǎn)鐵蛋白和碳酸酐酶-1顯著提高，而在休息期間，運(yùn)動(dòng)員的尿液蛋白質(zhì)組圖譜和健康人無(wú)明顯差別?？衫媚蛞旱鞍踪|(zhì)組分的研究成果，抑制容易引起運(yùn)動(dòng)性疲勞發(fā)生的蛋白(或酶)合成，促進(jìn)具有消除運(yùn)動(dòng)性疲勞功能的蛋白(或酶)合成，開(kāi)發(fā)更為有效的運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑配方。可根據(jù)不同個(gè)體的情況，設(shè)計(jì)適合于不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、不同運(yùn)動(dòng)個(gè)體的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑，從分子水平上為高水平運(yùn)動(dòng)員設(shè)計(jì)個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)方案，進(jìn)而達(dá)到提高運(yùn)動(dòng)能力的目的。

3．4 研發(fā)不同功能的蛋白質(zhì)芯片

利用尿液蛋白質(zhì)組分的研究成果，可以制作成不同功能的蛋白質(zhì)芯片，以使各種實(shí)驗(yàn)操作更為簡(jiǎn)便。如在尿液蛋白質(zhì)組分中篩選出運(yùn)動(dòng)性疲勞的標(biāo)志物(酶類或多肽)，然后制作成受體芯片或酶芯片。將采集的運(yùn)動(dòng)員尿液樣品進(jìn)行標(biāo)記后與這種芯片反應(yīng)，即可在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)疲勞標(biāo)志物進(jìn)行高通量的并行檢測(cè)，用于判斷運(yùn)動(dòng)員疲勞或恢復(fù)的程度，及時(shí)調(diào)控訓(xùn)練計(jì)劃，也可根據(jù)興奮劑引起尿蛋白組分的排泄特點(diǎn)研發(fā)興奮劑檢測(cè)芯片。如杜冠華等［27］將蛋白質(zhì)芯片技術(shù)與受體配基競(jìng)爭(zhēng)原理結(jié)合，用天然的受體直接檢測(cè)興奮劑，取得了較好進(jìn)展。蛋白質(zhì)芯片不僅可對(duì)藥物興奮劑進(jìn)行檢測(cè)，即使是“基因興奮劑”也難逃其“慧眼”［28］。

3．5 制定運(yùn)動(dòng)處方，指導(dǎo)科學(xué)鍛煉

糖尿病、肥胖、高血壓、高血脂、冠心病等又稱為生活方式疾病。近年來(lái)有上升的趨勢(shì)，藥物、飲食和運(yùn)動(dòng)是治療這些疾病的“三駕馬車”。而運(yùn)動(dòng)對(duì)于機(jī)體的干預(yù)則因人而異，利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，檢測(cè)患者尿蛋白質(zhì)組分的變化，了解運(yùn)動(dòng)對(duì)個(gè)體蛋白質(zhì)種類和量的影響，為建立科學(xué)的個(gè)人運(yùn)動(dòng)處方提供理論依據(jù)［29］，及時(shí)監(jiān)控健身者機(jī)能狀態(tài)和調(diào)整健身運(yùn)動(dòng)計(jì)劃，指導(dǎo)科學(xué)鍛煉，提高大眾健康水平。

3．6 存在的難題

然而通過(guò)中國(guó)期刊網(wǎng)和Medline數(shù)據(jù)庫(kù)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，有關(guān)尿蛋白組份在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的應(yīng)用及指標(biāo)開(kāi)發(fā)研究很少;從運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的負(fù)荷評(píng)定實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)，尿蛋白成份的檢測(cè)很少被科研人員使用。筆者認(rèn)為，造成這種現(xiàn)狀的原因有兩點(diǎn):一是已研究發(fā)現(xiàn)的尿蛋白組份指標(biāo)用來(lái)評(píng)定運(yùn)動(dòng)負(fù)荷及身體機(jī)能的特異性不強(qiáng)，還需尋找更敏感的尿蛋白組份評(píng)價(jià)指標(biāo);二是可能與尿液的采樣時(shí)間、采集方式及尿蛋白組份測(cè)試過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，或影響測(cè)試指標(biāo)的因素太多而引起測(cè)試結(jié)果變異太大有關(guān)。林文弢等［30］也指出，尿液蛋白質(zhì)組學(xué)研究在體育科學(xué)中的應(yīng)用還需限定制定一個(gè)可行性的標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試方法。由于蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)與方法的難度較高，目前在運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)領(lǐng)域研究中的應(yīng)用仍為少見(jiàn)。但尿液生化指標(biāo)采樣方便、無(wú)損傷，可重復(fù)取材，不影響正常訓(xùn)練的進(jìn)行，比血液生化指標(biāo)能更敏感地反映機(jī)體產(chǎn)生應(yīng)激的程度［31］。我們相信隨著蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，尿液蛋白質(zhì)組學(xué)研究在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的應(yīng)用具有廣闊的前景。

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