运动量与端粒的关系及其对寿命的影响

江彦璋　高宇辉　王文婕　贾晓芳（山西医科大学，山西太原　030001）

运动量与端粒的关系及其对寿命的影响

江彦璋高宇辉王文婕贾晓芳
（山西医科大学，山西太原030001）

人类探索长寿的脚步从未停止，端粒对寿命的影响成为学者们热议的话题。端粒是真核生物染色体末端的一种特殊结构，而端粒酶是由RNA和蛋白质组成的核糖核酸-蛋白复合物，二者与寿命存在一定的关系。运动对人体骨骼肌细胞、白细胞和心肌细胞中的端粒都有影响。适量的运动能增加端粒酶活性，从而延缓端粒缩短，达到长寿的目的。

端粒端粒酶运动寿命

1　运动与长寿的流行病学的调查

流行病学资料显示，适量的运动可以提高机体机能，增强人体免疫力，改善身体健康。芬兰科学家发现，运动对生物体衰老进程的作用比基因的作用更大。高运动耐量的人可能具有更长的端粒。高运动耐量的人比低运动量的人在生理方面年轻四岁，相同年龄的马拉松运动员比一般个体要年轻十六岁。

2　端粒、端粒酶的结构及寿命与二者的关系

2.1端粒的结构

端粒是真核生物染色体末端的一种特殊结构，实质上是DNA的重复序列。当细胞分裂一次，每条染色体的端粒就会变短一些，约50-200个核苷酸会因多次细胞分裂而不能达到完全复制，以至细胞不再分裂。DNA每复制一次，其子链就会缩短，每次缩短约50-200bp。因此，细胞分裂次数越多，其端粒磨损越多，细胞寿命越短，严重缩短的端粒是细胞老化的信号。目前，端粒的缩短作为细胞衰老的标志已经被大众认可。

2.2端粒酶

Blacburn与Greider在80年代首次在四膜虫中发现并鉴定出端粒酶的存在，它能特异性延长四膜虫端粒末端。端粒酶是由RNA和蛋白质组成的核糖核酸-蛋白复合物，是使端粒延伸的反转录DNA合成酶。在细胞中负责端粒的延长，是基本的核蛋白逆转录酶，可将端粒DNA加至真核细胞染色体末端。以RNA组分为模板，端粒3'末端为引物，在该种复合物的催化作用下合成端粒重复序列。

2.3二者与寿命的关系

端粒酶可延长缩短的端粒，是端粒在保持染色体稳定性和细胞活性的一个重要因素。目前认为，端粒酶活性仅限于未成熟的细胞中；而大多数体细胞组织中端粒酶水平低，或者根本检测不出来。端粒酶的激活能够减慢在细胞分裂中端粒缩短的速度，延缓细胞衰老，甚至可使其无限增殖转化为永生细胞。其实染色体能否进行正常的复制与端粒的绝对长度无关，只有当端粒缩短到“临界长度”时，衰老才会突然发生。从这个角度讲，要达到延长寿命的目的，我们应尽最大可能延缓细胞端粒的缩短速度。

3　长期运动对端粒长度的影响

端粒长度缩短进程非常缓慢，试验员需耗费多年时间才能观察到其长度变化。但在人体实施精准条件控制型的长期运动试验非常困难，所以大部分是利用免疫细胞DNA样本库进行回顾性试验来探求人体端粒长度与运动关系。

人体免疫细胞中端粒长度与运动有如下三种关系：正向关系，无关系，倒U关系。

3.1正向关系

诸多实验表明：运动量与端粒长度呈正相关。Cherkas等［1］通过比较运动活跃群体与安静群体的端粒长度，证实这两群体间的端粒长度差相当于十年的生物学年龄，即运动人群比安静人群在生理上要年轻近十岁。在同等运动量的条件下，氧储备能力高的人比氧储备能力低的人有更长的端粒。

3.2运动与端粒长度无关

尽管这两种人群的运动量有本质的差异，Mathur等［2］通过比较年龄性别相同的马拉松运动员与安静群体，却发现端粒的长度与最高氧耗量以及运动量之间并无统计学关系。或许因为标本人群的年龄、运动程度、端粒测量方式、以及其它不可控因素，如饮食习惯与心理状态，均有可能使这些试验间缺乏可比性。

3.3倒U关系

少量研究表明，与大量运动以及安静人群相比，适度运动的人具有更长的端粒。Ludlow等设计了一组试验：在严格控制年龄、体重、性别的条件下，将50-70岁的人分为低运动量组（＜990kal/wk）、中等运动量组（991-2340kal/wk）、和高运动量组（3541kal/wk）。中等运动量组端粒的平均长度高于其他两组，而且端粒缩短的发生率更低。在单个细胞中，每条染色体末端的端粒长度都不同，而最短的端粒长度是诱导细胞凋亡的决定因素。因此，最关键的问题是控制大量细胞中最短端粒的长度。不妨设想一下，未来我们也许可以通过改变最短端粒的长度来调控细胞的寿命。

4　运动对机体各种细胞端粒的影响

4.1运动对骨骼肌端粒的影响

运动训练对骨骼肌端粒生理的影响十分复杂。一般来说，参与运动的骨骼肌细胞易增殖，这种增殖与端粒的长度有直接关系。耐力运动或重力抵抗运动等损伤性的运动易刺激肌纤维并使肌肉干细胞增殖，从而使端粒缩短的速度加快。 Collins等通过比较接受同等运动量的同龄健康运动员和长期过量训练而至肌疲乏症的运动员发现：肌疲乏运动员在运动中表现得更易疲乏，耐受能力降低。这提示长期过量运动使骨骼肌损伤的修复能力降低。通过分析，过量训练使运动员骨骼肌卫星细胞的增殖压力增大，从而导致肌疲乏的运动员的端粒短于健康运动员的端粒。

4.2运动对白细胞端粒的影响

Werner等［3］研究了6个月的转轮运动训练对C57bl/6小鼠白细胞中端粒长度的影响。运动3周和6个月的小鼠的端粒长度却观察不到明显改变。但是通过观察自然衰老18个月的安静小鼠，却在小鼠白细胞与左心室心肌细胞中发现端粒长度缩短。这些分析结果强调了长时间的观察研究在探究运动对小鼠端粒长度影响的试验中也是必要的。

4.3运动对心肌细胞端粒的影响Ludlow等［4］选取小鼠做了一个相似的试验。小鼠分三组，8周年龄的安静组、1周岁的安静组、一周岁并且做转轮试验44周的运动组。分别观察肝脏、心脏和骨骼肌组织中的端粒长度，发现运动使肝脏与心脏中的端粒长度缩短减缓。但是骨骼肌中的端粒长度在运动小组中缩短发生最明显。这些数据提示，运动不仅影响白细胞端粒的长度，也对心肌、骨骼肌肝脏中的端粒长度产生不同影响。这些组织特异性反应可能与运动刺激使不同组织产生不同增殖需要相关，也有可能是与这些组织本身抗氧化能力差异性相关。

5　结语

随着细胞的分裂，端粒逐渐变短，延缓端粒的缩短是延长寿命的主要机制。其中，端粒酶活性增加能延缓端粒缩短。适量的运动能增加端粒酶活性，从而延缓端粒缩短，达到长寿的目的。

［1］L.F.Cherkas，J.L.Hunkin，B.S.Kato et al“Th association between physical activity in leisure time and leukocyte telomere length”Archives of Internal Medicine，vol 168，no.2， pp.154-158，2008.

［2］S.Mathur，A.Ardestani，B.Parker et al“Telomere length and cardiorespiratory finess in marathon runners”Journal of Investigative Medicine，vol.61，no.3，pp.613-615，2013.

［3］C.Werner，M.Hanhoun，T.Widmann et al，Effcts of physical exercise on myocardial telomere-regulating proteins，survival pathways，and apoptosis”Journal of the American College of Cardiology，vol.52，no.6，pp.470-482，2008.

［4］A.T.Ludlow，S.Witkowski，M.R.Marshall et al，“Chronic exercise modifis age-related telomere dynamics in a tissue specify fashion”Journals of Gerontology，vol.67，no.9，pp 911-926，2012.

江彦璋（1993—），男，江苏海门人，山西医科大学本科在读，学生。