细胞自噬与运动

（郑州升达经贸管理学院体育学院 河南 郑州450000）

引言

近些年关于自噬的研究领域越来越广泛，最初认为自噬主要应答饥饿。尽管在低等真核生物中也许是正确的，但是在高等真核生物中这种分解代谢过程却发挥着多种生理功能。所以研究人员认为自噬是一种形成双层膜囊泡、吞食并降解细胞质物质生成并循环利用营养成分的细胞过程。一定程度的自噬属于一种自身存在的细胞保护性机制，并且在机体的固有免疫系统中也发挥作用；如果自噬程度低于正常值或者自噬过度则会导致细胞内环境的紊乱，加剧或导致细胞死亡。疾病和应激刺激可以造成心肌自噬活性明显增高，自噬也参与多种心脏疾病的发生和发展。随着社会的不断进步，越来越多的心血管疾病和心力衰竭病症影响着人类的健康，研究学者们也在不断的追寻防止乃至治疗此类疾病的方法。其中心肌自噬的影响作用成为了近些年来不断深入研究的焦点之一。

1、细胞自噬

1.1、细胞自噬的概念

自噬一词最早是由希腊词汇传出来的，1962年Ashford和Poeter等通过透射电镜在胰岛素处理过的小鼠肝脏细胞中发现了自噬现象。最近几年，由于自噬现象受到了越来越多的重视，所以对其研究也从未间断过并逐步加深。自噬是一种形成双层膜囊泡、吞食并降解细胞质物质生成并循环利用营养成分的细胞过程。细胞自噬具有多种生理功能，例如氨基酸池的维持、细胞内的质量控制、发育、细胞死亡、肿瘤抑制和抗衰老中都有起到至关重要的作用，所以自噬在很多方面都收到了广泛重视，如免疫、衰老、发育、神经退行性疾病和癌症等领域。自噬在真核生物中普遍存在，它能够维持基本的细胞所生存的环境。通常情况下，细胞自噬处于一个相对稳定的水平，来维持细胞内部各种物质以及镍环境的稳定，但外界因素的主动干预或者自身条件的变化会导致细胞自噬程度发生一定程度的变化，如能量缺乏、氧化应激、细胞器的损伤以及运动刺激等都能够改变自噬发生。

1.2、自噬过程与分类

细胞内的蛋白质降解系统大致可分为两类：选择性讲解和非选择性降解。选择性降解主要通过泛素—蛋白酶系统进行，而大部分非选择性降解在溶酶体中发生，在溶酶体中降解细胞质成分通常成为自噬。自噬的形成过程大致可以分为几个阶段：诱导、运载物的识别和包装、囊泡形成核、囊泡扩展和闭合、ATG蛋白循环、囊泡与液泡/溶酶体融合、囊泡分解以及所产生的的大分子的循环再利用。每个阶段虽然没有明显的划分，但是每个时期都有其代表性的物质能够清楚地反映出自噬过程的不断进行。

自噬现象广泛存在于真核细胞中，主要有三种类型：即大自噬、小自噬及分子伴侣介导的自噬（CMA），它们之间在作用机理上是不同的。大自噬和小自噬均涉及动态的膜重排来吞食部分细胞质，并且它们能够隔离大的结构来直接吞食细胞质，相比之下大自噬将部分细胞质隔离到一种从头合成的称为自噬体的双层膜囊泡中，随后闭合的自噬体与溶酶体液泡融合，将具有单层内膜的囊泡释放到溶酶体腔中，而CMA并不涉及类似的膜重排过程，它是将需要降解的特殊蛋白与分子伴侣进行结合，进而轻转运到溶酶体腔中被降解，目前研究重点是围绕大自噬镜像展开的，即自噬。

1.3、自噬的研究进展

近些年关于自噬的研究领域越来越广泛，最初认为自噬主要应答饥饿。尽管在低等真核生物中也许是正确的，但是在高等真核生物中这种分解代谢过程却发挥着多种生理功能，如前面所述氨基酸池的维持、细胞内的质量控制、发育、细胞死亡、肿瘤抑制和抗衰老等。所以自噬在维持细胞稳态、免疫系统、衰老和发育、炎性肠病以及癌症等领域中发挥的作用成了近些年关于研究自噬的热点问题。

由于细胞自噬的多种生理功能，它能够在细胞的代谢过程发挥稳定的作用，目前针对于细胞自噬展开的研究越来越多，越来越广泛，研究也越来越深入。最初的研究认为细胞自噬将结果呈对其底物是没有选择性的，现在已经正式其存在一定的选择性。而目前针对细胞自噬水平方面的研究方法大致有形态学观察法，蛋白质印记技术以及免疫组化技术等等。总体来说，对与细胞自噬的检测主要包括以下两个大的方面：（1）细胞自噬的动态指标的检测，主要检测的是与自噬相关的一些基因和蛋白在外界或者药物干扰的情况下的一些动态变化；（2）细胞自噬的稳态指标的检测，主要检测内容是外界或者药物因素影响的情况下细胞内部自噬泡数量的变化，从而对细胞自噬的能力做出综合的判断和评价。

细胞自噬的作用不容小觑，它能够清除受损以及衰老的细胞及异常蛋白，是一种长期存在的降解/再循环途径，并且随着年龄的增长自噬能力显著降低，长期自噬能力不足会加速衰老。另外一旦自噬调控机制发生紊乱将会引发一系列的疾病，例如肿瘤、一些神经退行性疾病、病原微生物感染、衰老以及肌细胞失调等。

2、运动与细胞自噬的关系

2.1、不同运动种类对自噬的干预作用

首先运动训练强度不同对于细胞自噬的影响结果也是不同的，正常情况下，细胞自噬处于一个非常稳定的状态，当外界主动干预并到达自噬调控的临界点时，自噬水平将会发生上调。但是如果运动强度过低，则无法对自噬产生干预作用，随着运动强度的不断增加，自噬上调的程度会越来越明显，适宜强度的运动训练可以引起细胞自噬的适应性重塑，但如果运动强度过大，则会导致细胞自噬的过度激活，从而使得被降解的细胞内容物过多，导致细胞损伤的发生，严重的甚至可导致细胞自噬性死亡。

其次不同周期的运动类型对细胞自噬的影响也是有所差异的。贾绍辉等对小鼠做了短期运动和长期运动小鼠心肌自噬造成的影响的比较，结果显示短期运动训练产生的结果是心肌细胞凋亡发生的同时，自噬能力也被激活；而长期耐力训练的结果是在心肌细胞的凋亡率降低，自噬能力不断增强，同时这两种类型的运动方式又都能够提高一些抗氧化因子的表达，提升心肌组织的代谢和收缩功能，对心肌起到一定的保护作用。

同时很多研究是围绕力竭运动或者耐力运动是否会造成小鼠的心肌损伤进行展开的。刘子泉等运动对细胞自噬水平的影响，结果说明，采用力竭运动的干预方式会导致心肌氧化应激机制发生损伤的同时还会诱发大量大鼠心血管细胞凋亡。而不同强度的耐力运动训练也能引起细胞自噬能力发生不同程度的改变，从而有利于对抗缺血再灌注损伤的修复再生，但是不同运动干预自噬发生的机制是否相同，或者引发自噬开始发生作用的临界点时什么尚有待解决，而且在不同的情况下是否是所有相同指标在调控自噬的发生，也尚不明确，需进一步深入研究。

2.2、运动对心肌自噬水平的影响研究

目前对于运动预处理引起的对心脏缺血/再灌注损伤保护作用的相关机制提出了许多有关耐力运动训练对心脏起保护作用的机制假设,很多研究也在自噬的各个环节探讨了运动干预产生作用的机制，大概包括解剖学和生理学的变化以及运动导致热休克蛋白的表达升高，同时还能够提升心肌SOD酶活性促进应激蛋白的表达；提升心肌对胰岛素的敏感度；提高心肌抗氧化的效能。有研究表明，经过运动预处理的小鼠心肌中的自噬相关蛋白水平发生了一定程度的变化。所以另一方面的原因是由于运动预处理提高了心肌细胞的自噬活性起作用的。

另外耐力运动或者力竭运动在超过一定的运动强度时会对心肌造成不同程度的损伤。研究显示,运动作为一种应激刺激会对机体产生一系列影响，尤其是对心脏来说运动训练往往是一把“双刃剑”，目前认为运动强度如果能够控制在合理的范围内，可以对心脏产生正面效果，比如提升心肌细胞的能量代谢和收缩等功能；但是如果运动强度过大或者进行长期的力竭运动则可能会对心脏产生不利的影响，是心脏产生损伤，从而导致心肌技机能发生异常，诱发运动性疾病的产生，甚至导致猝死，那么他们导致心肌损伤发生的机制可能与氧自由基生成增加、抗氧化能力下降、细胞内Ca2+超载、心肌局部酶活性的改变有关。

2.3、运动训练引起的自噬变化与心肌保护

正常情况下，细胞自噬出于一个相对稳定的水平，以维持蛋白质的代谢平衡和细胞内环境的稳定，但在能量缺乏，细胞器损伤以及运动刺激等因素的影响下，细胞自噬水平会发生相应改变。就运动训练而言，由于运动训练引起心肌自噬水平会发生一定程度的改变，从而起到心肌保护作用。目前有研究显示，适宜强度的运动训练课通过提高心肌细胞的自噬水平，降解运动过程中产生的代谢废物和受损蛋白，并产生大量的ATP供细胞利用，并在一定程度上一致了新报的凋亡和死亡；过度训练则会引起自噬活性的大强度激活，过多了降解细胞内容物导致细胞内环境失衡，免疫系统不能正常工作，最终导致心肌细胞损伤或疲劳。

3、讨论与展望

自噬是一种形成双层膜囊泡、吞食并降解细胞质物质、生成并循环利用营养成分的细胞过程。目前有关细胞自噬的研究已经成为研究者们越来越关注的话题，而由运动引起自噬发生变化也给研究者们开辟了一条新的思路。随着科技的进步社会的发展，导致很多不良生活方式的产生加上工业化产生的有害环境因素的影响，心血管疾病对人类生命健康构成了严重威胁，那么通过运动来调节心血管系统的保护功能也成为目前的一大焦点，但是运动干预引起心肌保护作用的机制至今尚未明确，有待进一步深入研究。