現代生物技術與體育興奮劑淺談

摘 要 現代生物技術的發展，一方面對體育興奮劑的檢測提供了有力措施，另一方面由于基因工程的發展。基因興奮劑的產生又對反興奮劑生物芯片提出了新的挑戰。

關鍵詞 現代生物技術基因興奮劑 興奮劑檢測

中圖分類號Q-33 文獻標識碼 E

隨著2008年北京奧運會的到來，體育興奮劑這一話題再次成為人們關注的熱點。科學技術是一把雙刃劍。現代生物技術的發展對體育興奮劑的檢測一方面提供了有力措施，同時又對興奮劑的檢測提出了新的挑戰。

1 現代生物技術應用于檢測體育興奮劑

1．1 興奮劑檢測生物芯片研制成功

我國已經開發出興奮劑檢測生物芯片，這是一種蛋白芯片，可同時對9種刺激劑和麻醉劑進行檢測。經過對1300多例運動員的實際尿樣檢測表明，該蛋白芯片與經典的氣質聯用方法的符合率達到100％。但與氣質聯用方法相比蛋白芯片具有通量高、速度快、成本低和操作簡單的優勢，可以滿足大型運動會對運動員進行大規模篩查的需要。

興奮劑檢測生物芯片是由由北京博奧生物芯片公司暨生物芯片北京國家工程研究中心聯合國家體育總局運動醫學研究所興奮劑檢測中心共同承擔的，可望在2008年北京奧運會針對參賽運動員進行大范圍的興奮劑篩查工作獲得實際應用。

1．2 同位素比質譜技術在內源性甾體類固醇激素檢測中的應用

近年來隨著國際反興奮劑力度加大和興奮劑檢測技術的發展，許多運動員開始轉向使用內源性物質，使得內源性物質的檢測成為興奮劑檢測領域研究的熱點。

1．2．1 外源性藥物與內源性藥物

外源性藥物指自身不能分泌，由外源提供的藥物，如刺激劑、麻醉劑、利尿劑、合成類固醇、β-阻斷劑等。而內源性藥物指自身能夠產生，體內本身就存在的物質。主要是肽類激素租甾體類固醇激素，包括睪酮、雙氫睪酮、表睪酮、脫氫表雄酮、雄烯二酮等體內也能自身合成的類固醇激素等。

1．2．2 類固醇激素的檢測

由于外源性興奮劑不是人體本身所具有的，因此只要尿樣檢測中出現即可定為陽性。而對于內源性興奮劑，則要區分是自身產生的還是人為引入的，只有確定是人為引入的才能定為陽性，因此不能再使用定性的方法進行檢測。而內源性興奮劑在體內的濃度極低，變化又快，這為內源性興奮劑的檢測增加了很大的難度，這也是國際奧林匹克運動面臨的一個檢測難題。

20世紀90年代是同位素比質譜技術逐漸走向成熟、各種質譜技術蓬勃發展的時期，因此傳統興奮劑檢測技術的革新，更多地體現在這些儀器技術的應用上，尤其是高分辨質譜和串聯質譜在低濃度甾體類固醇激素檢測中的應用。

1．3 肽類激素的檢測

目前，對濫用重組人生長激素(rhGH)的檢測方法主要有2種：以檢測血液學指標為基礎的間接方法和以現代免疫學分析為基礎的直接方法。

對于促紅細胞生成素(EPO)，解決EPO檢測方法與rhGH相似，也是從間接檢測和直接檢測2個方向努力，這都離不開現代生物醫學診斷技術的發展。

2 基因興奮劑

盡管現代生物技術對興奮劑的檢測提供了技術手段，但隨著現代生物技術的發展，一些新的興奮劑藥物不斷出現。比如，加拿大蒙特利爾實驗室2005年2月1日宣布。他們發現了一種新的興奮劑DTM。

2．1 基因興奮劑的概念

基因興奮劑是指非治療目的應用以提高運動能力的基因、遺傳元件或細胞。基因治療不僅用于治療疾病，也有用于提高人體運動機能的可能。為了保證運動員的身體健康及競技比賽的公正性，國際奧委會、世界反興奮劑機構和國際運動聯盟已經將基因興奮劑列入違禁藥物。

2．2 若干基因興奮劑

2．2．1 促紅細胞生成素基因

EPO是一類肽類激素，是一種單鏈的酸性糖蛋白。EPO主要作用于骨髓紅系造血干細胞。由于紅細胞無核，因此促紅細胞生成是產生新生紅細胞的惟一途徑，EPO可以增加人體血液紅細胞數量。

在成人體內，EPO絕大部分來自腎臟，少量來自肝臟(胎兒及新生兒主要靠肝臟產生)。機體缺氧是腎臟產生EPO的主要動力，腎臟通過感受機體血氧濃度的變化對EPO的產生進行調控。當機體缺氧時，腎臟會產生大量的EPO進入血液循環到達骨髓作用于于細胞，從而促進紅細胞產生。而當大量紅細胞進入血液，導致血氧濃度升高時，就又抑制EPO的生成。

由于EPO能促進紅細胞數量，提高血液的載氧能力，因而被一些耐力項目(如長跑、行車、游泳、劃船等)運動員使用。1997年，芝加哥大學的科研人員已成功將EPO基因導入小鼠和猴子細胞中，使紅細胞比容升高至81％。隨后其他科學家也相繼取得成功。目前的技術無法區分導入基因與自身基因產生的EPO，并且人體內許多部位都可作為導入部位。

2000年，法國生物學家采用蛋白質組分析技術可以從蛋白質水平區分導入基因與自身基因產生的EPO的差異，從而為阻止基因興奮劑的使用提供了一線希望。

2．2．2 胰島素樣生成因子I基因(1GF-1)與機械生長因子

胰島素樣生成因子I又叫肌肉生長因子，可以在多種組織細胞中合成，增強肌肉的生長發育，增加肌肉對氨基酸和葡萄糖的攝入，加速對脂肪的消耗，能預防老年人的肌肉退縮，能使一些肌肉退行性患者，如股骨萎縮患者的肌肉力量增加。1998年，研究者發現，利用攜有1GF-1基因的病毒導入小鼠肌肉中，肌肉力量明顯增加，而血液中1GF-1濃度不會變化。

機械生長因子被證實對肌肉、韌帶、骨骼、半月板等組織的發展有幫助作用，此外，它能加快對損傷組織的恢復。

2．2．3 肌肉生長抑制素(Myostatin)基因

肌肉生長抑制素是一種肌肉負性調節因子，與肌肉生長發育相反，主要由肌肉分泌，其血清水平隨年齡增高而升高。1999年，研究者發現，當肌肉生長抑制素基因被去除后，大鼠出現了肌肉肥大和肌肉力量的增加。因此，運動員可能通過抑制肌肉生長抑制素基因的表達來達到肌肉力量增加的目的。

2．2．4 血管內皮生長因子(VEGF)基因

血管內皮生長因子能增加肌肉中血管的數量和口徑，意味著心臟、肝臟、肌肉、肺等器管血流量的增加，這樣能延長同等運動強度下的運動時間。1998年，研究者等人成功地以病毒作載體將；VEGF基因導入組織細胞中，成功地促進了血管的增生。我國在VEGF基因治療方面有較大的進展。北京安貞醫院己進行了EGF基因治療改善梗塞性心血管病的臨床試驗。

2．2．5 瘦素基因

瘦素是由肥胖基因(后又稱為瘦素基因)控制的由167個氨基酸組成的分染型染色體，分泌進入血液過程中，去除由21個氨基酸殘基組成的N-端信號肽，成為成熟的瘦素。

瘦素通過下丘腦的作用，可使食欲降低機體能量消耗增加，從而減少體重。瘦素也可以直接作用于脂肪組織，加強組織代謝。科學家試驗用基因療法來治療肥胖，運動員可能用此法來降低體重。

2．2．6 內啡肽基因

內啡肽能抑制疼痛，它們的基因療法可用于劇烈運動后乳酸堆積產生的疼痛，還能減少訓練過程受力引起的炎癥的疼痛。

3 使用基因興奮劑的危害

3．1 使用基因興奮劑有悖于奧林匹克公平競賽的精神

基因興奮劑同普通興奮劑一樣，可以幫助運動員取得好的成績，這樣，運動員將用不著艱苦訓練，僅憑借基因改造便可取得優異成績，這有悖于奧林匹克公平競賽的精神。世界反興奮劑組織(WADA)已將基因興奮劑列入禁用藥物和方法之列。該組織的主席龐德說：“我們希望將金牌給予那些誠實的運動員。而不是他們背后的藥劑師或技術人員；我們需要的是運動員，而不是角斗士；我們需要的是真正的人，而不是突變體。”

3．2 基因興奮劑對運動員身體的危害

使用基因興奮劑采用的是基因療法的原理方法。目前基因療法仍是一個不成熟的方法。醫生已在大約3000多名絕癥患者身上使用過基因療法，但成功者寥寥，有的患者病情甚至加重。使用基因興奮劑雖能暫時增強肌肉能力，但隨之而來的后果卻比其他類型的興奮劑危害更大，甚至致命。

目前，應用于基因治療的載體主要有病毒載體(腺病毒、逆轉錄病毒等)和非病毒載體兩大類。用病毒作載體是最有效的方法，但治療者容易被病毒感染。2002年美國斯坦福大學醫學研究中心的研究人員發現一個接受基因治療患者的精子中有治療所用的病毒載體，使人們認識到基因治療可能會對人類的下一代產生影響。

此外，雖然對作為轉基因治療的載體經過了嚴格的安全控制，但轉染靶細胞后插入DNA這一事件是隨機的。如果插入到癌基因或抑癌基因位點則可能導致腫瘤的形成。哈佛大學教授克里斯托弗·埃文斯告誡說：“運動員必須小心一點。基因興奮劑還可能是腫瘤的生長因子，搞不好運動員雖贏得一枚金牌，但是同時卻染上了癌癥。”英國《泰晤士報》指出，英國職業摔跤運動員格雷羅和美國短跑女明星格利菲斯·喬伊納都是在38歲的大好年華失去了性命，這不啻是對于渴望使用基因興奮劑的運動員的警告。而如果插入到其他的非目的基因中就可能導致細胞該基因的缺陷，影響細胞功能，還可能會破壞人體自身的基因。

使用促紅細胞生成素將增加血液中紅細胞含量，會造成血黏度上升、血液流動緩慢、血管腔逐漸變窄，極易出現血液循環障礙，最后可能引發高血壓和中風等疾病。

胰島素樣生長因子和肌抑制素抑制基因過度，會造成肌肉體積的過度增大。由于骨骼、關節和其他聯結性組織沒有相應的發展，從而會造成這些聯結性組織損傷的可能。胰島素樣生長因子對各器官(心、肝、肺等)有較大的損傷。

4 如何應對基因興奮劑

由于基因興奮劑的檢測非常困難，它被認為是近乎無法察覺的“完美犯罪”，如何應對基因興奮劑?

一方面加強宣傳教育，使廣大運動員與教練員認識到使用基因興奮劑的危害，使人們認識到基因興奮劑的使用是可恥的，自覺地去抵制使用基因興奮劑。另一方面是要加大對進行基因興奮劑檢測的研究。

目前各國科學家也在進行基因興奮劑檢測的研究。《今日美國報》報道，世界頂尖基因興奮劑問題專家、加利福尼亞大學圣迭戈醫學院分子遺傳學系主任西奧多·弗里德曼帶領研究人員找到一種新方法，可通過血液、尿液和唾液檢查測出運動員是否采用基因興奮劑，和現行類固醇、促紅細胞生成素興奮劑及睪丸激素檢測方法類似。弗里德曼說“我們還處在這項技術研究的初步階段，但我們有信心從人身體中找出植入的外來基因，現在問題關鍵不僅在于研究出檢測方法。如何把基因興奮劑檢測結果變成仲裁和法庭判決的依據更難、也更為重要。”中國興奮劑檢測中心負責人也表示，2008年北京奧運會上，基因興奮劑不僅是個嚴峻的挑戰，而且也為中國提供了與基因興奮劑制造者較量的機會。由此可見，中國方面對基因興奮劑檢測的成功也充滿了信心。