锌对耐力训练、力竭运动大鼠抗氧化系统的影响（可编辑）

锌对耐力训练、力竭运动大鼠抗氧化系统的影响（可编辑） 锌对耐力训练、力竭运动大鼠抗氧化系统的影响 训练用药组大鼠心肌、肝脏T-AOC活性比对照组高。力竭运动用药组大鼠心肌、 肝脏、腓肠肌T-AOC活性比对照组高。耐力训练用药组大鼠心肌、肝脏T-AOC 活性比耐力训练组高。但是,耐力训练组大鼠腓肠肌T-AOC活性却比耐力训练用 药组高。耐力训练用药组大鼠心肌、肝脏T-AOC活性比力竭运动用药组高。但是 腓肠肌T-AOC活性却比力竭运动用药组低。 + + + + (4)耐力训练组大鼠心肌Na -K -ATP 酶活性比对照组高。肝脏Na -K -ATP酶 + + 活性却比对照组低。耐力训练用药组大鼠心肌、肝脏Na -K -ATP 酶活性均比对 + + 照组高。耐力训练用药组大鼠心肌Na -K -ATP 酶活性比力竭运动用药组高。耐 + + 力训练用药组大鼠肝脏Na -K -ATP 酶活性比耐力训练组高。 (5)Caspase-3活性:耐力训练组、耐力训练用药组、力竭运动用药组 Caspase-3 活性均无显著性差异。耐力训练组大鼠肝脏凋亡信号蛋白 caspase-3 活性低于对 照组。 (6)Bax/Bcl_2 含量:耐力训练组大鼠腓肠肌 Bax 含量比对照组低。Bcl-2含量 比对照组高。耐力训练用药组大鼠腓肠肌 Bax 含量比对照组低。Bcl-2 含量比对 照组高。力竭运动用药组大鼠腓肠肌 Bax/Bcl_2含量均比对照组高。耐力训练用 药组大鼠腓肠肌 Bax 含量比耐力训练组低。Bcl-2 含量比耐力训练组高。耐力训 练用药组大鼠腓肠肌 Bax 含量比力竭运动用药组低。Bcl-2 含量比力竭运动用药 组高。 结论: (1)对大鼠进行长时间的耐力训练,给训练大鼠补充锌,对大鼠不同组织抗氧 化的能力影响不同。耐力训练大鼠腓肠肌抗氧化状态的变化情况优于心肌和肝 脏。耐力训练补充锌的抗氧化效果在心肌和肝脏较明显。力竭运动补充锌对腓肠 肌的抗氧化效果最佳,心肌和肝脏某些抗氧化酶有降低趋势。说明锌的补充还不 能完全消除力竭运动对心肌和肝脏的氧化应激。由此可以推断,锌在防止急性大 强度运动对骨骼肌造成的疲劳有一定的效果;并且能结合耐力训练提高机体心肌 和肝脏的抗氧化能力。 (2)锌的使用能在耐力训练的基础上提高抗氧化能力,提高机体的运动能力。 降低疲劳,防止细胞膜的流动性降低以及细胞膜的损伤发生。使用锌能消除力竭 运动对大鼠细胞膜的损伤,从而防止细胞膜脂质双层结构被破坏,膜流动性降低 的情况出现。 (3)耐力训练、耐力训练补充锌、力竭运动补充锌对大鼠骨骼肌和肝脏细胞凋 亡蛋白酶的活性,细胞凋亡诱导分子和阻遏分子含量的影响有所不同。耐力训练 对肝脏细胞凋亡蛋白酶、骨骼肌细胞凋亡诱导分子能起到降低作用,对骨骼肌细 胞阻遏凋亡分子能起到提高的作用。耐力训练补充锌比耐力训练对骨骼肌的效果 更加明显,而对大鼠肝脏细胞凋亡蛋白酶没有明显的影响。补充锌有防止力 竭运 动引起的肝脏细胞凋亡蛋白酶升高的作用。但是补充锌,能够提高一次性力 竭运 动以后骨骼肌细胞凋亡抑制分子 Bcl-2含量,却不能降低骨骼肌细胞凋亡 诱导分 子 Bax的含量。因此,力竭运动补充锌是否会引起骨骼肌细胞凋亡,还需要 进一 步研究。 关键词:锌、耐力训练、力竭运动、细胞凋亡、补锌、运动营养ABSTRACT Objective:Nowadays, abundant researches have been done on supplementary antioxidant all over the world. However, there are few researches on combining Zinc as an antioxidant with endurance training to slow the body’s oxidative stress after exercise. Within the zinc-supplementary (ZS) to the rats in endurance training group and one time exhaustive exercise group, this experiment aims at observing the effects on anti-oxygen system, caspase-3, Bax/Bcl_2 after the supplementary of zinc to rats in endurance training group, one time exhaustive exercise group. This experiment is not only helpful to develop new antioxidant, but also provide new methodology for depressing the damage of body after physical exercises and recovering from defatigation. ZS is the unavoidable trend of athletic nutrition development as well as the new way of developing new antioxidant Methods:There were the 1 week adaptive swimming exercise for the 32 male Sprange?Dawley rats before the main experiment. The training time is once a day, which the 1st and 2nd day were swimming for 15 minutes; the 3rd and 4th day 20 minutes and the 5th day 30 minutes. After the adaptive swimming training, all rats were divided into 4 groups randomly. The 4 groups are control group(D), endurance training group(X) ,endurance training with ZS (Y) and one time exhaustive exercise with ZS group(L). X group and Y group have been trained for 6 weeks of endurance swimming, which 6 days training per week. The water temperature was controlled about 30 ?. In every training day, the rats swam for 45 minutes during 1st - 2nd week; the 3rd -4th week 60 minutes and 5th-6th week 90 minutes. An exhaustive exercise is in the same swimming pool at the day of acquiring materials. Every 15 minutes, 2 rats were put into the swimming pool, and swam till exhaustion. The judgment rules of exhaustion are as followings: the rats swam under the water continuously, sank into water for more than 10 seconds and could not float freely. The rats’ four limbs exercises are mismatch. The rats are choking. After taking out from the water, the rats did not have body-righting reflex. If the above mentioned situations appeared, we can judge the rats were exhausted. Then we can take these rats out from the water and kill them. Take out of the cardiac muscle, liver, gastrocnemius from the rats and measurement every indicatrix. The method of ZS is dissolving ZnSO 7H O into the 4 2 drinking water, [Zn]227mg/L Results: ( 1)The activity of SOD: The activity of SOD in cardiac muscle, liver, gastrocnemius at X group is higher than those of D group. The activity of SOD in cardiac muscle, liver, gastrocnemius at Y group is higher than those of D group tooThe activity of SOD in liver, gastrocnemius at Y group is higher than those of L groupThe activity of SOD in liver at L group is lower than those of D group. The activity of SOD in gastrocnemius at Y group is lower than those of X group(2)The activity of GPX in gastrocnemius at X group are higher than those of D group. The activity of GPX in cardiac muscle, liver at D group is higher than those of L group. But the activity of GPX in gastrocnemius at D group is lower than those of L group. The activity of GPX in all of the cardiac muscle, liver, gastrocnemius at Y group is higher than those of L group. The activity of GPX in liver, gastrocnemius at Y group is higher than those of X group and D group(3)The activity of T-AOC in cardiac muscle, gastrocnemius at X group are higher than those of D group. The activity of T-AOC in cardiac muscle, liver at Y group is higher than those of D group. The activity of T-AOC in cardiac muscle, liver at L group is higher than those of D group. The activity of T-AOC in cardiac muscle, liver at Y group is higher than those of X group. But the activity of T-AOC in gastrocnemius at X group is higher than those of Y group. The activity of T-AOC in cardiac muscle, liver at Y group is higher than those of L group. But the activity of T-AOC in gastrocnemius at Y group is lower than those of L group+ + (4) The activity of Na -K -ATPase in cardiac muscle at X group is higher than those + + of D group. But the activity of Na -K -ATPase in liver at X group is lower than those + + of D group. The activity of Na -K -ATPase in cardiac muscle and liver at Y group are + + higher than those of D group. The activity of Na -K -ATPase in cardiac muscle at Y + + group is higher than those of L group. The activity of Na -K -ATPase in liver at Y group is higher than those of X group(5)The activity of caspase-3: The activity of caspase-3 in liver at X group、Y group and L group is all have no significant difference. The activity of caspase-3 in liver at X group is lower than those of D group(6) The contents of Bax/Bcl_2: The contents of Bax in gastrocnemius at X group are lower than those of D group. The contents of Bcl_2 in gastrocnemius at X group are higher than those of D group. The contents of Bax in gastrocnemius at Y group arelower than those of D group. The contents of Bcl_2 in gastrocnemius at Y group are higher than those of D group. The contents of Bax/Bcl_2 in gastrocnemius at L group are all higher than those of D group. The contents of Bax in gastrocnemius at Y group are lower than those of X group. The contents of Bcl_2 in gastrocnemius at Y group are higher than those of X group. The contents of Bax in gastrocnemius at Y group are lower than those of L group. The contents of Bcl_2 in gastrocnemius at Y group are higher than those of L group Conclusions: (1)Take the rats for long time endurance training with ZS, this will have different influence to different tissue. The change of anti-oxygen state in gastrocnemius of endurance training rats is better than those in cardiac muscle and liver. Anti-oxygen of endurance training with ZS has distinct effect in the cardiac muscle and liverExhaustive exercises with ZS have the best effect on gastrocnemius. But some antioxidase in the cardiac muscle and liver has the trend of decrease. It illustrates that ZS cannot eliminate the oxidative stress in the cardiac muscle and liver after exhaustive exercises completely. Therefore, we can conclude that zinc has certain effect on preventing fatigue after acute strenuous exercise in skeletal muscle; and combines zinc with endurance training can improve the ability of anti-oxygen of the cardiac muscle and liver(2)On the basis of endurance training, the usage of zinc can improve the ability of anti-oxygen as well as kinestism ability. Besides, it can relieve tiredness and can prevent the cellular membrane from decreasing of fluidity and damage. Zinc can also eliminate the damage of cellular membrane of rats which underwent exhausted exercises. Then it can protect the cellular membrane lipid double-deck structure from damage and can prevent appearing of cellular membrane with decreasing of fluidity(3)The effect of Endurance training, endurance training with ZS and exhaustive exercise with ZS is different in skeletal muscle and liver of caspase-3, Bax/Bcl_2.Endurance training can reduce the activity caspase-3 in the liver and the content of Bax in skeletal muscle. It boosts the content of Bcl_2 in skeletal muscleThe effect of endurance training with the ZS is obvious than the endurance training in skeletal muscle while no conspicuous influence observed to rats’ liver caspase-3. ZS has the ability to prevent the rise of activity of caspase-3 in liver from exhaustive exerciseHowever, ZS can increase the content of Bcl-2 in skeletal muscle after onetime exhaustive exercise while cannot reduce the content of Bax in skeletal muscleTherefore, further study required on whether exhaustive exercise with ZS can result in apoptosis of skeletal muscle Key words : zinc ,endurance training ,exhaustive exercise , apoptosis , zinc-supplementary (ZS),athletic nutrition目 录 第一部分 文献综述 1锌的概述1 1.1锌的发现及性质1 1.2锌在生命体中的形态、分布和代谢.2 1.3锌的生理功用.3 1.4锌的需要量和来源..3 2锌的分子生物学功能.4 2.1锌与金属硫蛋白(MT).4 2.2锌与免疫、生长、繁殖、代谢的分子机制.5 2.3缺锌与DNA损伤..6 3自由基和抗氧化系统的生物学概述及运动对自由基、抗氧化系统的影响6 3.1自由基的生物学概述.6 3.2机体内自由基清除和防御机制9 3.3运动与自由基的形成..13 3.4耐力运动和力竭运动对自由基及抗氧化系统的影响.15 4锌与自由基和抗氧化系统的关系18 4.1锌的抗氧化效果以及对抗氧化酶的影响18 4.2锌对脂质膜的保护作用以及缺锌所导致的损伤19 5锌对细胞凋亡的影响..20 5.1细胞凋亡以及锌与细胞凋亡的关系..20 5.2锌抑制细胞凋亡.21 5.3锌缺乏导致细胞凋亡..23 5.4锌在细胞凋亡调控中的特殊性.23 6小结24 第二部分 实验研究 1前言26 2研究对象与方法.26 2.1研究对象.26 2.2实验器材、药品及试剂.26 2.3实验设计及研究方法..27 2.4测试指标及其方法28 2.5数据处理.39 3实验结果.40 3.1锌的补充对耐力训练、力竭运动大鼠抗氧化系统的影响..40 + + 3.2锌的补充对耐力训练、力竭运动大鼠NA -K -ATP酶活性的影响50 3.3锌的补充对耐力训练、力竭运动大鼠细胞凋亡的影响52 4结果.55 4.1补充锌对耐力训练、力竭运动大鼠抗氧化性的影响.55 + + 4.2补充锌对耐力训练、力竭运动大鼠NA -K -ATP酶活性的影响.58 4.3补充锌对耐力训练、力竭运动大鼠细胞凋亡的影响.61 5结论65 缩略词及中英文对照表.66 参考文献.67 致谢81 第一部分文献综述 1789 年德国人Klaproth发现了锌元素,1934 年Todd等人用大鼠实验,首次 [1] 证明Zn是高等动物营养必需的元素 。随后,人们在Zn的生物功能、代谢机 制和 [2, 3] 营养需求等方面进行了广泛深入的研究 。目前,Zn已成为畜牧业微量元素预 混物的必需组分。迄今,锌是目前确认的 15 中微量元素中生理功能最多的一种 元素。它不仅参与机体的各种代谢,而且还在骨骼发育、生殖、免疫、生物膜稳 定和凝血等生理机能中担负重要角色。由于其在体内广泛的生理生化功能而被称 为“生命元素”。 1锌的概述 1.1锌的发现及性质 三千多年前古埃及人就开始用一种锌制剂??卡拉明来治疗皮肤病。但是人 们发现锌元素比较晚。当碳和锌矿共热时,温度很快高达 1000?,而锌在 906? 沸腾,在此温度下成蒸汽状态,随烟散失,不易为古代人们察觉,只有当人们掌 握了冷凝气体的方法后,单质锌才有可能被取得。因此,锌的发现时间要比铜、 锡、铁、铅晚得多。 据国外学者们考证,我国古代劳动人民首先生产出锌单质。我国制取锌的方 法讲述最清楚的出现在明朝末年(1637年)宋应星著述的《天工开物》一书 中, 这部名著述及了锌单质的制法。德国的龙涅斯在 1617 年所提及的试验是西方已 知最早锌元素的制备。他叙述在熔铅的炉壁上出现白色的金属,工人们称它为 zinck 或 conterfeht,这种当时并没有引起科学家的太多兴趣,锌的拉丁名称 zincum 和元素符号 Zn 由此而来。1737 年和 1746 年德国矿物学家亨克尔和化学 家马格拉夫先后得到金属锌;拉瓦锡在1789首先将锌列为元素。此后1750~1850 年间人们已开始用氧化锌和硫化锌来治病。而1869年Raulin发现锌存在于生活 机体中,并为生活机体所必需。自 1963 年报告了人体的锌缺乏病后,锌开始被 列为人体必需营养素。 金属锌,化学符号Zn,属化学元素周期表第II族副族元素,是六种基本金 属之一。锌是一种白色略带蓝灰色金属,具有金属光泽,在自然界中多以硫化物 状态存在。锌的密度为 7.14 克/立方厘米,熔点为 419.5?,沸点 906?,锌较 软,仅比铅和锡硬,展性比铅、铜和锡小,比铁大。 锌的化学性质活泼,常温下不会被干燥空气、不含二氧化碳的空气或干燥的 氧所氧化;但在与湿空气接触时,其表面会逐渐被氧化,形成的包覆层可阻止进 1 一步氧化。可当温度达到 225?后,锌氧化激烈。燃烧时,发出蓝绿色火焰。锌 易溶于酸,也易从溶液中置换金、银、铜等。 1.2锌在生命体中的形态、分布和代谢 锌是生命机体中的一种重要金属元素,广泛分布于机体的所有组织中,在 前列腺、精液、眼睛、DNA、RNA 中含量最高;其次是肌肉、肝脏、胰腺、骨 骼和皮毛;锌浓度含量最高为视网膜。 正常动物体内锌的总含量为 30mg/kg。全血中锌的平均含量为 0.25~ 0.60mg/100mL,血浆中为 0.1~0.2mg/100mL,这些参数随动物种类和年龄不同 而有所波动。毛、羽中的锌浓度能客观反映日粮中锌水平的变化情况。性成熟时, 前列腺中锌含量特别丰富,精液中也含有较多的锌。 人从食物中获取锌元素,主要是在小肠被主动吸收,肠腔内有与锌特异结 合的因子,能促进锌的吸收。锌转运蛋白(ZnT)-1的表达与血清锌浓度直接相 [4] 关,锌的摄入增加时,金属硫蛋白(MT)降低锌的吸收率 。ZnT-1和ZnT-4能 在机体的所有部位表达,但ZnT-2只能在小肠、肾和胎盘表达,有时也可在肝 脏 表达。饲料中锌含量小于1mg/kg时,小肠和肾中ZnT-2mRNA明显低于饲料中锌 含量30mg/kg组,补充锌时(180mg/kg),ZnT-1和ZnT-2mRNA明显增加,但ZnT-4 [5] 无变化 。被吸收的锌,一部分通过肠黏膜细胞转运到血浆,与血液转运蛋白(白 蛋白以及α-巨球蛋白)结合或与氨基酸和其他配价基结合后运送到肝脏和其他组 织,分布于各器官。糖皮质激素和白细胞介素26(IL26)促进肝脏对锌的摄取, 调节肝细胞内的游离锌水平;另一部分则储存在黏膜细胞内缓慢释放。富含半胱 氨酸的肠道蛋白(CRIP)是细胞内的锌转运蛋白,在锌的跨膜转运中与锌结合, MT竞争性地与锌结合抑制锌的吸收,锌缺乏小鼠肠道MT浓度较低,锌的吸收率 较高。 当锌摄入人体内以后,锌在体内以小分子可溶性物质参与代谢,吸收过程包 括快速进入黏膜细胞和比较缓慢进入血流两个阶段。动物体内的锌主要随胰液、 胆汁排泄入肠腔。由粪便排出,部分锌可从尿及汗排出。被排出的锌主要是来自 日粮中未被吸收的外源锌。通过汗液、乳汁、脱落毛发也损失一部分内源锌。锌 属于需要性调节,由吸收、排泄来维持。 人体内的其他元素如镉、铜、钙、亚铁离子、植酸和膳食纤维会干扰锌的吸 收。促进吸收因素包括维生素 D3、内源性白细胞调节剂(LEM)、前列腺素 E2, 一些氨基酸和蛋氨酸(甲硫氨酸)、组氨酸、半胱氨酸,还原型谷胱甘肽、枸橼 酸盐、吡啶羧酸盐等。粪是锌排泄的主要途径,一部分锌与组氨酸形成复合物从 尿液中排出。 2 1.3锌的生理功用 锌是动物体内许多种酶的组成成分。已知有 200多种的含锌金属酶,有 300 多种酶的活性与锌有关。这些酶在组织呼吸和蛋白质、脂肪、糖、核酸等代谢中 起重要作用。锌参加唾液蛋白构成,锌缺乏可导致味觉迟钝,食欲减退。锌参加 维生素 A 还原酶和视黄醇结合蛋白的合成。眼球的某些组织缺锌,就会影响光 化学过程,使视力变得不正常。锌在体内不仅参与蛋白质、糖类及脂类的代谢, 而且参与胰岛素、前列腺素、促肾上腺素和生长激素的代谢。锌是胰岛素的成分, 胰腺里的锌降为正常含量的一半时,就有糖尿病的可能。 锌是 DNA 聚合酶的必需组成部分,缺锌时蛋白质合成存在障碍,可导致侏 儒症、胎儿发育受影响。在生长的关键时期,动物如果缺锌,将会对脑功能产生 永久性的不良影响。锌还以三种形式参与基因调空:I 构成遗传物质;II 锌依赖 核酸酶;III 锌结合蛋白。锌能增强动物机体的免疫功能,提高动物对疾病的抵 抗能力。根据锌在 DNA合成中的作用,缺锌时导致免疫细胞增殖减少,胸腺活 力降低。由于锌在抗氧化生化酶中的作用,缺锌导致细胞表面受体发生变化。锌 与二十四碳四烯酸、水和阳离子代谢有密切联系。 锌还直接影响动物的生长速度以及骨骼与皮毛的正常生长。缺锌时皮肤粗 [6] 糙、干燥、上皮角化和食道类角化;伤口愈合缓慢,易受感染。//.n 等人 研究发现锌对弹力素(DSS)诱导的溃疡性结肠炎有局部的治愈作用。 锌与动物的生殖有很大的关系,一方面它影响动物的性器官的正常发育,能 促进性器官正常发育,保持正常的性功能,人体的睾丸、前列腺、精液当中,都 含有高浓度的锌。当人体内锌的含量缺乏时,性功能会因此而低下,合成睾丸素 酶发生紊乱,男子将会引起阳痿和脸上生长痤疮;另一方面还影响动物精子和卵 子的质量和数量。锌对激发精子活力有着特殊的作用,缺锌会造成精子活动力的 下降。长期处于缺锌状态而未能及时补充,可出现精子数量明显减少、睾丸萎缩, 性成熟迟缓,性器官发育不全,性功能降低,月经不正常,最后导致不育。 1.4锌的需要量和来源 锌的主要来源是富含锌的食物,好的富含锌的食物来源包括:牡蛎、贝壳类、 动物肝脏、花生、鱼、硬奶酪、粗营养食物、坚果、蛋和豆类、奶、瘦肉及水果 等。水果里面以苹果的含锌量为最高。蔬菜含锌量较小,也含有混合成分如肌醇 六磷酸和草酸盐,而这两种成分能络合锌,使其无法被身体充分吸收。 动物性食物中不仅锌含量高,而且吸收率也比植物性食品高,如肉类中锌的 吸收率高达 30~40%,而植物性食物吸收率一般只有 10~20%。植物性食物中 3 的各种豆类、坚果类含锌较多,蔬菜类以大白菜、白萝卜、紫萝卜、茄子中含锌 量较高。 其它谷类的原粮含锌也高,但含植酸高,要经发酵制作后,才可以形成容易 吸收利用的锌(象蒸玉米面馒头、蒸发糕、江米酒、芝麻酱等可以食用)。谷物 中的锌被发现主要存在于胚芽和麦麸这样的包裹物中,提纯和加工提炼会使食物 的外层包裹物丧失殆尽,存在于其中的大量的锌就会丧失,只有少量的锌被保留 下来,导致锌的总量减少。例如,提纯过的面粉将失 77%的锌,提纯过的大米会 损失 83%的锌,并且谷类的精加工会使原天然未加工的粗糙谷物平均丧失 80% 的锌。因此不宜长期食用精制米、面,以防锌缺乏。但是,谷物精加工也有一定 的益处,它们的肌醇六磷酸含量降低了,而肌醇六磷酸是限制锌被身体吸收的物 质。所以更多的锌实际上从加工过的面包和谷物里被机体吸收了。 2锌的分子生物学功能 2.1锌与金属硫蛋白(MT) 近十多年来,已有许多学者开展了金属硫蛋白(metallothionein,MT)抗 氧化性能的研究。MT是一种广泛分布于体内、富含巯基(-SH)并可与金属离子 [7, 8] 结合的低分子蛋白质 。Cd、Zn、Cu、Fe等重金属,CCl 、百草枯、醋氨酚 等 4 [9, 10] 前氧化剂以及创伤、糖皮质激素等均可诱导MT生成 。生理状态下MT主要和 [11, 12] Zn经金属-硫簇键结合成复合物存在 。目前普遍认为它在重金属解毒、必需 [9, 12, 13] 微量元素如Zn和Cu的代谢调节中起重要作用 。近年的研究还证实它有清除 自由基、抗脂质过氧化作用。 MT富含半胱氨酸,对金属离子具有很强的亲和力,金属离子的浓度调节其 [14] 合成 。金属结合转录因子(MTF)获得锌后,与调节基因转录的金属反应元 素(MRE)结合促进转录,MTF识别MT启动子的特异序列,MRE与DNA结合, 启动转录,通过MRE-MTF或次级调节产物调控基因表达。母鼠日粮中补充锌能 [15] 明显增加子鼠小肠中MT mRNA和MT 。Zn和MT分布在肠道细胞底部,回肠中 浓度最高。小鼠日粮含锌量超过100mg/kg时,肠道MT升高,回肠MT比肠道的其 它部位高40%,锌的含量比其它部位高20%。锌含量超过400mg/kg时,才能提高 肠道黏膜细胞质Zn和MT含量,回肠除外。因为细胞质锌池影响黏膜的保护和修 [16] 复功能。MT的提高说明治疗肠道疾病的锌口服量充足 。与锌结合的MT是锌代 谢的调节因子,能清除羟自由基,MT合成增多时,促进锌在细胞内的结合,控 2+ 制游离的Zn 。补充锌时,红血球、单核细胞和周边血液中单核细胞(PBMC) [17] 的MT水平提高 。单核细胞MTmRNA和红细胞MT浓度的变化,可以作为评定 4 [18] 锌的生物有效性的 。 [19] 锌摄入增加时,MT在骨髓中促红细胞生成素敏感的前体细胞中合成 。若 [20] 母体缺锌,胎儿出生时体内锌蓄积较少,其快速生长时增加对锌的需要量 。 [21] MT-I和MT-II可以保护动物免受锌缺乏和过多的危害 。胰腺MT浓度是锌缺乏的 [22] 最敏感指示物,锌缺乏时,含锌MT为机体提供锌,是大鼠重要的锌来源 。 2.2锌与免疫、生长、繁殖、代谢的分子机制 锌调节淋巴细胞前体的死亡过程,锌缺乏时,骨髓中T和B细胞前体大量减 少,导致淋巴细胞的减少和淋巴系统的不可恢复性破坏,淋巴细胞减少和胸腺萎 [23] 缩是锌缺乏的早期症状,T淋巴细胞的表达与血清和股骨锌浓度成负相关 。羊 羔严重缺锌(3.7mg/kg)时,采食量、日增重、血清碱性磷酸酶和锌浓度降低, [24] 周边血液淋巴细胞减少 。缺锌抑制淋巴细胞的增殖和免疫球蛋白的分泌,适量 的锌能促进奶牛的免疫反应。 锌缺乏引起的生长抑制与DNA的合成抑制有关,缺锌时,小鼠结合胸腺嘧 [25] 啶的能力降低 。对锌的螯合导致成熟胸腺细胞DNA的断裂和细胞死亡。胸腺 肽是血浆中一种含9个氨基酸的多肽,能刺激细胞发育,其结构和活性的维护可 能需要锌。也有人认为补充锌可以增强RNA聚合酶的活性。锌缺乏明显抑制胰岛 素样生长因子I(IGF-I)的表达,降低羔羊血清胰岛素和IGF-I,提高血清生 长激 [26] 素浓度 。锌还是核受体蛋白的一部分,能使其结构稳定于结合靶基因的状态。 [27] 锌缺乏影响核受体生长激素的表达 。锌水平与促甲状腺素(TSH)浓度成反比, [28] Hypozincaemic患者TSH水平较高,补充6个月锌后,可改善甲状腺的功能 。缺 锌时,胶原蛋白的合成、骨钙素含量和碱性磷酸酶活性明显减少,抑制体外培养 的大鼠成骨细胞的增殖和分化,补充锌能促进骨的发育和钙化。 锌缺乏降低青年大鼠睾丸中血管紧张素转化酶(ACE)浓度,明显降低成年 [29] 大鼠体重、睾丸重量、血清和睾丸的锌浓度、睾丸ACE活性和ACEmRNA水平 。 Aesonom(1996)认为锌缺乏时降低循环系统中促黄体生成素和睾酮浓度,改变 肝脏类固醇代谢,调节性类固醇受体水平,是雄性动物生殖机能退化的发病机理。 怀孕期间轻微缺锌,母亲的发病率提高,怀孕期延长,危及胎儿的健康,还会引 [30] 起流产。MT-I和MT-II的表达可以改善怀孕母鼠的繁殖状况 。 Vick( i 1998)认为,青年男子补充锌能提高单核细胞和血红细胞脂蛋白mRNA 浓度,单核细胞和血红细胞脂蛋白mRNA是检测机体锌水平和化合物生物有效性 的指标。载脂蛋白(apoB)的编辑是转录后特殊位点的胞嘧啶脱氨反应,哺乳动 物的小肠和一些动物的肝脏中存在apoB48,该反应由一种酶调控,该酶含有催化 [31] 亚基apobec-I,此亚基是依赖锌的胞嘧啶脱氨酶 。锌缺乏抑制肝脏apoA-I的表 5 [32] 达 ,降低血浆apoB-48和apobec-1mRNA,影响肝脏apoBmRNA的编辑,日粮中 含锌水平也可能影响apoB的代谢。 2.3缺锌与 DNA损伤 锌缺乏会导致氧化剂积聚,DNA氧化损伤,使P53、核因子κB(NF κB) 、激 活蛋白(因子)1(AP1)与DNA的结合断裂,并影响大鼠神经神经胶质瘤细胞 [33, 34] 的DNA修复 。研究表明,缺锌引起DNA损伤,影响DNA修复酶的表达。低 锌抑制大鼠经神经胶质瘤C6细胞生长并加强氧化应激。细胞内低锌会引起 DNA 单链断裂。锌缺乏的C6细胞同样表现出含锌DNA修复蛋白P53和嘌呤核酸内切酶 (APE)的过度表达。充足的锌能让细胞生长,修补DNA损伤。APE是一种多功 能蛋白,不仅能修补DNA,还能控制DNA与转录因子的结合活性,这些都与癌 症的表达有关。锌缺乏会降低转录因子p53、核因子κB、激活蛋白因子1(AP1) 与DNA的结合。因此,细胞内低锌会导致DNA氧化损伤引起DNA修复蛋白的表 [33, 34] 达,但是与p53的结合和DNA修复信号会因为低锌而失败 。亚铁血红素的不 [33, 34] 足引起线粒体的衰退似乎能解释氧化应激 。δ-氨基乙酰丙酸脱水酶 (δ-ALA-D)包括8个锌原子,催化不对称的2个δ-氨基乙酰丙酸(δ-ALA)分子 [35] 凝缩并在细胞质内产生卟吩胆色素原,这是亚铁血红素的一种中间体 。锌缺乏 [36-38] 还会引起人类的认知故障 。 3自由基和抗氧化系统的生物学概述及运动对自由基、抗氧化系统的影响 3.1自由基的生物学概述 自由基学说(Free radical theory)是具有代表性的致衰学说之一。这一学说 20世纪50年代中期(1956年)由著名学者harman首先提出,其后得到许多学者的 [39] 共识 。 自由基(free radicals)被定义为“在外层轨道中带有一个或更多不成对电子 的基团”,这些基团可以在正常生物体内独立存在,并与体内多种生物分子发生 一系列自由基“损伤反应”。自由基是机体正常代谢的中间产物,在机体内有很强 的氧化反应能力,且易产生连锁反应,对蛋白质、核酸、脂质等产生伤害作用, [40, 41] [42] 从而导致机体的损伤 。大量的科学实验证实 ,氧自由基与机体损伤有着 非常密切的关系。分子氧最多可以接受4个电子而生成H O。然而当他接受1,2, 2 -? 3个电子是将暂时分别生成O ,H O ,?OH。这些氧的代谢产物及其衍生的含氧 2 2 2 物质,有较活泼的化学性质,统称他们为活性氧(reactive oxygen species,ROS)。 6 其中一些活性中间产物可能从完全的4价还原过程脱离出来,并与生物结构或其 他组成成分反应,激发氧化损伤并产生其他的ROS。ROS与氧自由基不是同一概 念。与氧自由基不同,ROS代表的范围更广,它包括一些非自由基的衍生物,如 H O 、过氧化物(peroxide)、单线态氧(singlet oxygen)、氢过氧化物 2 2 (hydroperoxides)、环氧化物(epoxides)等。许多学者将一氧化氮(NO)及其 - 衍生物过氧亚硝酸基(peroxynitrite,ONOO )也归于ROS类。ROS能够激发并 使组织氧化损伤扩散。 [43] 据文献报道 ,人体内总自由基中约95%以上属于氧自由基,因此,氧自由 基对人体有着特殊的意义,现将常见的自由基列于表: 表 1 常见的自由基 缩写字 英文名称 中文名称 -? O Superoxide anion radical 超氧阴离子 2 HO ? Hydrogen peroxide radical 氢过氧基 2 H O Hydrogen peroxide 过氧化氢 2 2 HO? Hydroxyl radical 羟自由基 RO? Oxygen organic free radical 氧有机自由基 ROO? Organic peroxide radical 有机过氧基 1 O Single oxygen 单线态氧 2 ROS Reactive oxygen species 活性氧 L? Lipid free radical 脂自由基 LOO? Lipid peroxide radical 脂过氧基 1 注:严格地说 O 与H O 不是氧自由基而属于活性氧,但反应活性极高,通常 把它们看作为 2 2 2 氧自由基。 引起生物体内自由基生成增多的原因有:?环境污染,如吸烟,一些化学药 物污染等。?电离辐射。?病毒感染。?吞噬细胞杀菌。?组织炎症、水肿。 ? 使用一些药物,如博莱梅素。?肿瘤。?衰老。?运动。 机体在代谢过程中产生自由基,即内源性自由基。1972年Broveris等发现细 胞中可以产生过氧化氢,线粒体的呼吸链是生成过氧化氢的一条新的重要的代谢 部位。1973年Loschen等报导在呼吸过程中不断生成氧自由基;鼠肝细胞线粒体 7 中过氧化氢的生成直接与能量代谢过程耦联; ATP生成的同时伴有氧自由基及过 氧化氢的产生。以后又有人不断报导,红细胞在载氧过程中以及各种器官的微粒 体核膜和内质网,还有其他氧化代谢反应过程中都可以产生自由基。 现将内源性自由基的产生途径归纳如下: ? 某些氧化还