職業(yè)教育論文-運動員專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)對運動與骨骼肌細胞凋亡相關(guān)問題的探討.doc

職業(yè)教育論文-運動員專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)對運動與骨骼肌細胞凋亡相關(guān)問題的探討【摘要】通過檢閱相關(guān)文獻資料，本文從細胞凋亡概念著手，進而闡述細胞凋亡的特征及誘因、產(chǎn)生機制，最后著重論述運動與骨骼肌細胞凋亡相關(guān)問題，為預(yù)防和處理運動導(dǎo)致的骨骼肌損傷和某些骨骼肌疾病的運動保健與功能恢復(fù)提供相關(guān)實踐理論參考。【關(guān)鍵詞】細胞凋亡骨骼肌運動一、細胞凋亡的概述細胞凋亡是由Kerr等人于1972年首次提出的。自20世紀80年代Wyllie揭示了細胞凋亡獨特的生物學(xué)特征，即180200bp單體或寡聚核小體DNA片段，其電泳譜為典型的“梯形帶”以來，細胞凋亡的研究倍受世人關(guān)注。目前，學(xué)術(shù)界較一致的認為，細胞凋亡是以多基因為主導(dǎo)，包括信息傳遞、基因表達、蛋白合成和酶學(xué)機制等共同構(gòu)成的一個遺傳性的受一系列基因調(diào)控的復(fù)雜有序的系統(tǒng)過程。它廣泛存在于組織細胞的基本生物學(xué)現(xiàn)象，是細胞應(yīng)答不同有害刺激或疾病而發(fā)生的一種特殊的細胞自殺行為。細胞凋亡的一般性特征表現(xiàn)在以下幾方面：在形態(tài)學(xué)上，細胞首先收縮變圓，微絨毛消失，核質(zhì)固縮并凝集于核膜周邊、核膜皺折，胞漿濃縮、細胞器集中、胞膜起泡或出芽、形成凋亡小體，最后被巨噬細胞或鄰近細胞吞噬。在超微結(jié)構(gòu)下，盡管細胞裂解為多個凋亡小體，但小體仍然有膜包圍，其溶酶體、線粒體等膜結(jié)構(gòu)完好，維持著內(nèi)外滲透壓梯度的平衡和密封狀態(tài)。由于不存在細胞內(nèi)容物的外溢現(xiàn)象，因而不引起組織的炎癥反應(yīng).生化上，細胞核里有長度為180200bps的DNA片段的形成，生成在凝膠電泳上表現(xiàn)為梯帶的DNA片段；而細胞質(zhì)在早期，存在Ca2+內(nèi)流引起胞漿內(nèi)Ca2+濃度升高，激活Ca2+依賴性核苷酸內(nèi)切酶，這些酶在降解DNA的同時，Ca2+也常常激活Calpain、谷酰胺轉(zhuǎn)化酶和蛋白酶C，受轉(zhuǎn)谷酰氨酶作用，形成由谷氨酰胺提供的賴氨酸異二肽交聯(lián)，使之能抵抗機械斷裂和化學(xué)攻擊。在細胞凋亡期間細胞膜變化劇烈，暴露出其特別的標記物，同時凋亡細胞本身的外層質(zhì)膜上磷脂酰絲氨酸暴露于外層膜表面，而使磷脂不對稱分布被打破，這些變化均引起了吞噬細胞的積極活動，從而防止細胞內(nèi)有害物質(zhì)滲漏出細胞外環(huán)境而引起炎癥反應(yīng)。細胞凋亡的以上特征與壞死表現(xiàn)的細胞成群丟失、細胞膜不完整、染色質(zhì)凝集成塊不均一、染色質(zhì)DNA被隨機降解并有嚴重的炎癥反應(yīng)等等特征有明顯的不同。細胞凋亡的另一生化特征是有新的RNA和蛋白質(zhì)的合成。細胞凋亡對機體有利有弊。它存在于發(fā)育、成熟和衰老過程之中，消除損傷、衰老、突變的細胞，以維持生理平衡。Fidzianska報道了包括人類在內(nèi)的哺乳動物，在胎兒肌纖維發(fā)育早期，有40%以上的肌細胞是通過細胞凋亡被清除的。另一方面，細胞凋亡能導(dǎo)致大量自由基增多、Ca2+濃度升高、線粒體膜電位下降，引起運動能力的下降。它也存在于多種現(xiàn)代疾病中，其異常與多種肌細胞疾病的發(fā)生機制有關(guān)。有研究證明，骨骼肌細胞凋亡是肌營養(yǎng)不良癥、肌廢用性萎縮以及心力衰竭病人運動耐受力下降的原因。二、骨骼肌的細胞凋亡哥本哈根大學(xué)的研究人員在電鏡下觀察到去神經(jīng)比目魚肌出現(xiàn)細胞皺縮、核固縮、核周期擴大、染色質(zhì)濃縮等細胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征，但未發(fā)現(xiàn)明顯核碎片。原位缺口末端標記(insitunicktailing，ISNT)未發(fā)現(xiàn)DNA裂解，認為這可能是一種無DNA降解的細胞凋亡，但這種凋亡在正常情況下是否發(fā)生還有待證明。Tews等做完動物實驗后則比較肯定地認為失去神經(jīng)支配后的肌肉存在細胞凋亡現(xiàn)象。在另外一些動物實驗中，在體的和離體的肌肉在經(jīng)歷各自不同的刺激后，表現(xiàn)出典型的細胞凋亡的形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)的特點。細胞凋亡通常是受細胞外部刺激因素造成細胞所處環(huán)境變化時，因那些外部刺激通過一些特殊的信息通路啟動凋亡程序而發(fā)生的。目前已知生物體內(nèi)外多種因素可影響細胞凋亡的發(fā)生和發(fā)展，如運動訓(xùn)練引起內(nèi)環(huán)境的變化，衰老、病理、激光照射等均有可能導(dǎo)致細胞啟動凋亡程序。這些外部刺激通常并不直接控制凋亡，僅是決定細胞自殺或存活信息的一部分，因此，需要一些特殊的信號通路啟動凋亡程序。目前，已確認參與了凋亡過程的關(guān)鍵分子包括鈣、蛋白激酶和cAMP、NO等。與運動明顯相關(guān)的幾種重要的骨骼肌細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，它們分別存在于細胞絲裂原激活的蛋白激酶(MAPK)介導(dǎo)的信號系統(tǒng)和腺苷一磷酸(AMP)激活的蛋白激酶(AMPK)信號系統(tǒng)中。前者有細胞外信號調(diào)節(jié)的蛋白激酶1/2(ERK1/2)途徑、c-jun氨基端激酶(JNK)途徑、p38途徑和ERK5途徑(真核細胞中)，后者有磷脂酰肌醇3-激酶(PI3-K)信號途徑、絲氨酸/蘇酸蛋白激酶(PKB/Atk)、糖原合成酶激酶3(GSK3)及P70核蛋白S6激酶(p70S6K)。三、運動與骨骼肌1.運動誘發(fā)骨骼肌細胞凋亡的基調(diào)控因子或調(diào)節(jié)分子目前國內(nèi)外對骨骼肌細胞凋亡的基因調(diào)控研究主要是從凋亡調(diào)控因子著手，而bcl-2蛋白、TNF-a及死亡蛋白酶Caspase都屬于凋亡調(diào)控因子，其它的還有c-myc、p53、ICE、Fas等。金其貫研究指出：適量的運動訓(xùn)練可使大鼠骨骼肌細胞中bcl-2蛋白表達增加，長期負荷的運動訓(xùn)練可使骨骼肌細胞中bcl-2蛋白表達下降，力竭訓(xùn)練大鼠骨骼肌細胞中出現(xiàn)Fas蛋白的陽性表達，誘發(fā)細胞凋亡。Eguchi等報道Bcl-2基因在不同組織中表達不同。在成年雞骨骼肌中檢測不到，而在胚胎期肌肉中Bcl-2基因表達水平較高。有人研究了人類Mcl-1基因發(fā)現(xiàn)Mcl-1多在高分化細胞的表層上皮中表達，而Bcl-2多見于低分化細胞基底膜的內(nèi)面。Mcl-1的表達在骨骼肌和心肌中較高。腫瘤壞死因子(TNF-a)可以誘導(dǎo)第二信使神經(jīng)鞘氨醇(sphingosine，SPH)產(chǎn)生，從而間接作用于骨骼肌細胞，造成細胞凋亡；而神經(jīng)鞘氨醇作為第二信使將細胞外的信息傳遞到細胞內(nèi)啟動細胞凋亡。目前的研究已得出，促進凋亡作用的調(diào)節(jié)分子如bax、bcl-x(s)、bak、bad和抑制凋亡作用的bcl-2、bcl-x1、bfl-1、Mbcl-x、c-myc、ras等調(diào)節(jié)分子共同調(diào)控細胞凋亡外，運動誘導(dǎo)細胞凋亡與運動對凋亡的信號分子影響有關(guān)。骨骼肌細胞凋亡的分子機理與普通細胞凋亡相似，其凋亡過程大致可分為三個階段，即啟始階段、效應(yīng)階段和降解階段。在啟始階段得先釋放凋亡活性物質(zhì)，即原先位于線粒體內(nèi)的某些與凋亡相關(guān)的活性物質(zhì)會被釋放出來，包括細胞色素C、凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)、cap3和cap9等。在多種應(yīng)激因素如氧化劑、毒素、鈣離子超載及其他促凋亡活性蛋白作用下，線粒體都會釋放出細胞色素C。一旦細胞色素C釋放，細胞將通過兩條路徑死亡。一是通過快速凋亡機制，包括Apat-1(凋亡促進因子-1)介導(dǎo)的凋亡過程。二是細胞進入一種慢速的壞死過程，線粒體膜通透性(MPT)孔的開放、線粒體基質(zhì)由于高滲而膨脹破裂、跨膜電位的快速崩潰、細胞色素C的大量釋放、電子傳遞受阻、ATP產(chǎn)量驟減，無法維持供能，細胞走向壞死。2.不習(xí)慣運動后骨骼肌的細胞凋亡及其生物物質(zhì)基礎(chǔ)Sandri等認為肌營養(yǎng)不良和正常小鼠在不習(xí)慣運動后骨骼肌細胞中存在細胞調(diào)亡，這種細胞凋亡是由不習(xí)慣負荷練習(xí)誘導(dǎo)的。泛肽被認為是一種與細胞凋亡緊密相關(guān)的應(yīng)激蛋白，為含76個氨基酸的多肽。泛肽不僅直接調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成，決定蛋白質(zhì)的命運，而且控制與細胞凋亡相關(guān)的重要蛋白如p53、c-myc、c-fos、c-jun和EIA的合成與分解。已證明在有絲分裂中，胞核的改變與泛肽誘導(dǎo)的組蛋白的分解有關(guān)。Sandri等發(fā)現(xiàn)正常骨骼肌細胞中多聚泛肽含量較低，但運動后達到較高水平，至少為不運動時肌細胞含量的2倍。對于哺乳動物，在不同情況的肌肉狀態(tài)惡化誘導(dǎo)細胞凋亡的過程中，泛肽的含量增加，因此，運動后肌纖維泛肽水平的提高，提示在經(jīng)過不習(xí)慣負荷練習(xí)后骨骼肌纖維中具有與細胞凋亡相關(guān)的物質(zhì)基礎(chǔ)。Sandri等人研究認為，肌營養(yǎng)不良細胞內(nèi)鈣離子增加，激活鈣依賴性蛋白酶和鈣調(diào)蛋白酶。這種蛋白酶對細胞內(nèi)蛋白質(zhì)有廣泛的作用，普遍認為鈣調(diào)蛋白可致細胞凋亡。機體在進行不習(xí)慣負荷練習(xí)時，特別是骨骼肌的大運動量離心收縮后，機體的缺氧會導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)，這是一種活性氧的細胞毒作用，常導(dǎo)致胞內(nèi)產(chǎn)生活性氧基，使位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體及胞膜上Ca2+轉(zhuǎn)位酶中的-SH被氧化失活，致使膜內(nèi)外Ca2+濃度平衡失控，胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度增加。目前認為，細胞內(nèi)Ca2+濃度變化而誘導(dǎo)細胞凋亡的內(nèi)因有兩種解釋，第一種，Ca2+切酶及谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶而誘導(dǎo)細胞凋亡；第二種，Ca2+耗竭是一種細胞凋亡信號，由于線粒體中Ca2+吸收途徑受線粒體膜電位的控制，能量降低會造成Ca2+Ca2+釋放，氧化應(yīng)激作用可加速Ca2+周期循環(huán)速度，甚至達到極限，這勢必造成能量消耗的增加和膜電位的極度下降，最終誘導(dǎo)細胞凋亡。鈣吸收阻斷劑釕紅對成纖維細胞L929及脾細胞凋亡的抑制作用支持了這一觀點。Monici等實驗后也認為骨骼肌線粒體的胞膜電位下降是構(gòu)成細胞凋亡的一個至關(guān)重要的早期事件。四、小結(jié)目前，運動與細胞凋亡方面的研究熱點多多。對凋亡機制的了解，可以找到關(guān)鍵的調(diào)控基因，利用其抑制與調(diào)節(jié)作用，設(shè)計運動性營養(yǎng)補劑，以利于提高運動成績的提高或全民健身；