補充左旋肉堿影響運動疲勞的分子機制

封卓群，徐曉陽，郭培培

（華南師范大學 體育科學學院，廣東 廣州 510631）

補充左旋肉堿影響運動疲勞的分子機制

封卓群，徐曉陽，郭培培

（華南師范大學 體育科學學院，廣東 廣州 510631）

運動疲勞是一個復雜的生理過程.左旋肉堿是一種安全有效的運動補劑，補充左旋肉堿可以通過改善運動供能、加速乳酸清除、緩解氧化應激等方面減緩運動疲勞的發生，提高運動能力.

左旋肉堿；運動疲勞；能量代謝；氧化應激

左旋肉堿是一種內源性物質，成年男性的儲備量約為20-25克，其中95%存在于骨骼肌中，其主要作用是作為肉堿棕櫚酰基轉移酶I（CPT I）的輔酶.1985年，芝加哥國際營養學術會議將左旋肉堿定為特定條件的必需營養物質.大量研究表明，補充左旋肉堿可以延緩運動疲勞的發生，延長力竭運動時間[1].研究者們對補充左旋肉堿影響運動疲勞的分子機制進行了大量研究，認為其主要是通過改善運動供能、減少血乳酸濃度、緩解運動氧化應激三個方面來發揮作用.現就近年來國內外有關補充左旋肉堿影響運動疲勞的基因調控、信號轉導等分子機制進行綜述.

1 運動疲勞概述

1983 年，第五屆國際運動生化會議將運動疲勞定義為：機體不能將它的技能保持在某一特定水平，或者不能維持某一預定的運動強度.早在1935年，Simonson提出疲勞包括以下幾個過程：(1)代謝基質疲勞產物的積累，(2)活動所需基質耗竭；(3)機體的生理化學狀態改變；(4)調節和協調機能失調.從19世紀80年代以來，國內外學者對于運動性疲勞產生的原因進行深入研究，建立了許多學說，為科學訓練提供了相關理論依據，現在較為認可的有：衰竭學說、堵塞學說、內環境穩定性失調學說、保護性抑制學說、自由基損傷學說等.

運動疲勞是超過正常活動機能的衰竭現象，是提高運動成績所進行的大運動量、大強度訓練時不可避免的身體機能變化，沒有疲勞就沒有提高.但是運動疲勞產生后如果沒有通過合理的手段即時消除，就會造成過度訓練，出現一系列生理指標變化、肌力下降、主觀感覺消極、感覺不靈敏等癥狀，嚴重影響訓練、比賽的效果，影響身體健康.因此，延緩疲勞的發生和促進疲勞的恢復一直是運動醫學、保健醫學、康復醫學、航天醫學等學科的研究重點.

2 左旋肉堿與運動時供能

長時間大強運運動后期，糖酵解速率增加，使得乙酰輔酶A產生增多，乙酰輔酶A可使CPT I活性下降，抑制長鏈脂肪酸向線粒體內轉運，抑制脂肪酸β氧化；乙酰輔酶A濃度升高也會抑制丙酮酸脫氫酶復合體(PDHc)，抑制丙酮酸生成乙酰輔酶A進入線粒體氧化，從而抑制了糖有氧代謝，使得運動時能量供應速率下降，三磷酸腺苷和磷酸肌酸的儲備率低于使用率時，運動就不能持久，而出現疲勞.

研究表明，補充左旋肉堿可加速脂肪酸氧化，使ATP的生成速率增加[2].同時，補充左旋肉堿可抑制小強度運動時的糖氧化供能，節約肌糖原約55%[3]，這可能是由于脂肪氧化供能增加，使得機體不需要更多的糖原氧化供能.補充左旋肉堿影響運動時供能的可能機制有：

2.1 增加CPT I表達

脂肪酸的β氧化是長時間耐力運動的主要能量來源，也是運動后恢復期的主要能量來源.CPT I可轉運長鏈酯酰輔酶A進入線粒體進行β氧化，左旋肉堿作為CPT I的輔酶，可調節CPT I的活性及表達.研究表明，補充左旋肉堿24周可增加大鼠肝臟和骨骼肌CPT I活性[4].而且左旋肉堿可通過增加血液中游離脂肪酸水平，調節CPT I基因表達[5].

2.2 上調PPARα表達

過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)包括三種亞型PPARα、β、γ.PPARα激活后可調節包括脂肪酸攝取、結合、氧化及脂質運輸在內的許多基因的表達，在脂肪生成、脂質代謝、炎癥等調節中起著關鍵作用.Jin-Lian Li等認為，補充左旋肉堿可使PPARα表達量在轉錄和翻譯水平上增加[6]，這可能使其加速脂肪動員.

2.3 增加有氧代謝關鍵酶活性

PDHc是是葡萄糖-脂肪酸循環的重要調節點，三羧酸循環是是能源物質氧化供能的樞紐.左旋肉堿可以增加肌肉丙酮酸脫氫酶復合體、三羧酸循環關鍵酶如檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶活性[3]，增加大強度運動時氧化供能的比例，增加能量供應.

3 左旋肉堿與氧化應激

高強度運動時內膜損傷和高溫可引起線粒體解偶聯，產生電子漏，漏出的電子會將氧單價還原，形成氧自由基.自由基可破壞大分子物質，造成細胞供能和結構的損傷.如使血漿脂質過氧化(LPO)，這不僅影響Ca2+-ATP酶，造成胞漿中Ca2+的堆積，阻礙肌纖維的興奮-收縮偶聯，還抑制線粒體呼吸鏈ATP的釋放和氧化酶的活性，從而導致肌肉工作能力下降，產生疲勞.

研究表明，向離體血漿添加0.1mM左旋肉堿可保護血漿蛋白和脂質，降低血漿羰基、蛋白硫醇水平，增加血漿蛋白-SH水平[7]，說明補充左旋肉堿可以緩解運動時氧化應激.補充左旋肉堿緩解氧化應激的可能機制有：

3.1 激活ERK1/2/PI3K/Nrf2通路

轉錄因子NF-E2相關因子（Nrf2）是細胞氧化后激反應中的關鍵因子，Nrf2是細胞抗氧化反應的中樞調節者，Nrf2通過與抗氧化反應元件(ARE)相互作用調節抗氧化蛋白和Ⅱ相解毒酶的表達.實驗表明[8]，左旋肉堿可通過ERK1/ 2/PI3K/Nrf2途徑，促進Nrf2核轉位，并與ARE相結合，促進各抗氧化酶表達.

3.2 提高抗氧化劑活性

機體自身體內存在著維持氧化平衡的抗氧化系統，主要包括抗氧化酶和非酶抗氧化劑.研究表明[9]，補充L-肉堿可增強安靜時血清谷胱甘肽酶活性和供氫能力，減少游泳力竭大鼠MDA水平，增加其GSH和VE水平，增強抗氧化能力.

3.3 提高線粒體呼吸鏈酶活性

線粒體氧化磷酸化的電子傳遞鏈，又叫線粒體呼吸鏈，位于線粒體內膜上，是細胞內形成ATP和氧化磷酸化的關鍵酶，也是運動時產生自由基的關鍵部位.補充左旋肉堿可提高線粒體呼吸鏈酶復合體Ⅳ即細胞色素C氧化酶的活性[10]，降低質子漏，有效降低氧自由基的產生.

4 左旋肉堿與血乳酸

高強度運動糖酵解速率增加，其代謝產物乳酸堆積抑制果糖磷酸激酶活性，而抑制糖供能的速率，使得ATP合成速率減慢.而且血乳酸濃度過高，導致血液和肌組織pH值下降，從而阻礙神經肌肉節點的興奮傳遞，影響肌肉收縮，引起疲勞.

如前所述，補充左旋肉堿可以增加運動時脂肪酸氧化供能的比例，抑制糖酵解供能，使乳酸生成減少.有報道稱[11]，補充左旋肉堿可使力竭運動后血乳酸濃度降低24%.而且，補充左旋肉堿也可以提高機體清除乳酸的能力[12].但其相關分子機制除前述的增加有氧代謝酶活性外，尚無其它相關研究.

5 總結

補充左旋肉堿可以加速運動時氧化供能的比例，抑制糖酵解，促進乳酸清除，并緩解運動時氧化應激，以延緩運動疲勞的發生，提高運動能力，是安全有效的運動補劑.目前，該領域雖然取得了很多成果，但仍有很多問題需要解決，比如在運動實踐中補充左旋肉堿的具體劑量和周期，提高線粒體呼吸鏈酶活性的具體分子機制，促進血乳酸清除的分子機制等.今后的研究方向應該在體內外在進行體內外實驗研究補充左旋肉堿延緩運動疲勞作用的同時，從分子水平的抗疲勞機制研究，特別從信號傳導通路和抗疲勞作用靶點進行深入地研究，為左旋肉堿應用于運動競賽及大眾健身提供更多的理論基礎及實驗依據.

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1673-260X（2014）03-0085-02