江彥璋　高宇輝　王文婕　賈曉芳（山西醫(yī)科大學(xué)，山西太原　030001）

運(yùn)動(dòng)量與端粒的關(guān)系及其對(duì)壽命的影響

江彥璋高宇輝王文婕賈曉芳
（山西醫(yī)科大學(xué)，山西太原030001）

人類探索長(zhǎng)壽的腳步從未停止，端粒對(duì)壽命的影響成為學(xué)者們熱議的話題。端粒是真核生物染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu)，而端粒酶是由RNA和蛋白質(zhì)組成的核糖核酸-蛋白復(fù)合物，二者與壽命存在一定的關(guān)系。運(yùn)動(dòng)對(duì)人體骨骼肌細(xì)胞、白細(xì)胞和心肌細(xì)胞中的端粒都有影響。適量的運(yùn)動(dòng)能增加端粒酶活性，從而延緩端粒縮短，達(dá)到長(zhǎng)壽的目的。

端粒端粒酶運(yùn)動(dòng)壽命

1　運(yùn)動(dòng)與長(zhǎng)壽的流行病學(xué)的調(diào)查

流行病學(xué)資料顯示，適量的運(yùn)動(dòng)可以提高機(jī)體機(jī)能，增強(qiáng)人體免疫力，改善身體健康。芬蘭科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)對(duì)生物體衰老進(jìn)程的作用比基因的作用更大。高運(yùn)動(dòng)耐量的人可能具有更長(zhǎng)的端粒。高運(yùn)動(dòng)耐量的人比低運(yùn)動(dòng)量的人在生理方面年輕四歲，相同年齡的馬拉松運(yùn)動(dòng)員比一般個(gè)體要年輕十六歲。

2　端粒、端粒酶的結(jié)構(gòu)及壽命與二者的關(guān)系

2.1端粒的結(jié)構(gòu)

端粒是真核生物染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu)，實(shí)質(zhì)上是DNA的重復(fù)序列。當(dāng)細(xì)胞分裂一次，每條染色體的端粒就會(huì)變短一些，約50-200個(gè)核苷酸會(huì)因多次細(xì)胞分裂而不能達(dá)到完全復(fù)制，以至細(xì)胞不再分裂。DNA每復(fù)制一次，其子鏈就會(huì)縮短，每次縮短約50-200bp。因此，細(xì)胞分裂次數(shù)越多，其端粒磨損越多，細(xì)胞壽命越短，嚴(yán)重縮短的端粒是細(xì)胞老化的信號(hào)。目前，端粒的縮短作為細(xì)胞衰老的標(biāo)志已經(jīng)被大眾認(rèn)可。

2.2端粒酶

Blacburn與Greider在80年代首次在四膜蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)并鑒定出端粒酶的存在，它能特異性延長(zhǎng)四膜蟲(chóng)端粒末端。端粒酶是由RNA和蛋白質(zhì)組成的核糖核酸-蛋白復(fù)合物，是使端粒延伸的反轉(zhuǎn)錄DNA合成酶。在細(xì)胞中負(fù)責(zé)端粒的延長(zhǎng)，是基本的核蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶，可將端粒DNA加至真核細(xì)胞染色體末端。以RNA組分為模板，端粒3'末端為引物，在該種復(fù)合物的催化作用下合成端粒重復(fù)序列。

2.3二者與壽命的關(guān)系

端粒酶可延長(zhǎng)縮短的端粒，是端粒在保持染色體穩(wěn)定性和細(xì)胞活性的一個(gè)重要因素。目前認(rèn)為，端粒酶活性僅限于未成熟的細(xì)胞中；而大多數(shù)體細(xì)胞組織中端粒酶水平低，或者根本檢測(cè)不出來(lái)。端粒酶的激活能夠減慢在細(xì)胞分裂中端粒縮短的速度，延緩細(xì)胞衰老，甚至可使其無(wú)限增殖轉(zhuǎn)化為永生細(xì)胞。其實(shí)染色體能否進(jìn)行正常的復(fù)制與端粒的絕對(duì)長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，只有當(dāng)端粒縮短到“臨界長(zhǎng)度”時(shí)，衰老才會(huì)突然發(fā)生。從這個(gè)角度講，要達(dá)到延長(zhǎng)壽命的目的，我們應(yīng)盡最大可能延緩細(xì)胞端粒的縮短速度。

3　長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)對(duì)端粒長(zhǎng)度的影響

端粒長(zhǎng)度縮短進(jìn)程非常緩慢，試驗(yàn)員需耗費(fèi)多年時(shí)間才能觀察到其長(zhǎng)度變化。但在人體實(shí)施精準(zhǔn)條件控制型的長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)非常困難，所以大部分是利用免疫細(xì)胞DNA樣本庫(kù)進(jìn)行回顧性試驗(yàn)來(lái)探求人體端粒長(zhǎng)度與運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

人體免疫細(xì)胞中端粒長(zhǎng)度與運(yùn)動(dòng)有如下三種關(guān)系：正向關(guān)系，無(wú)關(guān)系，倒U關(guān)系。

3.1正向關(guān)系

諸多實(shí)驗(yàn)表明：運(yùn)動(dòng)量與端粒長(zhǎng)度呈正相關(guān)。Cherkas等［1］通過(guò)比較運(yùn)動(dòng)活躍群體與安靜群體的端粒長(zhǎng)度，證實(shí)這兩群體間的端粒長(zhǎng)度差相當(dāng)于十年的生物學(xué)年齡，即運(yùn)動(dòng)人群比安靜人群在生理上要年輕近十歲。在同等運(yùn)動(dòng)量的條件下，氧儲(chǔ)備能力高的人比氧儲(chǔ)備能力低的人有更長(zhǎng)的端粒。

3.2運(yùn)動(dòng)與端粒長(zhǎng)度無(wú)關(guān)

盡管這兩種人群的運(yùn)動(dòng)量有本質(zhì)的差異，Mathur等［2］通過(guò)比較年齡性別相同的馬拉松運(yùn)動(dòng)員與安靜群體，卻發(fā)現(xiàn)端粒的長(zhǎng)度與最高氧耗量以及運(yùn)動(dòng)量之間并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系?；蛟S因?yàn)闃?biāo)本人群的年齡、運(yùn)動(dòng)程度、端粒測(cè)量方式、以及其它不可控因素，如飲食習(xí)慣與心理狀態(tài)，均有可能使這些試驗(yàn)間缺乏可比性。

3.3倒U關(guān)系

少量研究表明，與大量運(yùn)動(dòng)以及安靜人群相比，適度運(yùn)動(dòng)的人具有更長(zhǎng)的端粒。Ludlow等設(shè)計(jì)了一組試驗(yàn)：在嚴(yán)格控制年齡、體重、性別的條件下，將50-70歲的人分為低運(yùn)動(dòng)量組（＜990kal/wk）、中等運(yùn)動(dòng)量組（991-2340kal/wk）、和高運(yùn)動(dòng)量組（3541kal/wk）。中等運(yùn)動(dòng)量組端粒的平均長(zhǎng)度高于其他兩組，而且端粒縮短的發(fā)生率更低。在單個(gè)細(xì)胞中，每條染色體末端的端粒長(zhǎng)度都不同，而最短的端粒長(zhǎng)度是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的決定因素。因此，最關(guān)鍵的問(wèn)題是控制大量細(xì)胞中最短端粒的長(zhǎng)度。不妨設(shè)想一下，未來(lái)我們也許可以通過(guò)改變最短端粒的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)控細(xì)胞的壽命。

4　運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體各種細(xì)胞端粒的影響

4.1運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼肌端粒的影響

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)骨骼肌端粒生理的影響十分復(fù)雜。一般來(lái)說(shuō)，參與運(yùn)動(dòng)的骨骼肌細(xì)胞易增殖，這種增殖與端粒的長(zhǎng)度有直接關(guān)系。耐力運(yùn)動(dòng)或重力抵抗運(yùn)動(dòng)等損傷性的運(yùn)動(dòng)易刺激肌纖維并使肌肉干細(xì)胞增殖，從而使端?？s短的速度加快。 Collins等通過(guò)比較接受同等運(yùn)動(dòng)量的同齡健康運(yùn)動(dòng)員和長(zhǎng)期過(guò)量訓(xùn)練而至肌疲乏癥的運(yùn)動(dòng)員發(fā)現(xiàn)：肌疲乏運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中表現(xiàn)得更易疲乏，耐受能力降低。這提示長(zhǎng)期過(guò)量運(yùn)動(dòng)使骨骼肌損傷的修復(fù)能力降低。通過(guò)分析，過(guò)量訓(xùn)練使運(yùn)動(dòng)員骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的增殖壓力增大，從而導(dǎo)致肌疲乏的運(yùn)動(dòng)員的端粒短于健康運(yùn)動(dòng)員的端粒。

4.2運(yùn)動(dòng)對(duì)白細(xì)胞端粒的影響

Werner等［3］研究了6個(gè)月的轉(zhuǎn)輪運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)C57bl/6小鼠白細(xì)胞中端粒長(zhǎng)度的影響。運(yùn)動(dòng)3周和6個(gè)月的小鼠的端粒長(zhǎng)度卻觀察不到明顯改變。但是通過(guò)觀察自然衰老18個(gè)月的安靜小鼠，卻在小鼠白細(xì)胞與左心室心肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)端粒長(zhǎng)度縮短。這些分析結(jié)果強(qiáng)調(diào)了長(zhǎng)時(shí)間的觀察研究在探究運(yùn)動(dòng)對(duì)小鼠端粒長(zhǎng)度影響的試驗(yàn)中也是必要的。

4.3運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌細(xì)胞端粒的影響Ludlow等［4］選取小鼠做了一個(gè)相似的試驗(yàn)。小鼠分三組，8周年齡的安靜組、1周歲的安靜組、一周歲并且做轉(zhuǎn)輪試驗(yàn)44周的運(yùn)動(dòng)組。分別觀察肝臟、心臟和骨骼肌組織中的端粒長(zhǎng)度，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)使肝臟與心臟中的端粒長(zhǎng)度縮短減緩。但是骨骼肌中的端粒長(zhǎng)度在運(yùn)動(dòng)小組中縮短發(fā)生最明顯。這些數(shù)據(jù)提示，運(yùn)動(dòng)不僅影響白細(xì)胞端粒的長(zhǎng)度，也對(duì)心肌、骨骼肌肝臟中的端粒長(zhǎng)度產(chǎn)生不同影響。這些組織特異性反應(yīng)可能與運(yùn)動(dòng)刺激使不同組織產(chǎn)生不同增殖需要相關(guān)，也有可能是與這些組織本身抗氧化能力差異性相關(guān)。

5　結(jié)語(yǔ)

隨著細(xì)胞的分裂，端粒逐漸變短，延緩端粒的縮短是延長(zhǎng)壽命的主要機(jī)制。其中，端粒酶活性增加能延緩端?？s短。適量的運(yùn)動(dòng)能增加端粒酶活性，從而延緩端粒縮短，達(dá)到長(zhǎng)壽的目的。

［1］L.F.Cherkas，J.L.Hunkin，B.S.Kato et al“Th association between physical activity in leisure time and leukocyte telomere length”Archives of Internal Medicine，vol 168，no.2， pp.154-158，2008.

［2］S.Mathur，A.Ardestani，B.Parker et al“Telomere length and cardiorespiratory finess in marathon runners”Journal of Investigative Medicine，vol.61，no.3，pp.613-615，2013.

［3］C.Werner，M.Hanhoun，T.Widmann et al，Effcts of physical exercise on myocardial telomere-regulating proteins，survival pathways，and apoptosis”Journal of the American College of Cardiology，vol.52，no.6，pp.470-482，2008.

［4］A.T.Ludlow，S.Witkowski，M.R.Marshall et al，“Chronic exercise modifis age-related telomere dynamics in a tissue specify fashion”Journals of Gerontology，vol.67，no.9，pp 911-926，2012.

江彥璋（1993—），男，江蘇海門人，山西醫(yī)科大學(xué)本科在讀，學(xué)生。