甘氨酸補充對一次性力竭運動小鼠運動能力和免疫功能的影響

摘要：為探討甘氨酸補充對運動能力及免疫功能是否具有調節作用，將30只小鼠隨機分成力竭游泳運動組(E1)、甘氨酸補充后力竭游泳組(E2)和靜息正常對照組(S)，每組10只。在E2組補充甘氨酸，其余兩組給予生理鹽水，處理4周后，E1組和E2組均做力竭性游泳運動。采用微量CH50溶血法分析補體活性，采用MTT法定量分析脾臟淋巴細胞增殖能力。結果顯示，與E1組比較，E2組游泳至力竭的時間顯著延長(P＜0.01)。E1組血清總補體活性顯著低于S組(P＜0.01)，E2組顯著高于E1組(P<0.01)，但仍顯著低于S組(P<0.05)。在脾臟淋巴細胞增殖試驗中觀察到，E1組顯著低于S組，E2組顯著高于E1組但仍顯著低于S組。結果表明，補充甘氨酸可提高運動能力；力竭游泳可降低血清補體活性及T細胞免疫功能，補充甘氨酸可部分地阻抑這些變化。

關鍵詞：甘氨酸；運動功能；補體活性；淋巴細胞

中圖分類號：G804.7文獻標識碼：A文章編號：1006-7116(2008)11-0109-04

Effects of glycine supplementation on sports performance and immune functions of mice doing a one time exhaustive exercise

FAN Xiao-fei1，LI Liang-ju2，XIAO De-sheng2，XU Zi2，MA Bin2

（1. Department of Physical Education；2.School of Medical and Laboratory Medicine，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China）

Abstract: In order to probe into whether glycine supplementation plays an adjusting role in sports performance and immune functions， the authors divided 30 mice randomly into an exhaustive exercising group (E1)， glycine supplemented exhaustive exercising group (E2) and a normal resting control group (S)， with 10 mice in each group， supplemented glycine to mice in group E2 and physiological saline to mice in the other two groups， let mice in groups E1 and E2 do an exhaustive swimming exercise 4 weeks later， applied the trace CH50 hemolysis method to analyze supplement activity， applied the MTT method to perform a quantitative analysis on the lymphopoiesis ability of spleen， and thus revealed the following findings: compared with mice in group E1， the time taken by mice in group E2 to swim to an exhausted state is significantly longer (P<0.05); total supplement activity in blood serum of mice in group E1 is significantly lower than the same of mice in group S (P＜0.01)， and total supplement activity in blood serum of mice in group E2 is significantly higher than the same of mice in group E1 (P<0.01)， but still significantly lower than the same of mice in group S (P<0.05); as observed from the test of the lymphopoiesis ability of spleen， the lymphopoiesis ability of spleen of mice in group E1 is significantly lower than the same of mice in group S， and the lymphopoiesis ability of spleen of mice in group E2 is significantly higher than the same of mice in group E1， but still significantly lower than the same of mice in group S. The said findings indicate the followings: supplementing glycine can enhance sports performance; exhaustive swimming can lower supplement activity of blood serum and weaken immune functions of T cells; supplementing glycine can partially restrain these changes.

Key words: glycine；sports performance；complement activity；lymphocyte

甘氨酸不僅參與機體蛋白質的構成，而且是很多重要物質如蛋氨酸、膽堿、一些重要的激素以及脫氧核糖核酸的基本結構，此外，甘氨酸不僅自身可作為一種抑制性或興奮性神經遞質[1]，而且既可作為其它某些神經遞質合成的原料，又可作為某些神經遞質的調制物。由于人體或其他哺乳動物自身能夠合成甘氨酸，它作為非必需氨基酸，可以不依賴于從腸道吸收，因此，理論上補充這種氨基酸不會表現出其生物學作用，但大量研究表明，在某些病理情況下甘氨酸可表現出抗損傷、抗炎、免疫調節和細胞保護等作用[2-5]。最近還有研究表明[6-7]，如果給予大鼠高劑量的甘氨酸，還可以升高腦內甘氨酸含量，同時還觀察到膠質細胞發生形態學改變，似乎表明了甘氨酸補充也可表現出生理學作用。此外，在運動情況下甘氨酸是作為人體重要能源物質——肌酸的重要原料，因此，有人推測，甘氨酸補充有助于提高運動人體的運動能力，但是，迄今為止還未有確切證據支持。為探討甘氨酸補充是否對運動能力及免疫功能具有調節作用，本研究在給予小鼠補充甘氨酸后，觀察了一次性力竭游泳時間、補體活性和淋巴細胞增值功能的變化。

1研究對象與方法

1)動物。

昆明種雄性小鼠，鼠齡6周，體重(20±2) g。將小鼠隨機分為力竭性游泳運動組(E1)、甘氨酸＋力竭性游泳運動組(E2)和靜息對照組(S)，每組10只，按國家飼料標準喂飼，自由飲食。對E2組用甘氨酸(10 mg/kg﹒d-1，0.5 mL)每天一次性灌胃，甘氨酸用生理鹽水配制，其余組用相同體積的生理鹽水一次性灌胃。連續處理4周后，E1組和E2組均做一次性力竭游泳[8]。游泳池長70 cm、寬60 cm、高48 cm，水深35 cm，水溫(30±2) ℃。力竭性游泳的判斷標準是，游泳一段時間后下沉水中，經10 s仍不能自主返回水面視為力竭，分別記錄各組小鼠游泳時間。

2)補體溶血活性試驗。

各組小鼠摘眼球采血，放室溫待血液凝固收縮后，2 000 r/min 離心20 min，將血清吸出，立即采用微量CH50溶血法測定補體溶血活性，因補體溶血曲線為S型，故以50%溶血作為判斷終點[9]。

3)淋巴細胞增殖試驗。

以無菌操作取脾臟分離淋巴細胞，用含10％小牛血清的RPMI1640細胞培養液(Gibco公司)調整細胞濃度，分別為1×107/mL及5×10⁶/mL，將兩種濃度的細胞懸液分別加入96孔細胞培養板，每孔100μL，細胞終濃度為1×10⁶/孔及5×10⁵/孔，各試驗孔每孔加入100 μg/mL的刀豆蛋白A(ConA，Sigma公司)溶液10 μL，同時設不加ConA的對照孔，然后在CO2細胞培養箱(37 ℃)培養72 h。在培養結束前4 h，每孔加10 μL四甲基噻唑藍(0.01 mol/L，MTT，Sigma公司)，在37℃下繼續培養剩余4 h。在各孔加入質量分數30％二甲亞砜100 μL，用微型振蕩器振蕩1 min，在靜置10 min后，用酶標檢測儀檢測吸光度值(a570nm)。

4)統計學處理。

在補體活性試驗中數據用幾何均數±s表示，力竭性游泳時間和T淋巴細胞增殖試驗中的a570nm用算術均數±s表示，采用t檢驗或方差分析進行顯著性檢驗，P＜0.05為顯著性水平。

2結果與分析

2.1甘氨酸補充對力竭性游泳時間的影響

如表1所示，E2組比E1組游泳時間顯著延長(t=14.9，P<0.01)。結果表明，甘氨酸補充4周可顯著增強小鼠的最大運動能力。

2.2運動對血清總補體溶血活性(CH50)的影響及甘氨酸的作用

如表1所示，E1組補體活性顯著低于S組(P<0.01)，E2組顯著高于E1組(P<0.01)，但仍顯著低于S組(P<0.05)。結果表明，力竭運動可抑制小鼠補體活性，甘氨酸補充4周有助于對抗運動期間補體活性的降低。

2.3運動對T淋巴細胞增殖的影響及甘氨酸的作用

如表1所示，采用兩種不同濃度淋巴細胞懸液(5×10⁵/孔、1×10⁶/孔），在ConA誘導下增殖試驗結果均顯示，E1組與S組相比，T淋巴細胞增殖受到顯著抑制(均為P<0.01)，E2組與E1組相比，T淋巴細胞增殖顯著增強(分別為P<0.01和P<0.05)，但與S組比較仍顯著低下(均為P<0.01)。結果表明，力竭運動可抑制小鼠T淋巴細胞增值活性，甘氨酸補充4周有助于對抗運動期間T淋巴細胞增值活性的降低。

3討論

本研究觀察到，甘氨酸預先補充4周可顯著延長力竭性游泳的時間，反映了甘氨酸補充能夠增強小鼠的最大操作能

力。對于這種效應發生的機制目前尚難以解釋。近年來有研究發現，甘氨酸在細胞ATP耗竭性損傷中對細胞的保護作用[10]，在該研究中，將犬近曲小管上皮細胞在無糖的細胞培養液內培養，通過缺氧、中毒等多種因素造成細胞內ATP耗竭時，加入甘氨酸可增加復能后細胞存活的機會，防止細胞膜通透性增加，提高受損細胞的增殖活性和代謝潛能。在本研究中，力竭性游泳可伴隨機體組織細胞缺氧和細胞內ATP耗竭，但是否具有上述實驗觀察中的嚴重程度以及相同機制在當前尚不清楚。

在本研究中觀察到，力竭運動顯著抑制補體的活性，此外，還觀察到甘氨酸預先補充4周顯著對抗但僅是部分對抗了力竭運動期間補體活性的降低。因此，力竭運動抑制補體的活性既不完全是補體系統由于受到高度激活而被大量消耗所致，也不完全是由于“大量消耗”和力竭性運動時由于血流重新分布引起的血清補體含量降低兩方面的綜合結果，而是包含了一種可被甘氨酸對抗的抑制途徑。盡管當前尚不了解該途徑，但可以推測該途徑位于血清中，有可能與補體激活速率或效率有關[11-12]。

補體在機體免疫功能中發揮極其重要的作用，不僅參與非特異性免疫反應，也參與特異性免疫應答，因此，對于力竭運動抑制補體活性的后果，必然是廣泛性抑制特異性和非特異性免疫功能。然而，力竭運動還可直接作用于T淋巴細胞。先前許多研究報道中已經觀察到一次性劇烈運動引起T淋巴細胞轉化率明顯減低[13-18]，在本研究中也觀察到這種現象，說明力竭運動對細胞特異性免疫具有抑制作用。本研究還發現甘氨酸預先補充4周可顯著對抗力竭運動期間T淋巴細胞增值或轉化能力的改變，對細胞免疫功能發揮了調節作用。但是，當前尚不知道甘氨酸補充是如何對力竭運動時T淋巴細胞功能發揮作用的。

有文獻報道，支鏈氨基酸補充可以對抗運動員耐力運動引起的免疫抑制作用[19]。甘氨酸預先補充不僅可以阻止機體補體活性的大幅度下降和T淋巴細胞轉化活性的下降，而且還提升了操作能力。甘氨酸補充的這些反應，可能是通過提高血漿甘氨酸水平發揮作用。需要進一步調查的是：(1)飼料或腸道中是否存在抑制甘氨酸吸收的因素？如果抑制因素存在，補充甘氨酸可增加吸收量，從而對運動發揮其效應。(2)血漿或組織細胞中是否存在抑制因素，甘氨酸補充后增加了機體內甘氨酸含量，從而提高了競爭能力？已經清楚，血漿中精氨酸的濃度雖然遠高于一氧化氮合成酶的飽和水平，但在多種情況下包括運動時飲食補充可增加機體一氧化氮合成[20]，已知這種矛盾現象與血漿中的精氨酸抑制物有關。(3)補充甘氨酸是否通過谷氨酸受體水平調制谷氨酸遞質從而改變運動能力？[5-6](4)是否由于力竭運動提高了甘氨酸代謝系統的活性導致分解代謝加速，或者被組織細胞用于合成調節物或其他氨基酸，使組織細胞包括骨骼肌對該氨基酸的需求增加？如果這些作用存在，那么，經腸道補充的效應可通過增加組織細胞甘氨酸的供給發揮作用。無論如何，甘氨酸雖然在營養學上被列為非必需氨基酸，但是，機體自身的合成或腸道食物來源可能只是用于滿足基本的生理需求，但在運動應激下甘氨酸的合成和分解及其平衡可能受到影響，從而可表現出明顯的補充效應。

總之，本文研究結果表明，甘氨酸預先補充后可部分地阻抑機體補體活性的大幅度下降和T淋巴細胞轉化活性的下降，并可對操作能力發揮促進作用，提示甘氨酸在運動情況下可成為特殊的“必需氨基酸”，應當進一步探討甘氨酸補充在運動或體能訓練、營養支持和疾病康復中的重要性和補充策略。

參考文獻：

[1] Ye J H. Regulation of excitation by glycine receptors[J]. Results and Problems in Cell Differentiation，2008，44：123-143.

[2] Xu F L，You H B，Li X H，et al. Glycine attenuates endotoxin-induced liver injury by downregulating TLR4 signaling in Kupffer cells[J]. American Journal of Surgery，2008，196(1)：139-148.

[3] Li X，Bradford B U，Wheeler M D，et al. Dietary glycine prevents peptidoglycan polysaccharide-induced reactive arthritis in the rat：role for glycine-gated chloride channel[J]. Infection and Immunity，2001，69(9)：5883-5891.

[4] Wheeler M D，Rose M L，Yamashima S，et al. Dietary glycine blunts lung inflammatory cell influx following acute endotoxin[J]. American Journal of Physiology，2000，279(2)：390-398.

[5] Yamashina S，Ikejima K，Enomoto N，et al. Glycine as a therapeutic immuno-nutrient for alcoholic liver disease[J]. Alcoholism：Clinical and Experimental Research，2005，29(11 Suppl)：162-165.

[6] Shoham S，Javitt D C，Heresco-Levy U. High dose glycine nutrition affects glial cell morphology in rat hippocampus and cerebellum[J]. International Journal of Neuropsychopharmacology，1999，2(1)：35-40.

[7] Shoham S，Javitt D C，Heresco-Levy U. Chronic high-dose glycine nutrition: effects on rat brain cell morphology[J]. Biological Psychiatry，2001，49(10)：876-885.

[8] McArdle W D，Montoye H J. Reliability of exhaustive swimming in the laboratory rat[J]. Journal of Applied Physiology，1966，21(4)：1431-1434.

[9] 郝選明，萬文君，黃海，等. 補體系統對有氧運動的免疫應答與適應特征[J].中國運動醫學雜志，1999，18(3)：242-244.

[10] 白小明，潘超，范樂明，等. 甘氨酸在細胞ATP耗竭性損傷中的保護作用[J]. 南京醫科大學學報：自然科學版，2005，29(7)：433-436.

[11] 張瑋，洪熊. 有氧運動對補體的影響[J]. 中國組織工程研究與臨床康復，2007，11(30)：6047-6049.

[12] 陳揚，艾冬生. 急性運動與特異性免疫[J]. 中國臨床康復，2003，7(9)：1466-1467.

[13] 劉麗霞，屈紅林，王艷瓊. 免疫細胞和免疫分子與過度訓練[J]. 中國組織工程研究與臨床康復，2007，11(45)：9190-9193.

[14] 劉莉，林建棣，成偉棟，等. 淋巴細胞及其亞群與運動免疫[J]. 中國臨床康復，2003，7(18)：2634-2635.

[15] Rowbottom D G，Green K J. Acute exercise effects on the immune system[J]. Medicine Science in Sports Exercise，2000，32(7 Suppl)：396-405.

[16] Hiscock N，Pedersen B K. Exercise-induced immunodepression-plasma glutamine is not the link[J]. Journal of Applied Physiology，2002，93(3)：813-822.

[17] Carlson L A，Headley S，DeBruin J，et al. Carbohydrate supplementation and immune responses after acute exhaustive resistance exercise[J]. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism，2008，18(3)：247-259.

[18] Hwang H J，Kwak Y S，Yoon G A，et al. Combined effects of swim training and ginseng supplementation on exercise performance time， ROS， lymphocyte proliferation， and DNA damage following exhaustive exercise stress[J]. International Journal for Vitamin and Nutrition Research，2007，77(4)：289-296.

[19] Bassit R A，Sawada L A，Bacurau R F，et al. Branched-chain amino acid supplementation and the immuno response of long-distance athletes[J]. Nutrition，2002，18(5)：376-379.

[20] Xiao D S，Jiang L，Che L L，et al. Nitric oxide and iron metabolism in exercised rat with L-arginine supplementation[J]. Molecular Cellular Biochemistry，2003，252(1-2)：65-72.

[編輯：鄭植友]