邵 月

(河南財經(jīng)政法大學(xué)體育部, 河南 鄭州 450002)

P53位于多個細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的核心位置，被DNA損傷、缺氧、致癌因子激活等應(yīng)激信號激活后，誘導(dǎo)DNA修復(fù)、細(xì)胞周期停滯、細(xì)胞衰老或者凋亡等〔1〕。運動能使P53 mRNA表達(dá)發(fā)生不同的適應(yīng)性反應(yīng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)多個細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)機(jī)體新陳代謝、延緩細(xì)胞衰老、減少細(xì)胞癌變概率等。

1 運動對肌細(xì)胞中P53表達(dá)的影響

P53對運動訓(xùn)練既有肌纖維類型特異性，也有運動強度的敏感性〔2〕。耐力訓(xùn)練激活A(yù)MPK，磷酸化P53絲氨酸15位點，促進(jìn)有氧氧化能力提高〔3〕。P53被磷酸化后啟動一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，激活凋亡誘導(dǎo)因子AIF調(diào)節(jié)凋亡進(jìn)程，反式激活細(xì)胞色素C氧化酶合成2(SCO2)的表達(dá)，促進(jìn)線粒體細(xì)胞色素C氧化酶復(fù)合物的呼吸功能，同時誘導(dǎo)TP53誘導(dǎo)的糖酵解和凋亡調(diào)控者(TIGAR)表達(dá)，降低果糖-2，6-二磷酸酶水平并抑制糖酵解。抗阻訓(xùn)練激活骨骼肌細(xì)胞中PI3K-Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，Akt通過磷酸化P53結(jié)合蛋白MDM2影響P53的活性,磷酸化的MDM2轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核與P53結(jié)合，使P53蛋白降解增加，減輕對HK2和PGM活性的抑制，促進(jìn)糖酵解能力增加。高強度運動訓(xùn)練時，機(jī)體葡萄糖水平降低，ATP燃料資源缺乏，身體機(jī)能能力減弱，動物實驗顯示運動一小時后P53表達(dá)增加〔4〕，表現(xiàn)出對凋亡極大的抗性，是細(xì)胞促生存能力的一個表現(xiàn)。P53功能也與肌重塑和衰老有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)在激光照射、肌肉廢用、肌肉失重和缺血引起的肌肉萎縮情況下P53都發(fā)生了變化〔5〕，小鼠骨骼肌太空搭載后P53蛋白聚集明顯。運動還可影響P53在平滑肌細(xì)胞中的表達(dá)，P53表達(dá)異常與動脈粥樣硬化(AS)、經(jīng)皮腔內(nèi)冠狀動脈球囊成形術(shù)(PTCA)后再狹窄、高血壓等病理形成密切相關(guān)。臨床上也把運動作為治療AS、高血壓的一種措施。

2 P53在預(yù)防腫瘤和延緩衰老中的平衡作用

腫瘤和衰老就像是天平的兩端，P53基因突變即是其中的支點。保持P53信號穩(wěn)態(tài)表達(dá)，在腫瘤和衰老之間延續(xù)平衡狀態(tài)是我們的理想追求，適宜的運動可能是滿足我們愿望的有效手段。P53激活引起暫時性的細(xì)胞周期停滯、凋亡或者細(xì)胞衰老，目的皆為預(yù)防不可逆細(xì)胞損傷造成的腫瘤發(fā)生，但是卻減少了增殖祖細(xì)胞和干細(xì)胞的組織更新，這些是老化的特征。應(yīng)答多類型應(yīng)激和修復(fù)損傷的能力對機(jī)體生存和長壽非常關(guān)鍵，凋亡的細(xì)胞能被精確去除，然而衰老的細(xì)胞能長期獲得性地改變功能，從而改變組織微環(huán)境，促進(jìn)癌癥和衰老的發(fā)生。癌癥是一種致命的疾病，含有已經(jīng)獲得反常特性的細(xì)胞，在基因表達(dá)上常常出現(xiàn)體細(xì)胞突變或后生變化，包括增殖失控、細(xì)胞死亡信號抵抗、不適當(dāng)遷移、侵入，改變組織微環(huán)境促使血管生成和逃避免疫監(jiān)督〔6〕。P53能通過啟動細(xì)胞周期停滯和誘導(dǎo)DNA修復(fù)、凋亡或細(xì)胞衰老抑制細(xì)胞增殖，能減少體細(xì)胞突變和突變細(xì)胞的生存和增殖從而降低癌癥的發(fā)生率，然而卻可能促進(jìn)衰老進(jìn)程〔7〕。在腫瘤抑制和長期細(xì)胞增殖之間可能有一個緊密的平衡，腫瘤抑制，細(xì)胞衰老，該怎樣找到一個恰當(dāng)?shù)钠胶猓咳孕柩芯空哌M(jìn)一步努力。

3 運動對P53調(diào)節(jié)能量代謝通路的影響

P53通過轉(zhuǎn)錄靶蛋白SCO2和TIGAR調(diào)節(jié)能量代謝通路，P53滅活后細(xì)胞極大依賴糖酵解供能同時線粒體有氧呼吸能力受損〔8〕。電子傳遞鏈上復(fù)合物COX整合需要SCO蛋白家族的參與，SCO蛋白家族與轉(zhuǎn)運銅離子到COX有關(guān)。SCO蛋白結(jié)合銅離子，并轉(zhuǎn)運銅離子到CuA位點，促進(jìn)COXCuA中心的成熟。SCO1和SCO2突變能極大地降低細(xì)胞內(nèi)銅的水平。P53在核內(nèi)直接反式激活SCO2，SCO2移位到線粒體內(nèi)膜合成電子傳輸鏈上COX復(fù)合物。SCO2是第一個被確定的P53調(diào)控能量代謝的直接轉(zhuǎn)錄靶基因。P53在多個水平上影響糖代謝功能。通過抑制糖轉(zhuǎn)運基因GLUT1、GLUT4和HKⅡ轉(zhuǎn)錄阻礙糖攝取〔9〕，但是也有一些實例證明P53能通過增加HKⅡ基因轉(zhuǎn)錄激活糖攝取，在癌癥細(xì)胞中能廣泛觀察到HKⅡ上調(diào)〔10〕。GLUT4蛋白與HKⅡ共同合作維持著骨骼肌對葡萄糖的攝取能力，P53調(diào)節(jié)GLUT4和HKⅡ的表達(dá)，從幾個通路分別影響糖吸收和糖代謝進(jìn)程。運動時肌肉收縮刺激細(xì)胞內(nèi)GLUT4蛋白移向細(xì)胞膜表面，是以AMPK為主的信號傳導(dǎo)途徑。磷酸甘油酸變位酶(PGM)也被P53調(diào)節(jié)，PGM的上調(diào)增加了糖酵解的流量。P53也可能通過一個包括哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)和AMP激活蛋白激酶(AMPK)的代謝調(diào)控者的網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)兩個主要的能量產(chǎn)生通路。肌酸激酶(MCK)也是P53靶基因之一。TIGAR是最近發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)糖酵解和保護(hù)細(xì)胞應(yīng)對氧化應(yīng)激的蛋白，P53可能調(diào)節(jié)TIGAR激活糖異生，在果糖-6-磷酸階段阻礙糖酵解并使糖酵解轉(zhuǎn)向PPP氧化支路〔11〕。糖和脂肪是線粒體有氧氧化合成ATP的主要底物，但糖的有氧氧化須經(jīng)歷糖酵解途徑，P53激活抑制糖酵解，促進(jìn)有氧氧化，底物很大程度上只能是脂肪。因此，P53激活有著節(jié)省糖原、消耗脂肪的良好效用。這也許就是長期有氧訓(xùn)練使機(jī)體能量代謝出現(xiàn)糖原節(jié)省化現(xiàn)象的機(jī)制。

4 P53協(xié)調(diào)多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)細(xì)胞生存

P53協(xié)調(diào)多種細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路保持能量水平促進(jìn)細(xì)胞生存。P53調(diào)節(jié)促凋亡功能蛋白PUMA，同時調(diào)節(jié)PUMA的抑制者SLUG，SLUG又抑制PUMA表達(dá)進(jìn)而阻抗P53誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡〔12〕。P53調(diào)節(jié)Myosin Ⅳ，通過保持高爾基復(fù)合體整合來支持細(xì)胞生存〔13〕，P21WAF1/CIP1在P53依賴性細(xì)胞周期停滯和生存功能中都扮演著中心角色。P53激活TIGAR降低糖酵解，從而降低細(xì)胞內(nèi)ROS水平。P53還能誘導(dǎo)sestrins表達(dá)，保護(hù)細(xì)胞免受H2O2損傷〔14〕。在糖缺乏情況下，P53通過AMPK也發(fā)揮促生存功能〔15〕。此外，P53也通過轉(zhuǎn)錄上調(diào)PTEN抑制生長通路(mTOR通路)調(diào)節(jié)自體吞噬過程發(fā)揮促生存作用〔16〕。P53和mtDNA聚合酶γ復(fù)合在一起增加DNA復(fù)制，促進(jìn)線粒體基因穩(wěn)定，P53缺失導(dǎo)致mtDNA對基因毒性高度敏感〔17〕。

5 運動對P53調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化應(yīng)激穩(wěn)態(tài)的影響

P53本身具有氧化還原活性，其功能在保持細(xì)胞氧化應(yīng)激平衡時又具有二重性，不僅具有氧化作用，而且還具有重要的抗氧化作用。ROS和P53都參與多種細(xì)胞進(jìn)程。線粒體有氧呼吸是產(chǎn)生ROS最主要的細(xì)胞過程，大約1%～2%的電子漏從ETC漏出，生成ROS。基礎(chǔ)生理水平P53通過反式激活多個抗氧化基因，比如單克隆抗體、醛去氫酶4家族、SESN1、SESN2和GPX1等，控制ROS在非毒性水平〔18〕。野生型P53通過靶基因SCO2與線粒體有氧呼吸相關(guān)聯(lián)。在鼠胚胎纖維母細(xì)胞里，P53抑制PGM的表達(dá)，抑制了糖酵解通路，促進(jìn)了有氧呼吸和ROS產(chǎn)生，在肌細(xì)胞里，PGM似乎被P53正調(diào)控，支持從糖酵解產(chǎn)生能量并降低ROS生成〔19〕。TIGAR是另一個P53靶基因，TIGAR通過降低細(xì)胞內(nèi)果糖2,6二磷酸酶的水平抑制糖酵解，降低ROS產(chǎn)生。P53通過調(diào)節(jié)線粒體有氧呼吸、糖酵解來協(xié)調(diào)能量代謝和ROS產(chǎn)生。此外，ROS也有可能直接影響P53。高生理水平P53的過表達(dá)反式激活一系列P53誘導(dǎo)的靶基因，其中包括兩個產(chǎn)生ROS的酶：醌氧化還原酶NQO1和脯氨酸氧化酶POX，誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激和凋亡〔20〕。現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)更多P53誘導(dǎo)的氧化基因，包括BAX、PUMA和p66Shc。BAX和PUMA能引起線粒體解偶聯(lián),導(dǎo)致ROS從低效的電子傳遞鏈產(chǎn)生。P53下游的一個靶基因p66Shc優(yōu)先存在于細(xì)胞質(zhì)中,在脯氨酰異構(gòu)酶1(Pin1)和線粒體熱休克蛋白70(mtHsp70)的幫助下被轉(zhuǎn)入線粒體，在線粒體中遭遇促凋亡刺激，p66Shc氧化細(xì)胞色素C，產(chǎn)生H2O2，促進(jìn)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放并觸發(fā)凋亡。

6 運動與P53調(diào)節(jié)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路研究應(yīng)用前景展望

適宜的運動可能通過影響P53調(diào)節(jié)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)機(jī)體新陳代謝，保持健康。近年，隨著生物醫(yī)學(xué)理論與技術(shù)的發(fā)展，尤其是定量反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)(RT-PCR)在運動人體科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，有關(guān)基礎(chǔ)性研究已從整體、器官與系統(tǒng)水平拓展到組織與細(xì)胞水平，并逐步深化至亞細(xì)胞和分子水平，諸學(xué)者在各器官系統(tǒng)對于運動訓(xùn)練的適應(yīng)性方面展開了廣泛的研究，為揭示運動器官系統(tǒng)適應(yīng)性的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能代謝基礎(chǔ)、運動器官系統(tǒng)適應(yīng)性的發(fā)生機(jī)制、運動性傷病的組織病理與分子病理學(xué)特征以及運動員身體結(jié)構(gòu)的機(jī)械運動規(guī)律及其體育運動技術(shù)關(guān)系做出了重要貢獻(xiàn)，有關(guān)運動性骨骼肌疲勞與恢復(fù)機(jī)制的研究也取得了顯著的進(jìn)展，為指導(dǎo)運動實踐提供了新的理論依據(jù)。最近，在運動性微損傷的病因與病變的研究方面又提出了新的概念，認(rèn)為運動性微損傷、運動性疲勞及過度疲勞的發(fā)生可能與細(xì)胞凋亡有關(guān)，為運動性微損傷、運動性疲勞及過度疲勞的進(jìn)一步研究開拓了一條新思路，展示了廣泛的研究前景。

運動性疲勞是一種特殊的生理狀態(tài)，運動性疲勞發(fā)生時，很多局部的分子細(xì)節(jié)與病理狀態(tài)是完全一致的。線粒體Ca2+/ATP/ROS之間的三角關(guān)系，構(gòu)成一個信號調(diào)控中樞，使得線粒體Ca2+轉(zhuǎn)運、ROS產(chǎn)生、ATP合成構(gòu)成了一個既可能相互協(xié)調(diào)(負(fù)反饋)、也可能相互掣肘(正反饋)的互聯(lián)關(guān)系。線粒體ATP合成能力下降、ROS產(chǎn)生增加和Ca2+超載到何種程度，細(xì)胞將出現(xiàn)不可恢復(fù)性，這是當(dāng)前研究的難點和熱點。運動恰恰就是一種可以誘導(dǎo)機(jī)體、細(xì)胞、線粒體向“度”或“臨界點”無限靠近的活動方式。因此，從分子水平觀察，運動性疲勞是機(jī)體處于生理與病理狀態(tài)之間的一種過渡態(tài)。線粒體信號對機(jī)體運動能力的抑制即是運動性疲勞的起因，也是阻止機(jī)體越過“度”或“臨界點”的一種保護(hù)機(jī)制。這也是將來運動人體科學(xué)研究者應(yīng)該關(guān)注的一個重要方向。

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