天然產物抗運動性疲勞活性的機制研究進展

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作者：小泥沙來源：CPHI制藥在線

2024-02-20

針對運動性疲勞的產生機制，天然物質的抗運動性疲勞活性的內在機理主要包括抑制神經遞質的累積、增加機體能量物質儲備、促進脂肪供能、維持氧化還原穩(wěn)態(tài)、減少代謝物堆積和增強線粒體生物合成和修復線粒體損傷等。

天然產物抗運動性疲勞活性的機制研究進展

隨著現(xiàn)代中藥研究的深入，中草藥中的活性化學成分逐漸明晰。研究表明，黃芪、高麗人參、鐵皮石斛等均具有顯著的抗運動性疲勞活性。此外，來源于食物的多種天然物質，如小麥低聚肽、玉米胚肽、杏鮑菇多糖等也被證明具有一定的抗運動性疲勞活性。我國國家食品藥品監(jiān)督管理局頒布的《保健食品檢驗與評價技術規(guī)范實施手冊》中明確了抗疲勞保健食品的判定標準為"負重游泳實驗結果陽性，且血乳酸、血清尿素氮、肝糖原3項指標中任意兩項陽性，可判定該受試樣品具有緩解體力疲勞功能的作用。" 目前，天然物質抗運動性疲勞活性的研究主要應用大鼠、小鼠等動物實驗，通過負重游泳實驗、爬桿實驗、前肢握力實驗等耐力實驗，結合血清中乳酸、血液中尿素氮（BUN）以及肝糖原含量等生理生化指標分析進行評價。

針對運動性疲勞的產生機制（上篇），天然物質的抗運動性疲勞活性的內在機理主要包括抑制神經遞質的累積、增加機體能量物質儲備、促進脂肪供能、維持氧化還原穩(wěn)態(tài)、減少代謝物堆積和增強線粒體生物合成和修復線粒體損傷等。

1、抑制神經遞質的累積

大量研究表明，運動過程中，中樞神經系統(tǒng)中5-HT的濃度顯著升高加速了運動性疲勞的發(fā)生與發(fā)展。石菖蒲具有顯著的抗運動性疲勞活性，研究發(fā)現(xiàn)，膳食補充石菖蒲可以顯著下調色氨酸羥化酶-2(TPH2)、5-HT受體1B(5-HT1B)在mRNA和蛋白水平上的表達。TPH2是5-HT合成途徑中的限速酶，而5-HT1B可以抑制5-HT的合成和釋放。降低細胞內TPH2的濃度以及提升細胞內5-HT1B的濃度均可以抑制運動過程中5-HT在中樞神經系統(tǒng)中的累積，提升運動力竭時間。來源于三色馬先蒿的毛蕊花苷以及咖啡因等物質可以通過調節(jié)TPH2和5-HT1B的表達，降低中樞神經系統(tǒng)中5-HT的濃度，延緩運動性疲勞。

2、增加機體能量物質儲備

糖原在機體中主要儲存于肝臟和肌肉組織中，是機體進行運動活動的主要能源物質，提高機體內肝臟、肌肉組織中的糖原濃度可以延緩因能量物質耗竭引發(fā)的運動性疲勞。研究表明，膳食補充黃芪、紅景天、牛大力、牛樟菇等多種中草藥來源或食物來源的天然物質均可以提高機體內肝糖原、肌糖原的儲備量，改善運動性疲勞。

在肌肉組織中，來源于血液中的葡萄糖以主動運輸?shù)姆绞睫D運進入細胞內，經過多步酶促反應最終合成糖原分子。葡萄糖轉運蛋白1(GLUTI)和葡萄糖轉運蛋白4(GLUT4)負責高效地轉運葡萄糖進入細胞。當肌肉收縮消耗能量時，GLUT4會促進大量血液中的葡萄糖轉運進入肌肉組織。提高GLUT4的表達可以顯著提高細胞內的葡萄糖濃度，促進糖原的合成。5'-腺嘌呤核苷酸蛋白激酶(AMPK)是機體能量代謝中的關鍵調控因子，其可以通過上調GLUT4的表達量，促進葡萄糖的轉運。研究發(fā)現(xiàn)，鳳尾菜的水溶性提取物可以顯著上調GLUT4和AMPK的表達，提高肝臟和肌肉中的糖原濃度，延長大鼠的游泳力竭時間。杏鮑菇多糖可以顯著增加機體肝糖原與肌糖原的含量，黑靈芝多糖可以明顯提高小鼠負重游泳時長，小鼠的肝糖原與肌糖原含量的有明顯升高。

3、促進脂肪供能

一些天然活性物質可以通過促進脂肪分解供能，減少糖原的消耗，進而延緩運動性疲勞。過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助活化因子1α(PGC-1α)是細胞內葡萄糖和脂肪酸代謝的主要調控因子，一方面，其通過上調GLUTl和GLUT4的表達，促進葡萄糖從血液進入細胞內；另一方面，PGC-1α下調磷酸果糖激酶(PFK)的表達，抑制葡萄糖酵解，上調丙酮酸脫氫酶激酶4(PDK4)的表達，抑制丙酮酸脫氫酶(PDH)的活性，從而抑制葡萄糖氧化產能過程。PGC-1α同時促進脂肪分解供能，其主要通過上調脂肪酸轉運蛋白(FAT/CD36)、肉毒堿棕櫚酰轉移酶1(CPT-1)和中鏈乙酰CoA脫氫酶(MCAD)的表達，促進長鏈脂肪酸進人線粒體內進行分解供能。研究發(fā)現(xiàn)，膳食補充蛹蟲草可以提高脂肪酸的氧化供能效率，減少糖原的消耗。膳食補充2.70 mg/20 g～5.41 mg/20g禾蟲的水溶性提取物可以顯著上調小鼠肝細胞和肌細胞中PGC-1α的表達，提高肝糖原和肌糖原的儲備量，延緩運動性疲勞。

4、維持氧化還原穩(wěn)態(tài)

在長時間、高強度的運動過程中，機體常出現(xiàn)氧化應激癥狀。Nrf2是機體應對氧化損傷的一種重要轉錄因子，大部分組織中均有表達。正常情況下，Nrf2與Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關蛋白-1（Keap1）和泛素連接酶Cullin 3在細胞質中結合并不斷被降解；氧化應激發(fā)生時，Nrf2脫離Keap1，向細胞核內遷移，然后與核內相關抗氧化基因的啟動子如ARE結合后促進其轉錄及翻譯過程，從而產生抗氧化酶或蛋白，清除過量自由基，維持機體氧化還原穩(wěn)態(tài)。急性運動中Nrf2被激活，以此對抗運動過程中產生的過量的活性氧（ROS）；當Nrf2被阻斷時，心肌對氧化應激的敏感性增強，加快內源性抗氧化劑GSH的耗盡，造成細胞、組織和器官產生更嚴重的氧化損傷。研究發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)4周1g/d～2g/d的高麗人參膳食補充后，受試者血液中ROS和丙二醛（MDA）濃度顯著下降。在0.3 g/kg和0.9 g/kg的牛樟菇菌絲膳食補充量下，可以顯著提升小鼠游泳力竭時間和奔跑力竭時問，其機制與提升肌細胞和肝臟細胞中的GSH-Px和超氧化物歧化酶（SOD）濃度，降低肌細胞和肝細胞中的ROS濃度有關。

5、減少代謝物堆積

血液中乳酸、血液中尿素氮（BUN）濃度均是評價天然物質抗運動性疲勞活性的常用指標。乳酸是機體在高強度運動過程中通過糖酵解產生的，常被用于機體葡萄糖無氧代謝的標志物。隨著運動負荷不斷增加，肌肉組織和血液中的乳酸不斷增加。乳酸在肌肉組織和血液中的累積會降低pH值，從而降低糖原分解效率、影響人體骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián)過程等，造成運動性疲勞。機體內氨濃度的升高會損害中樞神經系統(tǒng)的功能，影響腦組織內能量代謝和神經遞質的傳遞，造成運動性疲勞。研究表明，多種天然物質具有降低血乳酸、BUN濃度的活性。膨化谷物與蛹蟲草混合物可以提高血清中總乳酸脫氫酶(LDH)的活性，從而顯著降低小鼠的血乳酸濃度。

6、增強線粒體生物合成和修復線粒體損傷

不管是在短期還是長期的體力活動中，運動表現(xiàn)都會受到線粒體氧化磷酸化速率達到穩(wěn)定狀態(tài)的滯后程度的影響，運動開始的前幾分鐘以及運動負荷的逐步增加過程中，氧化磷酸化速率需要一定的時間達到穩(wěn)定狀態(tài)。這一過程受到肌肉能量水平、可利用O2的多少以及代謝相關酶的激活的影響。其中，運動引起乙?；牟蛔闶窃斐裳趸x緩慢，運動耐力受限的因素之一。肉毒堿乙酰轉移酶（CrAT）是一種線粒體酶，調控乙酰輔酶A和乙酰肉堿的相互轉化以及肌肉能量的經濟化利用， CrAT介導的緩沖線粒體內乙?；饔檬莾?yōu)化運動性能的關鍵因子。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠骨骼肌CrAT基因特異性敲除后，不管在中低強度和高強度運動中小鼠運動能力相比于野生型小鼠顯著減弱、糖原消耗明顯增加、氧利用效率顯著降低。L-肉堿具有增強CrAT mRNA表達的作用，運動前正常小鼠補充L-肉堿有效延長了跑臺力竭時間，而CrAT基因敲除的小鼠補充L-肉堿后，運動耐力不受影響。研究表明，中草藥來源的黃芪多糖、鐵皮石斛提取物和食物來源的楊梅黃酮、花青素、蘆丁、番茄紅素等天然物質均具有增強線粒體生物合成和修復線粒體損傷的生物活性。楊梅黃酮可通過上調骨骼肌細胞中的PGC-1α，沉默信息調節(jié)因子-1(SIRT1)，核呼吸因子-1(NRF-1)和AMPK，促進骨骼肌細胞中線粒體的生物合成，從而實現(xiàn)抗運動性疲勞。

參考資料

[1]倪冰倩，李秀婷，張成楠等.天然物質抗運動性疲勞活性分子機理的研究進展[J].食品研究與開發(fā)，2023，44(10):208-214.

[2]陳慧，馬璇，曹麗行等.運動疲勞機制及食源性抗疲勞活性成分研究進展[J].食品科學，2020，41(11):247-258.

作者簡介：小泥沙，食品科技工作者，食品科學碩士，現(xiàn)就職于國內某大型藥物研發(fā)公司，從事營養(yǎng)食品的開發(fā)與研究。