天然產(chǎn)物抗運(yùn)動(dòng)性疲勞活性的機(jī)制研究進(jìn)展

       隨著現(xiàn)代中藥研究的深入，中草藥中的活性化學(xué)成分逐漸明晰。研究表明，黃芪、高麗人參、鐵皮石斛等均具有顯著的抗運(yùn)動(dòng)性疲勞活性。此外，來(lái)源于食物的多種天然物質(zhì)，如小麥低聚肽、玉米胚肽、杏鮑菇多糖等也被證明具有一定的抗運(yùn)動(dòng)性疲勞活性。我國(guó)國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局頒布的《保健食品檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范實(shí)施手冊(cè)》中明確了抗疲勞保健食品的判定標(biāo)準(zhǔn)為"負(fù)重游泳實(shí)驗(yàn)結(jié)果陽(yáng)性，且血乳酸、血清尿素氮、肝糖原3項(xiàng)指標(biāo)中任意兩項(xiàng)陽(yáng)性，可判定該受試樣品具有緩解體力疲勞功能的作用。" 目前，天然物質(zhì)抗運(yùn)動(dòng)性疲勞活性的研究主要應(yīng)用大鼠、小鼠等動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，通過(guò)負(fù)重游泳實(shí)驗(yàn)、爬桿實(shí)驗(yàn)、前肢握力實(shí)驗(yàn)等耐力實(shí)驗(yàn)，結(jié)合血清中乳酸、血液中尿素氮（BUN）以及肝糖原含量等生理生化指標(biāo)分析進(jìn)行評(píng)價(jià)。

       針對(duì)運(yùn)動(dòng)性疲勞的產(chǎn)生機(jī)制（上篇），天然物質(zhì)的抗運(yùn)動(dòng)性疲勞活性的內(nèi)在機(jī)理主要包括抑制神經(jīng)遞質(zhì)的累積、增加機(jī)體能量物質(zhì)儲(chǔ)備、促進(jìn)脂肪供能、維持氧化還原穩(wěn)態(tài)、減少代謝物堆積和增強(qiáng)線粒體生物合成和修復(fù)線粒體損傷等。

       1、抑制神經(jīng)遞質(zhì)的累積

       大量研究表明，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中5-HT的濃度顯著升高加速了運(yùn)動(dòng)性疲勞的發(fā)生與發(fā)展。石菖蒲具有顯著的抗運(yùn)動(dòng)性疲勞活性，研究發(fā)現(xiàn)，膳食補(bǔ)充石菖蒲可以顯著下調(diào)色氨酸羥化酶-2(TPH2)、5-HT受體1B(5-HT1B)在mRNA和蛋白水平上的表達(dá)。TPH2是5-HT合成途徑中的限速酶，而5-HT1B可以抑制5-HT的合成和釋放。降低細(xì)胞內(nèi)TPH2的濃度以及提升細(xì)胞內(nèi)5-HT1B的濃度均可以抑制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中5-HT在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的累積，提升運(yùn)動(dòng)力竭時(shí)間。來(lái)源于三色馬先蒿的毛蕊花苷以及咖 啡因等物質(zhì)可以通過(guò)調(diào)節(jié)TPH2和5-HT1B的表達(dá)，降低中樞神經(jīng)系統(tǒng)中5-HT的濃度，延緩運(yùn)動(dòng)性疲勞。

       2、增加機(jī)體能量物質(zhì)儲(chǔ)備

       糖原在機(jī)體中主要儲(chǔ)存于肝臟和肌肉組織中，是機(jī)體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)活動(dòng)的主要能源物質(zhì)，提高機(jī)體內(nèi)肝臟、肌肉組織中的糖原濃度可以延緩因能量物質(zhì)耗竭引發(fā)的運(yùn)動(dòng)性疲勞。研究表明，膳食補(bǔ)充黃芪、紅景天、牛大力、牛樟菇等多種中草藥來(lái)源或食物來(lái)源的天然物質(zhì)均可以提高機(jī)體內(nèi)肝糖原、肌糖原的儲(chǔ)備量，改善運(yùn)動(dòng)性疲勞。

       在肌肉組織中，來(lái)源于血液中的葡萄糖以主動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞睫D(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)過(guò)多步酶促反應(yīng)最終合成糖原分子。葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(GLUTI)和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(GLUT4)負(fù)責(zé)高效地轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞。當(dāng)肌肉收縮消耗能量時(shí)，GLUT4會(huì)促進(jìn)大量血液中的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入肌肉組織。提高GLUT4的表達(dá)可以顯著提高細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖濃度，促進(jìn)糖原的合成。5'-腺嘌呤核苷酸蛋白激酶(AMPK)是機(jī)體能量代謝中的關(guān)鍵調(diào)控因子，其可以通過(guò)上調(diào)GLUT4的表達(dá)量，促進(jìn)葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)。研究發(fā)現(xiàn)，鳳尾菜的水溶性提取物可以顯著上調(diào)GLUT4和AMPK的表達(dá)，提高肝臟和肌肉中的糖原濃度，延長(zhǎng)大鼠的游泳力竭時(shí)間。杏鮑菇多糖可以顯著增加機(jī)體肝糖原與肌糖原的含量，黑靈芝多糖可以明顯提高小鼠負(fù)重游泳時(shí)長(zhǎng)，小鼠的肝糖原與肌糖原含量的有明顯升高。

       3、促進(jìn)脂肪供能

       一些天然活性物質(zhì)可以通過(guò)促進(jìn)脂肪分解供能，減少糖原的消耗，進(jìn)而延緩運(yùn)動(dòng)性疲勞。過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助活化因子1α(PGC-1α)是細(xì)胞內(nèi)葡萄糖和脂肪酸代謝的主要調(diào)控因子，一方面，其通過(guò)上調(diào)GLUTl和GLUT4的表達(dá)，促進(jìn)葡萄糖從血液進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)；另一方面，PGC-1α下調(diào)磷酸果糖激酶(PFK)的表達(dá)，抑制葡萄糖酵解，上調(diào)丙酮酸脫氫酶激酶4(PDK4)的表達(dá)，抑制丙酮酸脫氫酶(PDH)的活性，從而抑制葡萄糖氧化產(chǎn)能過(guò)程。PGC-1α同時(shí)促進(jìn)脂肪分解供能，其主要通過(guò)上調(diào)脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(FAT/CD36)、肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1(CPT-1)和中鏈乙酰CoA脫氫酶(MCAD)的表達(dá)，促進(jìn)長(zhǎng)鏈脂肪酸進(jìn)人線粒體內(nèi)進(jìn)行分解供能。研究發(fā)現(xiàn)，膳食補(bǔ)充蛹蟲(chóng)草可以提高脂肪酸的氧化供能效率，減少糖原的消耗。膳食補(bǔ)充2.70 mg/20 g～5.41 mg/20g禾蟲(chóng)的水溶性提取物可以顯著上調(diào)小鼠肝細(xì)胞和肌細(xì)胞中PGC-1α的表達(dá)，提高肝糖原和肌糖原的儲(chǔ)備量，延緩運(yùn)動(dòng)性疲勞。

       4、維持氧化還原穩(wěn)態(tài)

       在長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)體常出現(xiàn)氧化應(yīng)激癥狀。Nrf2是機(jī)體應(yīng)對(duì)氧化損傷的一種重要轉(zhuǎn)錄因子，大部分組織中均有表達(dá)。正常情況下，Nrf2與Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1（Keap1）和泛素連接酶Cullin 3在細(xì)胞質(zhì)中結(jié)合并不斷被降解；氧化應(yīng)激發(fā)生時(shí)，Nrf2脫離Keap1，向細(xì)胞核內(nèi)遷移，然后與核內(nèi)相關(guān)抗氧化基因的啟動(dòng)子如ARE結(jié)合后促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄及翻譯過(guò)程，從而產(chǎn)生抗氧化酶或蛋白，清除過(guò)量自由基，維持機(jī)體氧化還原穩(wěn)態(tài)。急性運(yùn)動(dòng)中Nrf2被激活，以此對(duì)抗運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)量的活性氧（ROS）；當(dāng)Nrf2被阻斷時(shí)，心肌對(duì)氧化應(yīng)激的敏感性增強(qiáng)，加快內(nèi)源性抗氧化劑GSH的耗盡，造成細(xì)胞、組織和器官產(chǎn)生更嚴(yán)重的氧化損傷。研究發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)4周1g/d～2g/d的高麗人參膳食補(bǔ)充后，受試者血液中ROS和丙二醛（MDA）濃度顯著下降。在0.3 g/kg和0.9 g/kg的牛樟菇菌絲膳食補(bǔ)充量下，可以顯著提升小鼠游泳力竭時(shí)間和奔跑力竭時(shí)問(wèn)，其機(jī)制與提升肌細(xì)胞和肝臟細(xì)胞中的GSH-Px和超氧化物歧化酶（SOD）濃度，降低肌細(xì)胞和肝細(xì)胞中的ROS濃度有關(guān)。

       5、減少代謝物堆積

       血液中乳酸、血液中尿素氮（BUN）濃度均是評(píng)價(jià)天然物質(zhì)抗運(yùn)動(dòng)性疲勞活性的常用指標(biāo)。乳酸是機(jī)體在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)糖酵解產(chǎn)生的，常被用于機(jī)體葡萄糖無(wú)氧代謝的標(biāo)志物。隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷不斷增加，肌肉組織和血液中的乳酸不斷增加。乳酸在肌肉組織和血液中的累積會(huì)降低pH值，從而降低糖原分解效率、影響人體骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián)過(guò)程等，造成運(yùn)動(dòng)性疲勞。機(jī)體內(nèi)氨濃度的升高會(huì)損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能，影響腦組織內(nèi)能量代謝和神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞，造成運(yùn)動(dòng)性疲勞。研究表明，多種天然物質(zhì)具有降低血乳酸、BUN濃度的活性。膨化谷物與蛹蟲(chóng)草混合物可以提高血清中總?cè)樗崦摎涿?LDH)的活性，從而顯著降低小鼠的血乳酸濃度。

       6、增強(qiáng)線粒體生物合成和修復(fù)線粒體損傷

       不管是在短期還是長(zhǎng)期的體力活動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)都會(huì)受到線粒體氧化磷酸化速率達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的滯后程度的影響，運(yùn)動(dòng)開(kāi)始的前幾分鐘以及運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的逐步增加過(guò)程中，氧化磷酸化速率需要一定的時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這一過(guò)程受到肌肉能量水平、可利用O2的多少以及代謝相關(guān)酶的激活的影響。其中，運(yùn)動(dòng)引起乙?；牟蛔闶窃斐裳趸x緩慢，運(yùn)動(dòng)耐力受限的因素之一。肉毒堿乙酰轉(zhuǎn)移酶（CrAT）是一種線粒體酶，調(diào)控乙酰輔酶A和乙酰肉堿的相互轉(zhuǎn)化以及肌肉能量的經(jīng)濟(jì)化利用， CrAT介導(dǎo)的緩沖線粒體內(nèi)乙酰基作用是優(yōu)化運(yùn)動(dòng)性能的關(guān)鍵因子。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠骨骼肌CrAT基因特異性敲除后，不管在中低強(qiáng)度和高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中小鼠運(yùn)動(dòng)能力相比于野生型小鼠顯著減弱、糖原消耗明顯增加、氧利用效率顯著降低。L-肉堿具有增強(qiáng)CrAT mRNA表達(dá)的作用，運(yùn)動(dòng)前正常小鼠補(bǔ)充L-肉堿有效延長(zhǎng)了跑臺(tái)力竭時(shí)間，而CrAT基因敲除的小鼠補(bǔ)充L-肉堿后，運(yùn)動(dòng)耐力不受影響。研究表明，中草藥來(lái)源的黃芪多糖、鐵皮石斛提取物和食物來(lái)源的楊梅黃酮、花青素、蘆丁、番茄紅素等天然物質(zhì)均具有增強(qiáng)線粒體生物合成和修復(fù)線粒體損傷的生物活性。楊梅黃酮可通過(guò)上調(diào)骨骼肌細(xì)胞中的PGC-1α，沉默信息調(diào)節(jié)因子-1(SIRT1)，核呼吸因子-1(NRF-1)和AMPK，促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞中線粒體的生物合成，從而實(shí)現(xiàn)抗運(yùn)動(dòng)性疲勞。

       參考資料

       [1]倪冰倩，李秀婷，張成楠等.天然物質(zhì)抗運(yùn)動(dòng)性疲勞活性分子機(jī)理的研究進(jìn)展[J].食品研究與開(kāi)發(fā)，2023，44(10):208-214.

       [2]陳慧，馬璇，曹麗行等.運(yùn)動(dòng)疲勞機(jī)制及食源性抗疲勞活性成分研究進(jìn)展[J].食品科學(xué)，2020，41(11):247-258.

       作者簡(jiǎn)介：小泥沙，食品科技工作者，食品科學(xué)碩士，現(xiàn)就職于國(guó)內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事?tīng)I(yíng)養(yǎng)食品的開(kāi)發(fā)與研究。