关于虾青素抑制运动性氧化损伤的研究

吴丽君，王 僮

前言

习近平主席在党的十九届全国人民代表大会上指出全民健身的重要性，呼吁全国人民参与到运动中去。适量的运动会增强机体免疫力，预防疾病发生，但运动过度常常导致组织及细胞氧化损伤。因此，针对时常大强度训练的运动员，寻求最佳运动方式和外源性抗氧化剂补充是极其重要的。其中运动领域关于超强抗氧化剂虾青素的研究也是一大热点。本文对虾青素抑制运动性氧化损伤作用进行综述与总结，为虾青素作为抗氧化补充剂应用于运动领域提供理论依据。

1 虾青素的介绍及作用

虾青素(Astaxantion)是广泛存在于虾、蟹、藻类等海洋生物及鸟类羽毛中的脂溶性类胡萝卜素，常被用作营养补充剂，抗氧化剂和抗癌剂，主要获取方式为生物提取和人工合成。它的分子结构中含有共轭双键链，且其末端具有不饱和的酮基和羟基基团，通过吸引自由基或提供给自由基电子来清除自由基。作为天然抗炎的抗氧化剂之一的虾青素，是类胡萝卜素合成的最高级别产物，而β-胡萝卜素、叶黄素、角黄素、番茄红素等都是类胡萝卜素合成的中间产物。因此，虾青素清除氧自由基及防止脂质自氧化的能力是维生素C的6000倍，辅酶Q10的800倍，维生素E的550倍，多酚的200倍，花青素的150倍，β-胡萝卜素的10倍[1, 2]。关于虾青素的安全问题，它在1987年被美国食品和药品监督管理局批准可用于水产养殖业的饲料添加剂，并于1999年被批准用于膳食补充剂[3]。石丽丽等[4]研究采用急性毒性试验、遗传毒性试验、大鼠30天喂养试验等毒理学评价方法得出虾青素急性毒性分级属无毒级，无遗传毒性，大鼠30天喂养试验各项指标也均未见明显毒性反应。彭亮[5]研究也表明服用虾青素后的人体各项安全性指标均在正常范围内。

基于文献研究，虾青素在体外和体内模型中都显示出潜在的生物活性，对动物和人类代谢有一定有益作用。它是唯一能通过血脑屏障的类胡萝卜素，可以维持中枢神经系统的健康，阻止视网膜氧化，对黄斑变性也有很好的防治作用[6]。除此之外，虾青素还可以调节免疫反应[7]，抗炎抗感染，调节肝脂代谢[8]，预防肿瘤、心血管疾病[9]、糖尿病等慢性病的发生且延缓其发展。在运动方面，它还能够减轻运动性缺血再灌注损伤，防止继发性器官损伤，延缓运动性疲劳[10]，进而提高运动能力。

2 运动与氧化应激

生物体利用氧气产生能量的同时会产生自由基，正常情况下，自由基参与合成胶原蛋白、调控基因表达、提高杀菌能力等；但当内外源性刺激使机体氧化生成自由基与抗氧化防御之间严重失衡时，将会导致组织及细胞氧化损伤，这就称之为氧化应激。人体在剧烈运动中会产生一系列含氧或含氮自由基及其衍生物，主要诱发氧化应激的为活性氧(ROS)，包括超氧阴离子自由基、羟自由基、过氧化氢、单线态氧等。线粒体进行有氧呼吸时，小部分氧被还原成超氧阴离子[11]；大强度运动中的缺氧与运动后缺血组织的血液再灌注也会加速ROS的产生。氧化应激还参与各种疾病的发生与发展，如糖尿病、动脉粥样硬化、肿瘤及口腔颌面部疾病[12]等，在体育运动中，大量自由基产生与蓄积也是造成运动性疲劳、运动性贫血、肌肉的延迟性酸痛与运动损伤的重要因素。机体内关于氧化应激的标记物主要包括脂质过氧化反应标记物丙二醛(MDA)，DNA氧化应激损伤标记物8-羟基-2’-脱氧鸟苷(8-OHdG)[13]，以及相关抗氧化酶和生物分子如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽(GSH)与谷胱甘肽转移酶(GSH-Px)等。这些生物标记物对于运动人体内氧化应激水平及机能状态的评价具有重要意义。有许多研究表明游泳疲劳大鼠体内活性氧生成增加，血浆中与氧化应激密切相关的酶和生物分子发生了较大程度的改变，总体表现SOD、GSH-Px活力降低，GSH水平下降，MDA含量升高，这些因素综合作用，导致引起氧化损伤，从而造成机体疲劳[14, 15]。

3 虾青素与运动

3.1 增加抗氧化酶活性和蛋白质表达

虾青素具有淬灭单线态氧，清除自由基的功能，主要是通过增加氧化应激反应中抗氧化酶的活性和蛋白表达来发挥作用。研究表明，补充天然虾青素或游泳运动能够提高骨骼肌组织的抗氧化性，抑制骨骼肌脂质过氧化，有效减少其自由基损伤。二者结合大大提高力竭运动血液和骨骼肌中各抗氧化指标的活性，减少自由基的生成，保护机体免受自由基损伤[16]。Polotow等[17]研究表明45天1mg d-1补充虾青素大鼠比目鱼肌中SOD活性增加，还增加了运动期间GSH含量，限制氧化应激和延迟疲劳时间。虾青素还能抑制运动后小鼠肝脏及血液中氧化代谢产物MDA的产生，增强抗氧化酶SOD，GSH—Px的活性[10]，说明在剧烈运动引起的氧化应激情况下，天然虾青素具有对抗自由基产生并加速自由基的清除的作用，显示出卓越的抗氧化功效。

3.2 清除或转化代谢产物

机体运动期间会产生多种代谢产物，影响细胞内环境，加速疲劳的产生。吴丽君[18]研究表明虾青素补充可预先降低机体在安静状态下的乳酸含量，可抑制由急性大强度运动导致的乳酸生成，可加速运动后机体内乳酸的清除，还可减缓运动后1h机体血尿酸升高的幅度。Mayumi等[19]研究表明小鼠虾青素补充后血乳酸浓度下降，运动能力提高。说明虾青素可清除或转化运动产生的代谢产物，维持细胞内环境稳态。

3.3 保护细胞膜功能和结构完整性

虾青素可清除自由基，使细胞膜或线粒体膜免受氧化损伤，提高细胞间平衡能力，维持细胞正常功能。研究表明，通过X射线衍射分析得出虾青素可以保留膜结构完整性并表现出显著的抗氧化活性，并且使由膜结构变化产生的脂质氢过氧化物水平降低40%[20]。沈宁[21]研究表明长期递增负荷训练使骨骼肌细胞膜结构和功能的完整性遭到了破坏，主要表现为血清乳酸脱氢酶(LDH)和肌酸激酶(CK)浓度的增加，而补充天然虾青素显著降低了长期递增负荷训练大鼠血清的LDH、CK浓度，保护了运动机体骨骼肌的细胞膜功能和结构完整性。

3.4 抑制炎症反应

在机体中，虾青素可在粘膜免疫功能受损或氧化应激和炎症增加的情况下进行生理调节。Baralic[22]研究表明补充虾青素可显著降低血浆LDH与CK水平，同时通过减少训练诱导的血清C反应蛋白和总白细胞和中性粒细胞计数的增加而发挥第二抗炎作用，表明服用虾青素的受试者的全身炎症反应明显减弱。周海涛等[23]研究表明补充虾青素可以有效地抑制肾组织中炎症因子表达从而减轻过度训练诱导的运动性肾脏缺血再灌注发生时肾脏组织基因TGF-βl的表达，维护细胞外基质的动态平衡，延缓或避免对肾脏的损伤。Aoi[24]研究表明在速度为28 m·min-1跑台力竭运动后24小时，补充虾青素组分别降低了大鼠腓肠肌与心肌中髓过氧化物酶(MPO)50%和33%的活性，显著降低血浆CK活性。由于MPO和CK是继发性中性粒细胞浸润和肌肉损伤的标志物，这也表明虾青素减弱了力竭运动后的炎性损伤反应。

4 结论

大量研究表明，虾青素在运动领域发挥着强大的抗氧化作用，可通过增加抗氧化酶活性和蛋白质表达，清除或转化代谢产物，保护细胞膜功能和结构完整性，抑制炎症反应等方面抑制运动性氧化损伤，预防运动性疾病发生，进而提高运动能力。