習練太極拳對老年人血漿8-OHdG和OGG1的影響

黃興裕，吳秀華

(1.贛南師范大學體育學院，江西 贛州 341000；2.贛南師范大學科技學院，江西 贛州 341000)

8-羥基脫氧鳥苷(8-hydrox-2 deoxyguanosine，8-OHdG)是活性氧攻擊DNA分子中的鳥嘌呤堿基第8位碳原子而產生的一種氧化性加合物，它是機體DNA損傷的敏感標志物。8-羥基鳥嘌呤DNA糖苷酶1(8-oxoguanine DNA glycosylase 1,OGG1)是哺乳動物的主要DNA糖基化酶之一，它是反映機體DNA堿基修復能力的重要指標。如果體內修復系統正常，OGG1可切除8-OHdG,并將正常鳥嘌呤添加到該部位，那么被切除的8-OHdG將被釋放入血。因此，研究中常將8-OHdG和OGG1作為機體DNA堿基損傷和修復程度的檢測指標。[1]

氧化應激(Oxidative Stress，OS)是指自由基的產生與抗氧化保護之間的不平衡狀態，由此將給機體帶來一系列的氧化損傷，包括DNA損傷、脂質氧化和蛋白質氧化等。[2]在人的正常衰老過程中，體內活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)的累積將不斷增加，且抗氧化成分(如抗氧化酶活性)將逐漸下降，由此將導致機體的氧化應激水平和氧化損傷日趨嚴重。[3]有研究指出，年齡增長和OS水平提高而引起DNA堿基損傷主要有兩方面的表現：一是堿基損傷的增加，如8-OHdG生成增多；二是修復能力的下降，如OGG1的活性下降。[4]

體育運動一直被認為是影響機體氧化應激和DNA堿基損傷的重要因素之一。然而，運動對機體產生的氧化損傷的具體效應往往取決于運動的類型、方式、持續時間和強度等要素。[5-6]實驗研究表明，進行規律的中低強度運動對降低8-OHdG的產生和提高OGG1的活性具有顯著意義。[7-8]太極拳作為我國一項重要的傳統體育項目，屬于中等強度類型的運動。[9]相關文獻表明，太極拳運動對降低女大學生[10]、中年女性[11]和Ⅱ型糖尿病患者[12]的機體氧化應激水平有積極作用。我們先前的研究證實，習練太極拳可有效提高久坐女大學生的血漿OGG1活性。[13]鑒于此，本研究通過對血漿8-OHdG和OGG1等指標的測試，研究習練太極拳后久坐老年人DNA堿基損傷、修復及氧化應激水平的變化，旨在為太極拳干預改善機體DNA損傷及其修復提供實驗證據。

1 對象與方法

1.1 研究對象

本研究以60～70歲老年人為實驗對象，招募的納入和排除標準如下。納入標準：(1)未曾有太極拳練習經歷者；(2)近三個月參與體育鍛煉的時間≤1h/周者；(3)不抽煙、不喝酒、未有外源性激素使用史者。排除標準：(1)正使用具有抗氧化特性的保健品或藥品者；(2)心血管和呼吸道疾病、糖尿病、及癌癥病史者；(3)血壓控制不佳的高血壓患者；(4)當前膝痛者；(5)患有退行性神經系統疾病者，如帕金森病、中風和癡呆；(6)近一年下肢出現骨折者。招募時對符合標準的對象進行即刻的相關健康指標測試。最終，本研究共招募到10名(5男5女)老年人志愿者，其血壓與全血計數指標均處正常參考值范圍(如表1所示)。運動干預前，10名志愿者均簽署了實驗知情同意書。研究中要求所有對象在實驗全程保持慣有的飲食行為和日常活動等生活方式。

表1 實驗對象基本信息和全血計數指標值(n=10,X±S)

1.2 太極拳習練方案

本研究采取單組實驗的方案，安排全部實驗參與者進行5次/周(周一至周五)、持續16周的太極拳鍛煉。其中，第1～2周為太極拳教學階段，由教學經驗豐富的太極拳老師開展24式簡化太極拳教學，確保10次課將全部24個動作教授完，且志愿者能在教師帶領下較好地完成全套動作。第3～16周為實驗的第二階段，該階段執行7遍/次太極拳伴樂(李德印口令)練習的整體方案：1～5遍和6～7遍均為連續性練習，兩組練習間隔約15分鐘，用于機體恢復和動作技術的糾錯。為此，連同10分鐘以牽拉為主的準備活動和5分鐘的放松活動一起，本研究相關的太極拳干預的每次練習時長約為70分鐘。

1.3 測試指標與方法

本研究主要測試的指標包括血漿8-OHdG、血漿OGG1及氧化應激相關指標。實驗中分別于實驗前(0W)、第8周(8W)、第12周(12W)和第16周(16W)共進行四次測試。血液采集于早晨7∶00—8∶30完成，自肘正中靜脈處取全血3 ml至肝素抗凝管，經3000 rpm離心5 min后將血漿分離并于-80 ℃冰箱冷凍保存待測。

1.3.1 8-OHdG和OGG1的測試

采用酶聯免疫法(ELISA)分別對血漿8-OHdG濃度和OGG1活力進行檢測，以反映機體DNA的損傷程度及其修復能力。實驗試劑購自美國圣克魯茲生物技術有限公司(Santa Cruz Biotechnology,Inc.USA)。樣品測定時按試劑使用說明嚴格操作，主要包括室溫放置試劑(40 min)并搖勻、稀釋標準液、加樣(40 μl)、配液、洗滌、顯色、終止等一系列步驟。之后通過酶標儀(華東電子DG5033A)于450 m處測定OD值，對照制備的標準曲線計算樣品含量。

1.3.2 氧化應激指標

本研究選取的氧化應激指標有：血漿超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)和羥自由基抑制能力(OH·-IC)。指標的測試試劑全部購自南京建成生物工程研究所，測試時按試劑說明嚴格規范操作，測試方法為分光光度計法(分光光度計：UNICO7200,USA)。另外，測試時(含8-OHdG和OGG1)每個樣本均設置雙孔，即每個樣品測兩次，后取均值作為最終樣品指標值。

1.4 統計學分析

2 研究結果

2.1 習練太極拳對老年人血漿8-OHdG與OGG1的影響

如表2所示，血漿8-OHdG濃度在實驗干預中表現出先增加后下降的整體趨勢，其中在第8周達最大值。第16周(8.1194 ng/ml)與干預前(8.1209 ng/ml)無顯著差異(P>0.05)，但第8周和第12周明顯高于干預前(P<0.05)。血漿OGG1的活性在運動干預后的第8、第12和第16周均有顯著提高(P<0.05)。同時，從表2和圖1可見，除第16周外(P=0.591)，血漿8-OHdG與OGG1在干預前(P=0.000)、第8周(P=0.002)和第12周(P=0.029)均呈顯著正相關，相關系數分別為0.975、0.851和0.685。

表2 不同時間點血漿8-OHdG與OGG1比較及其相關關系表

圖1 本研究各時間點8-OHdG與OGG1相關關系散點圖

2.2 習練太極拳對老年人氧化應激指標的影響

久坐老年人在接受太極拳運動干預后，血漿SOD活性持續增加，且干預后(8W/12W/16W)活性均明顯高于干預前(P<0.05)。相反，血漿MDA的濃度逐次下降，且較干預前差異顯著(P<0.05)(見表3)。與干預前相比，血漿GPX活性在第8和第12周明顯下降(P<0.05)，第16周時出現反彈且略高于干預前，但未見統計學意義(P>0.05)。表2數據還顯示，太極拳練習后羥自由基抑制能力(OH·-IC)自第8周起便持續升高(P<0.05)；血漿GSH濃度在第8周和第12周明顯提高(P<0.05)，但干預結束時差異不顯著(P>0.05)。

表3 不同時間點血漿氧化應激相關指標變化表

3 分析討論

運動將給人體健康帶來益處的觀點已被廣為接受。由于運動會增加活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)，因此運動也通常被認為將會引起機體的氧化應激。人體呼吸過程中約有2 %～5 %的氧氣將會轉變成ROS[14]，因此，運動時因氧耗增加而引起機體氧化應激的現象是不可避免的。然而，運動所引起的ROS的增加或氧化應激并非總是有害的,它們對機體可能造成的氧化損傷更多地取決于諸如運動類型、運動方式、持續時間、以及運動強度等因素。[15]一般而言，進行一次急性運動將導致機體氧化應激和DNA損傷，而進行中強度運動則可降低氧化應激和DNA損傷，進行適宜漸進的運動有助于人體產生相對的抗氧化作用。[16-17]

GPX主要負責過氧化氫(H2O2)和其他過氧化物的清除，它需要GSH作為底物才能發揮其生理作用[20]。本研究實驗中，老年人血漿GPX活性變化分別為157.25 U/ml(0W)、117.28 U/ml(8W)、143.02 U/ml(12W)和177.33 U/ml(16W)，在干預前和干預結束時相比無顯著差異(P>0.05)，而第8周和第12周則明顯更低(P<0.05)。其中，血漿GPX在干預前后變化不明顯的結果與前人對女大學生[13]、中年女性[11]及絕經前后女性[21]的太極拳研究結果相一致。提示：太極拳對習練者血漿GPX的活性改變沒有影響。Jenkins等研究指出：高濃度的H2O2對GPX具有更直接刺激和誘導作用，而低濃度的H2O2則更利于過氧化氫酶(CAT)的動員。[20]因此，本研究實驗期間第8周和第12周血漿GPX活性的下降及其底物GSH的升高，可能與太極拳運動強度較低以及太極拳運動時機體內較低H2O2濃度有關。在H2O2低濃度狀態下，機體主要通過CAT抵抗H2O2的毒性，但遺憾的是本研究未能對CAT進行檢測。

DNA氧化損傷廣泛存在，它是產生對人體健康傷害最大的氧化損傷和衰老現象的主要原因，與人的預期壽命呈顯著負相關。[1,22]ROS極易攻擊DNA堿基，人體每天每個正常細胞約有10，000個堿基被氧化修飾[23]，而8-OHdG是最普遍和常見的DNA堿基氧化損傷產物[24]。有報道指出，含有8-OHdG受損的DNA在其隨后的復制中可能出現點突變的現象[25]。多項研究表明，運動將引起血漿8-OHdG水平的改變。Goto等研究發現，年輕男性進行12周高強度運動后血漿8-OHdG水平升高，而如果進行中強度運動則趨向下降。[7]一項針對老年人的研究表明，血漿8-OHdG水平在進行10個月有氧運動后，較干預前有顯著提高。[26]而動物實驗表明，中強度耐力組的大鼠骨骼肌8-OHdG水平明顯低于安靜對照組。[4]此外，我們先前的研究則發現，12周太極拳運動有助于大學女生血漿8-OHdG的小幅度升高。[13]造成過往研究結果不甚一致的原因可能與對象的年齡、運動方式和模式以及運動干預周期的長短有關。本研究結果顯示，老年人血漿8-OHdG在第8周和第12周有顯著提高(P<0.05)，而實驗結束時則與干預前相差無幾(P>0.05)。由于8-OHdG與OGG1關系極為密切，隨后將結合OGG1討論其變化的內在機制。

正常情況下，機體DNA修復的能力和效率將隨人體衰老而下降。[27]如果DNA損傷未能得到及時修復而日漸積累，可能導致誘變、細胞毒性和細胞死亡，進而加速致病進程(尤其是癌癥)。[28]因此，DNA的氧化修復能力對維持人體基因穩定和健康具有重要意義。堿基切除修復是專門用于受損堿基修復的一種重要的DNA修復機制。修復時，糖基化酶將通過三個主要步驟進行堿基的切除：首先，水解由堿基與糖磷酸骨架形成的N-糖苷鍵以生成一個無堿基位點(AP位點)；其次，AP核酸內切酶將含有AP位點的核苷酸DNA片段切除；最后，DNA聚合酶-β和DNA連接酶最終將缺口填補。[29]OGG1是哺乳動物三種主要的糖基化酶之一，對8-OHdG的識別和切除具有特異性。[30]有急性運動試驗表明，一次有氧運動(馬拉松跑)后，人體骨骼肌的OGG1活性顯著提高。[8]另外，一項長達2個月的動物干預研究表明，與對照組相比，有規律的跑臺運動有助于老齡大鼠肝臟細胞核OGG1活性的提高。[31]本研究實驗結果顯示，老年人在太極拳練習第8周后，其血漿OGG1活性便明顯地提高。這與先前一項關于年輕女性太極拳鍛煉的研究結果相一致。[13]為此，我們推測，太極拳鍛煉后血漿OGG1活性的提高，很可能是機體對高ROS引起氧化損傷的一種有益的適應性反應。

迄今為止，研究8-OHdG和OGG1相關性的報道并不多見。Kondo等發現，結腸癌病人的8-OHdG水平與OGG1的表達呈顯著正相關(P<0.05)，相關系數為0.702。[32]通過文獻綜述發現，目前尚未見有關老年人安靜時及運動干預過程中8-OHdG與OGG1相關性的研究。本實驗結果表明，老年人血漿8-OHdG與OGG1在干預前及干預的第8周和第12周均存在顯著的正相關(P<0.05)，而干預結束時卻未發現這種相關關系(P>0.05)。根據實驗各時間點測得的8-OHdG與OGG1數據可發現干預前兩者高度相關(R=0.975)，這表明對于正常老年人而言，8-OHdG的切除近乎完全取決于機體OGG1的活性，由于8-OHdG產生和OGG1活性都將隨年齡的增長呈負性變化，老年人體內堿基損傷積累的可能性非常大。因此，如何延緩、甚至提高老年人OGG1的活性顯得尤為重要。此外，太極拳干預后兩者關系從第8周的高度相關(R=0.851)逐漸過渡到了中度相關(R=0.685)。其中，8-OHdG在第8周達到峰值(13.86 ng/ml)，至第12周時有所下降(11.25 ng/ml)；而OGG1在第8周和第12周均處較高水平(9.49 ng/ml，9.75 ng/ml)，這些數據表明運動時攝氧量增加將致使ROS也增加，進而增加堿基的損傷；太極拳運動有助于老年人OGG1活性的提高，進而利于機體受損堿基的切除；太極拳鍛煉提高OGG1活性的效能，除了表現在及時切除運動本身引起的堿基損傷外，還對減少久坐老人可能存在的堿基損傷十分有效。最后，實驗結束時(第16周)兩者相關性完全消失，8-OHdG與干預前相仿(8.12 ng/ml)，而OGG1則仍然保持了較高水平(7.35 ng/ml)。提示：16周太極拳干預后，高活性的OGG1足以將老年人體內含8-OHdG損傷的DNA堿基及時并完全切除，或者說運動所提高的OGG1活性可以滿足甚至超過老年人機體受損堿基切除的需求。根據已有研究和理論[33]，太極拳鍛煉時OGG1活性的增強可提高其堿基切除的速率。

太極拳鍛煉提高機體氧化應激反應和減輕氧化損傷的可能機制主要表現為三方面。第一，根據毒物興奮效應(Hormesis)理論，低劑量的氧化劑有助于抗氧化酶活性的上調。[34-36]太極拳習練中產生的ROS雖然有毒，但它同時對細胞信號傳導和基因表達調控有重要作用。[17,36]因此，太極拳運動本身就是一種抗氧化劑。第二，由反復的運動刺激和運動引起的中低濃度ROS暴露而產生的累積效應則是其另一機制的表現[17,37]，太極拳運動有利提高機體抵抗氧化應激的能力。第三，太極拳改善習練者心理狀態是機體氧化損傷減輕的可能機理之一。急性和慢性心理應激都會導致ROS增加[38]，并引起DNA損傷[39]。而太極拳是一項廣受認同的健身和健心運動。本研究發現，練習者的抑郁和焦慮水平至16周時均出現了下降的趨勢，這可能是老年人氧化損傷得到改善的原因之一。

本研究存在樣本量略小和缺乏對照組兩方面的局限。另外，研究對象的飲食習慣問題僅是通過干預練習時的反復告知予以控制，如能結合血液采集前一周的飲食記錄必然更為嚴謹。盡管如此，本研究對太極拳干預老年人氧化應激和DNA堿基損傷的影響作出了初步的有益探討。后續可通過設計嚴謹的隨機對照試驗，并對DNA鏈損傷等重要指標進行更進一步的研究。

4 結論

持續16周(5次/周、70分鐘/次)的太極拳練習可有效改善久坐健康老年人DNA堿基損傷及其修復能力，且從第8周便可獲得這種效應。