补充左旋肉碱影响运动疲劳的分子机制

封卓群，徐晓阳，郭培培

（华南师范大学 体育科学学院，广东 广州 510631）

补充左旋肉碱影响运动疲劳的分子机制

封卓群，徐晓阳，郭培培

（华南师范大学 体育科学学院，广东 广州 510631）

运动疲劳是一个复杂的生理过程.左旋肉碱是一种安全有效的运动补剂，补充左旋肉碱可以通过改善运动供能、加速乳酸清除、缓解氧化应激等方面减缓运动疲劳的发生，提高运动能力.

左旋肉碱；运动疲劳；能量代谢；氧化应激

左旋肉碱是一种内源性物质，成年男性的储备量约为20-25克，其中95%存在于骨骼肌中，其主要作用是作为肉碱棕榈酰基转移酶I（CPT I）的辅酶.1985年，芝加哥国际营养学术会议将左旋肉碱定为特定条件的必需营养物质.大量研究表明，补充左旋肉碱可以延缓运动疲劳的发生，延长力竭运动时间[1].研究者们对补充左旋肉碱影响运动疲劳的分子机制进行了大量研究，认为其主要是通过改善运动供能、减少血乳酸浓度、缓解运动氧化应激三个方面来发挥作用.现就近年来国内外有关补充左旋肉碱影响运动疲劳的基因调控、信号转导等分子机制进行综述.

1 运动疲劳概述

1983 年，第五届国际运动生化会议将运动疲劳定义为：机体不能将它的技能保持在某一特定水平，或者不能维持某一预定的运动强度.早在1935年，Simonson提出疲劳包括以下几个过程：(1)代谢基质疲劳产物的积累，(2)活动所需基质耗竭；(3)机体的生理化学状态改变；(4)调节和协调机能失调.从19世纪80年代以来，国内外学者对于运动性疲劳产生的原因进行深入研究，建立了许多学说，为科学训练提供了相关理论依据，现在较为认可的有：衰竭学说、堵塞学说、内环境稳定性失调学说、保护性抑制学说、自由基损伤学说等.

运动疲劳是超过正常活动机能的衰竭现象，是提高运动成绩所进行的大运动量、大强度训练时不可避免的身体机能变化，没有疲劳就没有提高.但是运动疲劳产生后如果没有通过合理的手段即时消除，就会造成过度训练，出现一系列生理指标变化、肌力下降、主观感觉消极、感觉不灵敏等症状，严重影响训练、比赛的效果，影响身体健康.因此，延缓疲劳的发生和促进疲劳的恢复一直是运动医学、保健医学、康复医学、航天医学等学科的研究重点.

2 左旋肉碱与运动时供能

长时间大强运运动后期，糖酵解速率增加，使得乙酰辅酶A产生增多，乙酰辅酶A可使CPT I活性下降，抑制长链脂肪酸向线粒体内转运，抑制脂肪酸β氧化；乙酰辅酶A浓度升高也会抑制丙酮酸脱氢酶复合体(PDHc)，抑制丙酮酸生成乙酰辅酶A进入线粒体氧化，从而抑制了糖有氧代谢，使得运动时能量供应速率下降，三磷酸腺苷和磷酸肌酸的储备率低于使用率时，运动就不能持久，而出现疲劳.

研究表明，补充左旋肉碱可加速脂肪酸氧化，使ATP的生成速率增加[2].同时，补充左旋肉碱可抑制小强度运动时的糖氧化供能，节约肌糖原约55%[3]，这可能是由于脂肪氧化供能增加，使得机体不需要更多的糖原氧化供能.补充左旋肉碱影响运动时供能的可能机制有：

2.1 增加CPT I表达

脂肪酸的β氧化是长时间耐力运动的主要能量来源，也是运动后恢复期的主要能量来源.CPT I可转运长链酯酰辅酶A进入线粒体进行β氧化，左旋肉碱作为CPT I的辅酶，可调节CPT I的活性及表达.研究表明，补充左旋肉碱24周可增加大鼠肝脏和骨骼肌CPT I活性[4].而且左旋肉碱可通过增加血液中游离脂肪酸水平，调节CPT I基因表达[5].

2.2 上调PPARα表达

过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)包括三种亚型PPARα、β、γ.PPARα激活后可调节包括脂肪酸摄取、结合、氧化及脂质运输在内的许多基因的表达，在脂肪生成、脂质代谢、炎症等调节中起着关键作用.Jin-Lian Li等认为，补充左旋肉碱可使PPARα表达量在转录和翻译水平上增加[6]，这可能使其加速脂肪动员.

2.3 增加有氧代谢关键酶活性

PDHc是是葡萄糖-脂肪酸循环的重要调节点，三羧酸循环是是能源物质氧化供能的枢纽.左旋肉碱可以增加肌肉丙酮酸脱氢酶复合体、三羧酸循环关键酶如柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶活性[3]，增加大强度运动时氧化供能的比例，增加能量供应.

3 左旋肉碱与氧化应激

高强度运动时内膜损伤和高温可引起线粒体解偶联，产生电子漏，漏出的电子会将氧单价还原，形成氧自由基.自由基可破坏大分子物质，造成细胞供能和结构的损伤.如使血浆脂质过氧化(LPO)，这不仅影响Ca2+-ATP酶，造成胞浆中Ca2+的堆积，阻碍肌纤维的兴奋-收缩偶联，还抑制线粒体呼吸链ATP的释放和氧化酶的活性，从而导致肌肉工作能力下降，产生疲劳.

研究表明，向离体血浆添加0.1mM左旋肉碱可保护血浆蛋白和脂质，降低血浆羰基、蛋白硫醇水平，增加血浆蛋白-SH水平[7]，说明补充左旋肉碱可以缓解运动时氧化应激.补充左旋肉碱缓解氧化应激的可能机制有：

3.1 激活ERK1/2/PI3K/Nrf2通路

转录因子NF-E2相关因子（Nrf2）是细胞氧化后激反应中的关键因子，Nrf2是细胞抗氧化反应的中枢调节者，Nrf2通过与抗氧化反应元件(ARE)相互作用调节抗氧化蛋白和Ⅱ相解毒酶的表达.实验表明[8]，左旋肉碱可通过ERK1/ 2/PI3K/Nrf2途径，促进Nrf2核转位，并与ARE相结合，促进各抗氧化酶表达.

3.2 提高抗氧化剂活性

机体自身体内存在着维持氧化平衡的抗氧化系统，主要包括抗氧化酶和非酶抗氧化剂.研究表明[9]，补充L-肉碱可增强安静时血清谷胱甘肽酶活性和供氢能力，减少游泳力竭大鼠MDA水平，增加其GSH和VE水平，增强抗氧化能力.

3.3 提高线粒体呼吸链酶活性

线粒体氧化磷酸化的电子传递链，又叫线粒体呼吸链，位于线粒体内膜上，是细胞内形成ATP和氧化磷酸化的关键酶，也是运动时产生自由基的关键部位.补充左旋肉碱可提高线粒体呼吸链酶复合体Ⅳ即细胞色素C氧化酶的活性[10]，降低质子漏，有效降低氧自由基的产生.

4 左旋肉碱与血乳酸

高强度运动糖酵解速率增加，其代谢产物乳酸堆积抑制果糖磷酸激酶活性，而抑制糖供能的速率，使得ATP合成速率减慢.而且血乳酸浓度过高，导致血液和肌组织pH值下降，从而阻碍神经肌肉节点的兴奋传递，影响肌肉收缩，引起疲劳.

如前所述，补充左旋肉碱可以增加运动时脂肪酸氧化供能的比例，抑制糖酵解供能，使乳酸生成减少.有报道称[11]，补充左旋肉碱可使力竭运动后血乳酸浓度降低24%.而且，补充左旋肉碱也可以提高机体清除乳酸的能力[12].但其相关分子机制除前述的增加有氧代谢酶活性外，尚无其它相关研究.

5 总结

补充左旋肉碱可以加速运动时氧化供能的比例，抑制糖酵解，促进乳酸清除，并缓解运动时氧化应激，以延缓运动疲劳的发生，提高运动能力，是安全有效的运动补剂.目前，该领域虽然取得了很多成果，但仍有很多问题需要解决，比如在运动实践中补充左旋肉碱的具体剂量和周期，提高线粒体呼吸链酶活性的具体分子机制，促进血乳酸清除的分子机制等.今后的研究方向应该在体内外在进行体内外实验研究补充左旋肉碱延缓运动疲劳作用的同时，从分子水平的抗疲劳机制研究，特别从信号传导通路和抗疲劳作用靶点进行深入地研究，为左旋肉碱应用于运动竞赛及大众健身提供更多的理论基础及实验依据.

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G804.2

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1673-260X（2014）03-0085-02