現(xiàn)代生物技術(shù)在競(jìng)技體育領(lǐng)域中的應(yīng)用與展望

摘要：現(xiàn)代生物技術(shù)是在分子生物學(xué)基礎(chǔ)上建立的創(chuàng)建新的生物類型或新生理機(jī)能的實(shí)用技術(shù)，是現(xiàn)代生物科學(xué)和工程技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。在查閱大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，該文對(duì)現(xiàn)代生物技術(shù)在競(jìng)技體育領(lǐng)域中的應(yīng)用前景進(jìn)行了綜述和分析，旨在促進(jìn)現(xiàn)代生物技術(shù)與體育生物學(xué)進(jìn)一步結(jié)合，推動(dòng)我國(guó)競(jìng)技體育的快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代生物技術(shù)；競(jìng)技體育；應(yīng)用；展望

中圖分類號(hào)：G80-05文章編號(hào)：1009-783X(2007)02-0035-04文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2006-07-10

作者簡(jiǎn)介：張?jiān)~俠（1980-），女，河南人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)與保健；吳紀(jì)饒(1947-)，男，湖南人，教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)性疲勞與恢復(fù)過(guò)程；王志峰（1981-），男，河南人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生物化學(xué)與營(yíng)養(yǎng)學(xué)。

作者單位：1.江西師范大學(xué)體育學(xué)院，江西南昌330027；2.陜西師范大學(xué)體育學(xué)院，陜西西安710062

現(xiàn)代生物技術(shù)是以生命科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物體的特性和功能，設(shè)計(jì)構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品系，并與工程技術(shù)相結(jié)合，利用這樣新物種（新品系）進(jìn)行加工生產(chǎn)，為社會(huì)提供商品和服務(wù)的一個(gè)綜合性的技術(shù)體系^［1］。隨著人類基因譜的解密和基因重組等分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代生物技術(shù)涉及的內(nèi)容越來(lái)越多，它在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

1現(xiàn)代生物技術(shù)

現(xiàn)代科學(xué)證實(shí)：人類所有疾病都能在基因水平上找到原因，遺傳診斷、遺傳修飾和基因治療已成為現(xiàn)實(shí)。一些以現(xiàn)代生物技術(shù)為核心的新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，如基因工程疫苗、細(xì)胞因子、EPO、干擾素等。由細(xì)胞工程和基因工程的應(yīng)用而產(chǎn)生的細(xì)胞移植和基因治療技術(shù)在臨床上已獲得推廣，如細(xì)胞移植技術(shù)用于骨髓移植治療白血病、淋巴病、免疫缺陷、再生障礙性貧血及放療化療后的腫瘤病人等，基因治療已由治療單基因缺陷的遺傳病，擴(kuò)展到治療非單基因遺傳病，如艾滋病、心臟病、癌癥、心血管病、糖尿病、肥胖癥、血液替代品的開發(fā)、器官移植等。熒火抗體法、化學(xué)發(fā)光免疫檢測(cè)技術(shù)，DNA探針、PCR技術(shù)等先進(jìn)分子生物學(xué)檢測(cè)技術(shù)的建立，也大大提高了診斷方法的敏感性和特異性，促進(jìn)了診斷技術(shù)的發(fā)展等。

在體育科學(xué)領(lǐng)域，現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用已初見(jiàn)端倪，并顯示其深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。學(xué)者們?cè)?jīng)應(yīng)用生物科學(xué)中的神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫網(wǎng)絡(luò)、氧化應(yīng)激、自由基、細(xì)胞凋亡等理論，取得大量的指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)實(shí)踐的研究成果。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用與推廣，體育科學(xué)研究的思路和方法出現(xiàn)了新的突破。如微創(chuàng)技術(shù)、基因治療、CT、超聲和核素掃描等技術(shù)開始在運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷治療及診斷中發(fā)揮作用；血尿常規(guī)快速檢測(cè)、同位素技術(shù)、生物芯片、分子生物學(xué)技術(shù)等被廣泛用于科學(xué)選材、機(jī)能評(píng)定、運(yùn)動(dòng)性疲勞診斷和消除；利用基因芯片技術(shù)研究中藥，加速了中藥有效成分的篩選和多靶點(diǎn)作用機(jī)制的闡明；數(shù)字化人體技術(shù)與體育保健針灸學(xué)結(jié)合，促進(jìn)了中醫(yī)中藥走向世界；蛋白質(zhì)組技術(shù)在運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)中的應(yīng)用，使現(xiàn)代生物技術(shù)在競(jìng)技體育的應(yīng)用發(fā)揮越來(lái)越大的作用。本文通過(guò)文獻(xiàn)的研究與分析，擬闡明現(xiàn)代生物技術(shù)在競(jìng)技體育領(lǐng)域中的應(yīng)用及其前景。

2現(xiàn)代生物技術(shù)在競(jìng)技體育領(lǐng)域中的應(yīng)用及其前景

2.1現(xiàn)代生物技術(shù)與運(yùn)動(dòng)員的科學(xué)選材

現(xiàn)代生物技術(shù)研究認(rèn)為人類許多基因存在著多態(tài)性，這就為基因選材提供了理論基礎(chǔ)。例如，ACE(血管緊張素轉(zhuǎn)化酶基因)是基因多態(tài)性研究最多的基因。研究提示^［4］，ACEⅠ型基因與杰出有氧耐力可能有關(guān)。另外，ADRA2A基因（腎上腺素能受體基因）是另一個(gè)與有氧耐力可能相關(guān)的基因，有研究表明訓(xùn)練引起的脂肪水解的變化主要由相關(guān)基因決定，脂肪水解供能是耐力運(yùn)動(dòng)的重要能量來(lái)源，而腎上腺素能受體基因可能通過(guò)調(diào)控ADRA2A與兒茶酚胺的結(jié)合位點(diǎn)發(fā)揮作用，因此ADRA2A有望成為杰出耐力的速傳標(biāo)記^［5］。常蕓^［6］、于長(zhǎng)隆^［7］研究指出，mtDNA高變區(qū)Ⅰ序列多態(tài)性在運(yùn)動(dòng)能力遺傳標(biāo)記的篩選上具有良好的應(yīng)用前景。他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)mtDNA高變區(qū)ISNPs位點(diǎn)16362，16085和16297決定了個(gè)體有氧耐力水平及其對(duì)訓(xùn)練的高敏感性，可能成為人類運(yùn)動(dòng)能力的遺傳標(biāo)記，它們對(duì)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)耐力選材以及培養(yǎng)有十分重要的意義。研究^［8］還發(fā)現(xiàn)PGC-1α基因的Gly482Ser（外顯子G156A）多態(tài)性與體育活動(dòng)的能量消耗和VO2max之間存在關(guān)聯(lián)，檢測(cè)該基因可能是影響杰出耐力表型的侯選基因之一。此外，PPARα基因的多態(tài)性可能與個(gè)體的耐力有關(guān)，有希望成為耐力運(yùn)動(dòng)員選材的基因標(biāo)記。Yalda(2001)研究了144名英國(guó)新兵訓(xùn)練前后左心室增生與PPARα基因的多態(tài)性關(guān)系，證實(shí)PPARα調(diào)節(jié)了運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練導(dǎo)致左心室肥大的作用。有研究還證明PPARа基因第7內(nèi)含子G/C多態(tài)，PPARδ基因第4外顯子（169803處）C/T多態(tài)與個(gè)體的脂代謝特點(diǎn)有關(guān)。美國(guó)和韓國(guó)的研究人員通過(guò)基因技術(shù)將PPARδ基因植入大鼠體內(nèi)，將普通實(shí)驗(yàn)鼠改造成了耐力大增的“馬拉松鼠”，其運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間是普通實(shí)驗(yàn)鼠的3倍^［9］。有研究發(fā)現(xiàn)^［10］，游泳項(xiàng)目中具有II基因型或I等位基因型的運(yùn)動(dòng)員，賽艇項(xiàng)目中具有ID基因型或I等位基因的運(yùn)動(dòng)員，可能屬于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練敏感的高反應(yīng)群體，經(jīng)過(guò)多年系統(tǒng)科學(xué)的訓(xùn)練，是成為優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的可能，ACE基因I/D多態(tài)性可作為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和選材中的高敏感的非常重要的遺傳標(biāo)記之一。

對(duì)與速度相關(guān)的基因多態(tài)性研究表明，ACTN是肌動(dòng)蛋白的結(jié)合蛋白，在骨骼肌中主要分布于Z線，類似致密體，幫助定位肌原纖維肌動(dòng)蛋白微絲。Yang（2003）研究發(fā)現(xiàn)^［11］577R可以作為短跑運(yùn)動(dòng)員基因選材指標(biāo)。

與力量相關(guān)的基因多態(tài)性研究發(fā)現(xiàn)，ACTN3基因型與女性力量訓(xùn)練的敏感性相關(guān)。在對(duì)澳大利亞優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的研究中證實(shí)，ACTN3基因R557X基因型與運(yùn)動(dòng)能力有關(guān)。速度型表現(xiàn)與577R等位基因相關(guān)，耐力性表現(xiàn)與577X等位基因相關(guān)。ACTN3基因R557X多態(tài)性是否與力量訓(xùn)練的敏感性相關(guān)？針對(duì)這一問(wèn)題，Clarkson等人讓247名男性和355名女性進(jìn)行了為期12周的非優(yōu)秀選手肘關(guān)節(jié)屈伸抗阻訓(xùn)練。研究發(fā)現(xiàn)，男性的ACTN3基因R557X多態(tài)性與肌肉力量大小不相關(guān)。女性在按體重和年齡分組后，ACTN3基因R557X為純合型XX的人群在訓(xùn)練前的最大等長(zhǎng)力量顯著低于雜合型RX（P<0.05）。但在力量訓(xùn)練后，純合型XX的女性表現(xiàn)出比RR型有更大的絕對(duì)和相對(duì)力量的增長(zhǎng)（P<0.05）。基因效應(yīng)的變異分析顯示，大約2%的訓(xùn)練前的最大等長(zhǎng)力量以及訓(xùn)練后的最大力量增長(zhǎng)可歸因于ACTN3基因，提示ACTN3基因可作為影響肌肉表現(xiàn)和訓(xùn)練敏感性的眾多基因之一^［12］。有研究發(fā)現(xiàn)，與力量相關(guān)的基因多態(tài)性研究中，主要有GEUSENS（1997）對(duì)VDR基因（2912-914）多態(tài)與肋力的關(guān)系進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，在體重指數(shù)（BMI）〈30KG/平方米的人群中，bb型個(gè)體握力要比BB型高7%，bb型股四頭肌力量比BB型高23%。SEIBERT（2001）對(duì)GDF8的K153R多態(tài)與肌肉力量的維持進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)骨骼肌纖維中存在大量的CNTF受體，表明CNTF對(duì)神經(jīng)纖維、骨骼肌纖維的生長(zhǎng)發(fā)育及功能起到了營(yíng)養(yǎng)調(diào)節(jié)作用。實(shí)驗(yàn)證明CNTF可以通過(guò)增加神經(jīng)肌肉接點(diǎn)處末梢神經(jīng)纖維和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元數(shù)量，肌纖維蛋白質(zhì)合成，以及肌纖維數(shù)量和面積來(lái)促進(jìn)骨骼肌的生長(zhǎng)發(fā)育，提高骨骼肌的機(jī)能。CNTF基因多態(tài)性與骨骼肌和爆發(fā)力明顯大于多態(tài)為G/G和A/A的人，提示可以用CNTF基因多態(tài)性標(biāo)記預(yù)測(cè)骨骼肌的運(yùn)動(dòng)潛能。

上述研究結(jié)果表明，人類基因組中有某些與人類運(yùn)動(dòng)能力密切相關(guān)的基因，其多態(tài)性的差異是造成運(yùn)動(dòng)能力和訓(xùn)練效果巨大個(gè)體差異的原因。基因領(lǐng)域的研究，有可能為人類進(jìn)行有效的基因選材提供了理論基礎(chǔ)，也為提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)提供了事半功倍的方法。通過(guò)對(duì)每一項(xiàng)目?jī)?yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的基因資料的分析，找出該項(xiàng)目的優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的特征基因，在選材時(shí)就可以選出好的苗子，以提高運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的效率。還可以通過(guò)與世界優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的基因組資料的比較，找出我國(guó)的優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目，針對(duì)性地進(jìn)行訓(xùn)練，最大限度地提高訓(xùn)練效果。田振軍^［13］指出通過(guò)收集世界優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的基因組資料，對(duì)這些資料進(jìn)行建庫(kù)，并輸入數(shù)字化虛擬人體數(shù)據(jù)庫(kù)，利用計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)與臨床解剖學(xué)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人體從微觀到客觀的結(jié)構(gòu)和機(jī)能的數(shù)字化可視化，完整地描繪基因、蛋白質(zhì)、細(xì)胞、組織、器官與整體的形態(tài)與功能，最終達(dá)到人體信息的整體精確模擬。當(dāng)數(shù)字化人體具有一般生理人的蛋白質(zhì)、細(xì)胞、組織、器官的形態(tài)與功能及基因的表達(dá)特征，也許我們可以利用數(shù)字化模擬人體了解人類運(yùn)動(dòng)究竟有沒(méi)有極限。在數(shù)字化模擬人體上建立體育選材數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)不同年齡階段，把青少年運(yùn)動(dòng)員的身體形態(tài)學(xué)特征與運(yùn)動(dòng)能力的數(shù)量性狀指標(biāo)，如HB含量，肺活量，最大吸氧量，肌肉的橫截面積，肌纖維的數(shù)量，基因的表達(dá)及調(diào)控特性等輸入計(jì)算機(jī)，便能顯出該運(yùn)動(dòng)員所能取得成績(jī)的最大極限和適合的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，選拔具有潛在運(yùn)動(dòng)才能的運(yùn)動(dòng)員。

2.2現(xiàn)代生物技術(shù)與個(gè)性化運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練計(jì)劃的制定

個(gè)性化運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練計(jì)劃就是根據(jù)各個(gè)特定對(duì)象的個(gè)體解剖和生理特點(diǎn)確定運(yùn)動(dòng)負(fù)荷量與強(qiáng)度及動(dòng)作方式，以使運(yùn)動(dòng)發(fā)揮最理想，運(yùn)動(dòng)成績(jī)最佳，運(yùn)動(dòng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)最小化的計(jì)劃方法。目前，隨著分子生物學(xué)和生物信息學(xué)的快速發(fā)展，怎樣基于個(gè)體的遺傳背景選擇合理的強(qiáng)度與量，用現(xiàn)代生物技術(shù)制定用于提高運(yùn)動(dòng)員成績(jī)個(gè)性化訓(xùn)練計(jì)劃成為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練科學(xué)化的一個(gè)重要內(nèi)容。科技發(fā)展表明：運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練效果存在著極大的個(gè)體差異，而這是由遺傳因素造成的，與基因多態(tài)性相關(guān)。基因多態(tài)性研究有助于我們了解個(gè)體對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和鍛煉的適應(yīng)能力，制定個(gè)性化運(yùn)動(dòng)處方，使其更具科學(xué)性。Montgomery(1999)比較了78名士兵進(jìn)行10周體能訓(xùn)練后ACE基因多態(tài)性與訓(xùn)練效果的關(guān)系，結(jié)果顯示，ACE為Ⅱ型的人訓(xùn)練效果最明顯，對(duì)訓(xùn)練的敏感度比DD型高11位。張培珍^［14］研究了載脂蛋白基因-apoB100基因的多態(tài)性對(duì)運(yùn)動(dòng)治療血脂異常的效果。研究發(fā)現(xiàn)，體育鍛煉對(duì)HDL-C的改善可能與不同的基因型有關(guān)：XbaI位點(diǎn)X2X1基因型和EcoRI位點(diǎn)E2E2基因型血脂異常患者對(duì)走和跑鍛煉敏感，而X1X1基因型和E2E1基因型（包括E1E1基因型）血脂異常患者對(duì)走和跑鍛煉不敏感^［12］。當(dāng)不敏感的X1X1基因型和敏感的E2E2基因型同時(shí)存在時(shí)，走和跑鍛煉仍能夠引起血清HDL-C的改善，并以低強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間走和跑鍛煉的效果最為明顯，而當(dāng)不敏感X1X1基因型和E2E1基因型同時(shí)存在時(shí)，走和跑鍛煉不能引起血脂患者HDL-C的顯著改善。表明載脂蛋白基因-apoB100基因的XbaⅠ和EcoRI多態(tài)性對(duì)走和跑鍛煉調(diào)節(jié)血脂異常的效果有影響。因此，在日常鍛煉時(shí)可考慮人群的基因多態(tài)性，制定出個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)處方。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練中，技術(shù)形成與運(yùn)動(dòng)能力提高都有制定的最佳運(yùn)動(dòng)感應(yīng)閾，還需要安排和分布在不同的訓(xùn)練狀態(tài)與過(guò)程中，同時(shí)應(yīng)建立不造成運(yùn)動(dòng)員機(jī)體損傷，所能承受的載荷極限指標(biāo)系。而這些也需要運(yùn)動(dòng)生理學(xué)，運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)技術(shù)與生物芯片技術(shù)相結(jié)合加以分析與解決，為運(yùn)動(dòng)員創(chuàng)造優(yōu)異成績(jī)而奠定基礎(chǔ)。

2.3現(xiàn)代生物技術(shù)與運(yùn)動(dòng)員身體技能和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的評(píng)價(jià)

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)代生物技術(shù)的不斷完善，各種先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)的建立，使人類基因組計(jì)劃已經(jīng)提前完成，人類從基因定位和測(cè)序的研究進(jìn)入了基因組時(shí)代和后基因組時(shí)代研究。人類將會(huì)全面認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)引起機(jī)體產(chǎn)生適應(yīng)性變化的基因調(diào)節(jié)機(jī)制，就可以通過(guò)現(xiàn)代生物技術(shù)方法對(duì)運(yùn)動(dòng)員疲勞，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的適應(yīng)性及其免疫功能進(jìn)行基因轉(zhuǎn)錄水平上的診斷，可以較早地了解運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的技能變化。生物芯片技術(shù)將迅速成為研究運(yùn)動(dòng)生命科學(xué)強(qiáng)有力的工具，我們可以通過(guò)cDNA技術(shù)從分子水平上了解運(yùn)動(dòng)性疲勞產(chǎn)生的規(guī)律，制作成用于預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)員過(guò)度疲勞的基因芯片，對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練具有較好的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，隨著功能基因研究的深入，人體內(nèi)有可能發(fā)現(xiàn)“疲勞基因”，筆者提出疲勞基因控制論假設(shè)，“疲勞基因”調(diào)控人體的機(jī)能狀態(tài)，我們可以對(duì)疲勞基因的調(diào)控，來(lái)延緩和消除運(yùn)動(dòng)性疲勞，提高運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技運(yùn)動(dòng)能力。美國(guó)學(xué)者TuomoR等人在MedicineandScienceSportsandExercise雜志上“2004年特別報(bào)告”中撰文與運(yùn)動(dòng)能力和體質(zhì)相關(guān)的人類基因圖譜最新研究進(jìn)展，對(duì)2004年以前與運(yùn)動(dòng)能力和體質(zhì)相關(guān)的人類基因研究進(jìn)行了綜述。TuomoR對(duì)染色體相關(guān)基因研究進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)果表明，與2002年運(yùn)動(dòng)能力和體質(zhì)相關(guān)的人類基因圖譜上又新添了19個(gè)相關(guān)位點(diǎn)。他還對(duì)線粒體DNA相關(guān)研究進(jìn)行了總結(jié)，研究證實(shí)在線粒體DNA上確定有一些與運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)的基因位點(diǎn)。同時(shí)列舉了與運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)的基因名，基因定位及常用的綜合符號(hào)，為研究遺傳在健康和運(yùn)動(dòng)能力中的作用及影響人類基因變異的學(xué)者們提供參考^［15］。陳佩杰（2006）^［16］研究中指出，應(yīng)用實(shí)時(shí)定量PCR方法檢測(cè)25名健康運(yùn)動(dòng)員生理狀態(tài)下外周血白細(xì)胞IFN-r、IL-2、IL-4和IL-10mRNA的表達(dá)，生理狀態(tài)下外周血白細(xì)胞IFN-r、IL-2、IL-4和IL-10基因表達(dá)進(jìn)行絕對(duì)定量的熒光PCR技術(shù)方法，從分子水平為檢測(cè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中細(xì)胞因子的改變，評(píng)估運(yùn)動(dòng)員免疫機(jī)能狀態(tài)提供了簡(jiǎn)易和準(zhǔn)確的檢測(cè)手段。在運(yùn)動(dòng)員的身體評(píng)定和訓(xùn)練監(jiān)控的研究中，生物芯片技術(shù)的應(yīng)用將使血紅蛋白、睪酮和CK等指標(biāo)的檢測(cè)更加快速簡(jiǎn)便和準(zhǔn)確。

2.4現(xiàn)代生物技術(shù)與運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑的研究開發(fā)

運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑的研發(fā)一直是競(jìng)技體育研究的一個(gè)熱點(diǎn)。而運(yùn)動(dòng)員使用國(guó)際奧委會(huì)非禁用的營(yíng)養(yǎng)素和特殊保健品作為提高運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和體力恢復(fù)的手段已十分普遍。隨著基因工程和生物芯片技術(shù)的發(fā)展，在營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑的研究中，利用人類基因組的研究成果，可以設(shè)計(jì)出更加有效的補(bǔ)劑配方，更好地發(fā)揮營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑的生物活性，提高運(yùn)動(dòng)能力，促進(jìn)運(yùn)動(dòng)疲勞的恢復(fù)以及保證運(yùn)動(dòng)員的身體健康。對(duì)蛋白質(zhì)的研究有助于了解到運(yùn)動(dòng)對(duì)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)和功能的影響，采用人工手段干預(yù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能達(dá)到提高運(yùn)動(dòng)能力的目的。而轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以改造營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使之更符合運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)藥物的創(chuàng)新^［17］。研究表明通過(guò)納米技術(shù)與組織芯片技術(shù)的結(jié)合，成功地研制了納米硒^［18］。還有在美國(guó)日本歐洲深入的開展了從基因水平上對(duì)天然藥材的研究，利用細(xì)胞工程、基因工程、組織芯片技術(shù)來(lái)開發(fā)稀缺的生物活性強(qiáng)的保健品和營(yíng)養(yǎng)素，用于消除運(yùn)動(dòng)性疲勞，提高機(jī)體的免疫能力，改善運(yùn)動(dòng)能力。朱梅菊^［19］等研究結(jié)果顯示：螺旋藻復(fù)方有效部位配方對(duì)慢性運(yùn)動(dòng)性疲勞SD大鼠的腦組織基因表達(dá)具有多方面的調(diào)控作用，從分子水平上解釋了它的抗中樞疲勞的藥理機(jī)制。反映中藥對(duì)機(jī)體的整體功能狀態(tài)的調(diào)節(jié)，為闡述中藥作用機(jī)制提供了新思路，同時(shí)說(shuō)明利用基因芯片技術(shù)研究中藥將會(huì)大大加速中藥有效成分的篩選并闡明其多靶點(diǎn)作用機(jī)制，促進(jìn)中藥走向世界。同時(shí)我們也可以利用蛋白質(zhì)組研究成果，開發(fā)更為有效的補(bǔ)劑配方，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。并根據(jù)不同個(gè)體的具體情況，設(shè)計(jì)適合于不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、不同個(gè)體的運(yùn)動(dòng)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)“營(yíng)養(yǎng)金字塔”方案，進(jìn)而達(dá)到提高運(yùn)動(dòng)能力的目的^［20］。

2.5現(xiàn)代生物技術(shù)與運(yùn)動(dòng)性疲勞的診斷與預(yù)防

對(duì)運(yùn)動(dòng)性疲勞的基因診斷上，目前已分離出了三種基因：14號(hào)染色體的β-MHC基因，15號(hào)染色體的α-原肌凝蛋白基因，1號(hào)染色體的心肌鈣蛋白T基因等，與肥大性心肌病造成的運(yùn)動(dòng)性猝死相關(guān)^［21］。當(dāng)β-MHC發(fā)生突變時(shí)，如Arg403Glu、Arg453Cys、Arg719Trp，常伴有高發(fā)病率的突然死亡。因?yàn)榇蠖鄶?shù)肥大性心肌病在青春期或之后表達(dá)出型，因此通過(guò)基因多態(tài)性分析可以做出早期診斷，從遺傳學(xué)角度建議易感個(gè)體避免參加對(duì)抗性運(yùn)動(dòng)，以防運(yùn)動(dòng)性猝死的發(fā)生^［4］。

在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和比賽中，尤其是競(jìng)技體操雜技項(xiàng)目中，運(yùn)動(dòng)員因保護(hù)或者應(yīng)急措施不當(dāng)及意外事故事件而造成的骨髓損傷、肌肉損傷、心肌損傷、皮膚損傷、骨及軟骨、肌腱與韌帶損傷等給國(guó)家和運(yùn)動(dòng)員自己造成了很大的損失和損害。除了加強(qiáng)預(yù)防意識(shí)和預(yù)防設(shè)備外，還有要對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行有效及時(shí)的治療。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著體外分離、培養(yǎng)干細(xì)胞技術(shù)的不斷完善，掀起了干細(xì)胞生物學(xué)的研究熱潮，干細(xì)胞是人體內(nèi)最原始的細(xì)胞，具有自我更新高度繁殖多向分化的潛能，可以定向誘導(dǎo)分化為幾乎所有的細(xì)胞^［21］。干細(xì)胞的這種細(xì)胞分化潛能，引起了生命科學(xué)家的極大關(guān)注，在國(guó)際運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)界也引起了專家學(xué)者的重視。基因治療技術(shù)將應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)損傷的治療，加快運(yùn)動(dòng)員傷后的康復(fù)，減少運(yùn)動(dòng)損傷的舊病發(fā)病率。而基因工程和組織工程深入了解了干細(xì)胞的生物學(xué)特性及其與新型生物材料的相互作用，探討成體干細(xì)胞的分離、純化技術(shù)以及體外三維立體培養(yǎng)和定向誘導(dǎo)分化條件，在體外誘導(dǎo)培養(yǎng)出功能組織和器官，用于臨床組織器官損傷、遺傳缺陷性或退行性疾病的治療。所以干細(xì)胞技術(shù)的研究對(duì)治療運(yùn)動(dòng)員的損傷無(wú)疑具有重大意義。

隨著干細(xì)胞研究的深入，不遠(yuǎn)的將來(lái)，人們可以在體外培養(yǎng)出某種干細(xì)胞，定向誘導(dǎo)分化為我們所需要的各種組織細(xì)胞，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步修飾加工及與細(xì)胞外基質(zhì)材料完美結(jié)合以供臨床應(yīng)用。同時(shí)也會(huì)有相應(yīng)的法規(guī)和倫理學(xué)準(zhǔn)則的制定和完善，使干細(xì)胞廣泛地用于從皮膚、骨骼、神經(jīng)、肌肉、肌腱、韌帶的損傷修復(fù)到角膜、脊髓、肝、心臟的再生醫(yī)學(xué)，從遺傳性疾病的感染、腫瘤等疾病治療各個(gè)領(lǐng)域，使更多的運(yùn)動(dòng)員患者從中受益。Strauer等（2001）稱，他們應(yīng)用自體干細(xì)胞移植方法，治療了一名心肌梗死患者獲得成功。他們用一種經(jīng)由皮膚的跨腔導(dǎo)管來(lái)?yè)伍_引起梗死的動(dòng)脈，然后從患者的骨髓中取出單個(gè)核細(xì)胞，在低壓下將細(xì)胞注入心臟功能也得到明顯改善，經(jīng)證實(shí)，植入的干細(xì)胞成功地再塑了被破壞的心肌組織和血管組織。目前，用神經(jīng)干細(xì)胞治療腦損傷也取得初步成功。據(jù)報(bào)道：骨髓MSC在骨和軟骨損傷的治療中也顯示出較好的效果。另外，許多藥物和蛋白因子難以通過(guò)血腦屏障，如以骨髓來(lái)源的MSC作為基因載體，輸入腦后分化為膠質(zhì)細(xì)胞，將有治療作用的蛋白產(chǎn)物釋放到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，則可長(zhǎng)期發(fā)揮治療作用，轉(zhuǎn)化速度較快（3d），因而有可能用于急性腦病的治療（EglitisandMezey1997）。骨髓MSC和神經(jīng)干細(xì)胞均能分化為肌肉細(xì)胞，這為治療肌肉萎縮，肌肉營(yíng)養(yǎng)不良等疾病提供了新途徑。張曉玲，于長(zhǎng)隆^［22］等在逆轉(zhuǎn)錄病毒載體PLXRN介導(dǎo)的人IL-1Ra在關(guān)節(jié)滑膜細(xì)胞中表達(dá)一文中，應(yīng)用DNA重組技術(shù)，將人IL-1RaCDNA片段重組到逆轉(zhuǎn)錄質(zhì)粒PLXRN中，經(jīng)PT67細(xì)胞包裝后，產(chǎn)生的重組逆轉(zhuǎn)錄病毒感染的原代關(guān)節(jié)滑膜細(xì)胞，用ELISA檢測(cè)IL-1Ra表達(dá)。建立逆轉(zhuǎn)錄病毒介導(dǎo)的人IL-1Ra體外表達(dá)體系。結(jié)果：重組PLXRN-IL-1Ra質(zhì)粒，經(jīng)酶切簽定正確。重組逆轉(zhuǎn)錄病毒PLXRN-IL-1Ra滴度可達(dá)5.5*104CFU/ml，感染原代關(guān)節(jié)滑膜細(xì)胞后能穩(wěn)定表達(dá)。結(jié)論:逆轉(zhuǎn)錄病毒能介導(dǎo)人IL-1Ra在關(guān)于滑膜細(xì)胞中的穩(wěn)定表達(dá)，為下一步開展基因治療運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷性骨關(guān)節(jié)炎奠定了基礎(chǔ)。而用基因治療方法解決IL-1Ra治療創(chuàng)傷性骨關(guān)節(jié)炎的給藥途徑問(wèn)題，是目前最有希望的方案。膝關(guān)節(jié)是全身各關(guān)節(jié)中發(fā)生運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷最多的關(guān)節(jié)，目前對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生還沒(méi)有很滿意的預(yù)防及治療方法。膝關(guān)節(jié)是藥物治療較難達(dá)到的靶器官，傳統(tǒng)給藥不能在特定病變部位持續(xù)保持有效的治療濃度，針對(duì)關(guān)節(jié)疾患的反復(fù)用藥，會(huì)使全身正常的組織器官成為藥物的作用對(duì)象^［23］。基因治療是通過(guò)載體轉(zhuǎn)導(dǎo)基因，而基因產(chǎn)物可治愈或緩解某種疾病進(jìn)程，圍繞這一中心有許多目標(biāo)，包括對(duì)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域關(guān)節(jié)疾病的治療^［24］。目前正將IL-1Ra基因修飾的滑膜細(xì)胞移植于關(guān)節(jié)內(nèi)，對(duì)OA等運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中關(guān)節(jié)疾病進(jìn)行實(shí)驗(yàn)治療。怎樣實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)損傷的無(wú)創(chuàng)傷診斷一直是運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)，而數(shù)字化人體將為這一領(lǐng)域帶來(lái)機(jī)遇。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在此方面作了大膽的嘗試。在競(jìng)技體育中，致傷機(jī)制、骨折特點(diǎn)、防護(hù)措施的研究將由虛擬人加以模擬，利用數(shù)字化人體的內(nèi)科成像和內(nèi)科模擬真實(shí)技術(shù)來(lái)回顧觀察和定性分析人體的受損組織，甚至是任何部分將成為可能^［25］。運(yùn)用蛋白質(zhì)組研究手段，比較正常和病理狀態(tài)下的細(xì)胞或組織中蛋白質(zhì)在數(shù)量、表達(dá)位置和修飾狀態(tài)的差異，可發(fā)現(xiàn)與病理改變有關(guān)的蛋白質(zhì)和疾病特異性蛋白質(zhì)，為疾病發(fā)生提供線索，這些蛋白質(zhì)可作為疾病診斷的分子標(biāo)記。

2.6現(xiàn)代生物技術(shù)與運(yùn)動(dòng)員的品格判定

研究表明，人的品格受到基因的調(diào)控。不同基因型的人群所表現(xiàn)出的品格是不一樣的，而世界級(jí)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員不僅要有好的運(yùn)動(dòng)體能和技能，更要有優(yōu)秀的品格才能成為冠軍。王擇青對(duì)1306名軍人進(jìn)行了16人格因素問(wèn)卷和ACE基因型的相關(guān)性研究。ACE基因多態(tài)性與女軍人人格因素中的恃強(qiáng)性、敢為性、獨(dú)立性、自律性的人格因素有較高的相關(guān)性；與男軍人人格因素中的恃強(qiáng)性、敢為性、獨(dú)立性、穩(wěn)定性、實(shí)驗(yàn)性有較高的相關(guān)關(guān)系^［4］。所以我們可以用分子生物學(xué)的方法來(lái)研究有關(guān)心理問(wèn)題，也可制定有效的運(yùn)動(dòng)員干預(yù)措施來(lái)為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和比賽服務(wù)。

2.7現(xiàn)代生物技術(shù)與興奮劑的檢測(cè)

干細(xì)胞技術(shù)給人類帶來(lái)無(wú)限益處的同時(shí)，也存在一些隱患。例如利用干細(xì)胞技術(shù)把具有優(yōu)良功能的干細(xì)胞移植到運(yùn)動(dòng)員身上，進(jìn)行興奮劑的制造等。王玉^［26］指出基因興奮劑是非治療目的應(yīng)用能提高運(yùn)動(dòng)能力的基因，遺傳元件或細(xì)胞。它包括增強(qiáng)心肌收縮力的基因興奮劑（心肌β-腎上腺素能受體，β-腎上腺素能受體激酶等）；增強(qiáng)氧的運(yùn)輸功能的基因興奮劑(EPOs)；增強(qiáng)肌肉收縮能力的基因興奮劑(胰島素生長(zhǎng)因子-1，筒箭毒堿等)；降體重的基因興奮劑(Leption)。通過(guò)基因技術(shù)改造人體生理結(jié)構(gòu)來(lái)提高人體運(yùn)動(dòng)能力。但可以因?yàn)樵鰪?qiáng)某一性狀，就會(huì)同時(shí)增強(qiáng)或減弱某一行狀，會(huì)對(duì)人體造成意想不到的嚴(yán)重后果^［27］。生物芯片技術(shù)已經(jīng)逐步引入到興奮劑檢測(cè)，并有了一些發(fā)展基礎(chǔ)，將各類芯片集成形成“芯片實(shí)驗(yàn)室”將是生物芯片的發(fā)展目標(biāo)^［28］。所以在興奮劑檢驗(yàn)手段方法上，更需要采用更先進(jìn)的科技手段，來(lái)對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行全面檢查和經(jīng)常性的監(jiān)督檢查，最大程度體現(xiàn)體育比賽中“公平競(jìng)爭(zhēng)”的原則。

3總結(jié)

21世紀(jì)，現(xiàn)代生物技術(shù)定將會(huì)得到蓬勃發(fā)展，推動(dòng)全球許多問(wèn)題的解決。而且它在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中為運(yùn)動(dòng)員的科學(xué)選材，個(gè)性化訓(xùn)練計(jì)劃的制定，運(yùn)動(dòng)心理過(guò)程中身體機(jī)能和狀態(tài)的評(píng)價(jià)，運(yùn)動(dòng)性疲勞的診斷，運(yùn)動(dòng)員營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑，運(yùn)動(dòng)性疾病的診斷與防治，運(yùn)動(dòng)員的心理品格測(cè)定及干預(yù)等帶來(lái)革命性的突破。它將會(huì)對(duì)解決體育中的眾多難題提供更科學(xué)的方法途徑。

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