余金橙，付夢凡，崔 楠，劉素穩(wěn), ，周君一，張 棟，史東林

（1.河北科技師范學(xué)院食品科技學(xué)院，河北秦皇島 066600；2.河北省體育科學(xué)研究所，河北石家莊 050000；3.清華大學(xué)體育部，北京 100000；4.河北體育學(xué)院，河北石家莊 050000）

運動疲勞，是能量輸入與輸出不對等的條件下，失去原來的工作能力而產(chǎn)生的一種生理現(xiàn)象[1]。長時間疲勞會引起人體免疫力下降，甚至引發(fā)相關(guān)疾病，給人體健康指標(biāo)帶來嚴(yán)重壓力[2]。疲勞的來源及產(chǎn)生機制均與能量水平的降低[3]、氧化應(yīng)激[4]、底物消耗或代謝累積[5]有關(guān)，信號調(diào)控通路且都與腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase,AMPK）途徑相關(guān)，因此，以AMPK信號通路為前提闡述抗運動疲勞機制是有效的方式。多酚是許多植物產(chǎn)生的次生代謝物，具有顯著的生物活性，尤其是抗氧化性，屬于天然抗氧化劑[6-7]。多酚可降低活細(xì)胞和組織中蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、碳水化合物的氧化損傷程度，預(yù)防癌癥、神經(jīng)性疾病、糖尿病、高血壓等慢性疾病。多酚類物質(zhì)主要包括黃酮類、單寧類、酚酸類等[8-10]，果蔬及果蔬制品等植物性食品是多酚類物質(zhì)來源的重要渠道。

近年來，研究人員對多酚類物質(zhì)抗疲勞作用的研究熱度不斷升高，研究表明多酚類物質(zhì)具有延緩疲勞的功效[11]，如酚酸、黃酮、葛根素、茶多酚、蘆丁、姜黃素、槲皮素、大豆異黃酮等多酚類物質(zhì)均具有顯著延緩疲勞的作用[12]，為以多酚為活性成分研發(fā)抗疲勞保健食品奠定了基礎(chǔ)。因此，深入研究多酚類物質(zhì)緩解疲勞的作用及機制，對于開發(fā)具有快速恢復(fù)活力，增強免疫力的功能食品有重要意義。本文對多酚類物質(zhì)緩解運動疲勞的作用機制進行了綜述，分析了潛在的抗疲勞調(diào)控機制通路，可為發(fā)掘多酚類物質(zhì)作為功能性食品組分在疲勞緩解中的潛在價值提供理論依據(jù)。

1 運動疲勞產(chǎn)生的過程及機制

根據(jù)外環(huán)境或機體內(nèi)代謝物、信號分子作用通路、神經(jīng)信號傳遞等形式將運動疲勞分為外周疲勞和神經(jīng)疲勞，外周疲勞通常是指運動使肌肉拉傷導(dǎo)致肌功能喪失的現(xiàn)象，中樞疲勞是指運動動力超過大腦驅(qū)動力承受范圍而產(chǎn)生的現(xiàn)象，是大腦內(nèi)部運動神經(jīng)元與中樞神經(jīng)系統(tǒng)相互作用的結(jié)果[13]。神經(jīng)疲勞是指工作學(xué)習(xí)壓力使人的神經(jīng)處于緊張狀態(tài)，大腦神經(jīng)系統(tǒng)紊亂、腦區(qū)活動受限、腦內(nèi)物質(zhì)代謝水平不足等現(xiàn)象，長時間壓力產(chǎn)生的疲勞會使人處于亞健康的狀態(tài)，最終升級為慢性病?；钚匝酰≧OS）、內(nèi)分泌失調(diào)、炎癥因子以及代謝物如乳酸、血清尿素氮等都會引起疲勞。疲勞產(chǎn)生的過程見圖1。

圖1 疲勞產(chǎn)生過程Fig.1 Fatigue generation process

運動疲勞是指機體氧氣供應(yīng)不足，產(chǎn)生乳酸、自由基、血清尿素氮等物質(zhì)，從而引發(fā)機體疲勞。機體疲勞是目前研究范圍廣泛、效果顯著、技術(shù)成熟的研究，抗疲勞物質(zhì)也呈現(xiàn)出多樣化模式，進一步分析抗疲勞物質(zhì)對機體的保護作用及其潛在的分子機制對運動能力上的提升具有重要作用。

運動疲勞產(chǎn)生機制主要包括氧化應(yīng)激、能量水平的降低、骨骼肌中的底物消耗或代謝累積、炎癥因子水平上升等，它們與肌肉和中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)各種物質(zhì)之間的作用導(dǎo)致機體疲勞[14]。氧代謝產(chǎn)物（d-ROM）及自由基的增加導(dǎo)致氧化應(yīng)激致使骨骼肌中代謝積累，導(dǎo)致抗氧化防御系統(tǒng)失衡，使具有抗氧化應(yīng)激能力的蛋白質(zhì)和核酸功能喪失，致使細(xì)胞凋亡和肌肉等組織器官功能遭到破壞；其次，運動打破原有的能量供應(yīng)系統(tǒng)，ATP、糖原等能量物質(zhì)被消耗導(dǎo)致機體能量水平的降低；機體內(nèi)抗氧化酶的消耗和代謝物的積累也是導(dǎo)致運動疲勞的關(guān)鍵因素；炎癥因子的過度釋放也會加強機體疲勞[15]。提高機體抗氧化應(yīng)激能力、抗炎能力、及時補充能量、清除自由基及代謝物等是恢復(fù)運動能力的有效方法。運動疲勞機制如圖2所示。

圖2 運動疲勞機制Fig.2 Exercise fatigue mechanism

2 具有抗疲勞作用的植物多酚類物質(zhì)

目前研究證實具有抗運動疲勞的多酚類物質(zhì)較多，如茶葉中的茶多酚、芡實種皮多酚、木瓜提取物、青稞籽皮提取物等都具有抗疲勞功效[16]，大多植物多酚抗疲勞能力還處于發(fā)掘階段。多項研究表明（表1），多種多酚物質(zhì)對運動疲勞具有延緩作用，如黃酮、葛根素、姜黃素等。評價模式主要以小鼠負(fù)重游泳運動為主，評價結(jié)果均體現(xiàn)相關(guān)物質(zhì)的抗疲勞能力。當(dāng)然，從大多數(shù)研究實驗來看，模型主要分布于動物實驗，缺乏臨床試驗。目前，多酚類物質(zhì)針對不同類型（如常溫運動與低溫運動、專業(yè)運動與業(yè)余運動）、不同損傷程度的抗運動疲勞的研究還未見報道。

表1 具有抗運動疲勞作用的主要多酚類物質(zhì)Table 1 Main polyphenols with anti fatigue effect

3 多酚抗疲勞的作用機制

抗運動疲勞最終為快速消除疲勞、延緩疲勞或增加運動能力的體現(xiàn)[29]，同時機體也表現(xiàn)出適應(yīng)能量水平降低和氧化應(yīng)激等的一種狀態(tài)。機體內(nèi)調(diào)節(jié)能量代謝和氧化應(yīng)激都離不開酶的參與，AMPK是AMP依賴的蛋白激酶，以異源三聚體復(fù)合物形式存在，由一種催化亞基α（α1或α2）、兩種調(diào)節(jié)亞基β（β1或β2）和γ（γ1、γ2或γ3）組成，這些亞基有著獨立的基因編碼，能形成12種復(fù)合物[30]，是調(diào)節(jié)機體抗疲勞的重要作用位點。AMPK是一個獨特的代謝控制節(jié)點，在運動疲勞的調(diào)節(jié)中，AMPK主要參與氧化應(yīng)激、能量水平、底物代謝和炎癥因子的調(diào)控[31]。根據(jù)文獻總結(jié)多酚抗疲勞機制圖如圖3所示。

圖3 多酚抗疲勞機制圖Fig.3 Antifatigue mechanism of polyphenols

由于抗疲勞機制研究的性質(zhì)，各個研究都只是以僅有的實驗條件和材料進行研究，導(dǎo)致樣本數(shù)量較少，限制了使用更全面的方法來分析不同物質(zhì)之間的差異性，可能會使結(jié)果有一定的偏差，因此還需要對多酚類物質(zhì)的抗疲勞作用機制進行大規(guī)模的信號通路干預(yù)研究，以檢查驗證運動疲勞和多酚物質(zhì)在運動人群機體內(nèi)的相關(guān)機制。對抗疲勞信號通路的干預(yù)雖能夠減少疲勞，但在不同多酚結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，如何高效的尋找并判斷出各類多酚作用機制靶點已經(jīng)成為新的研究方向。對小鼠腦內(nèi)復(fù)雜神經(jīng)通路與疲勞的關(guān)系研究還有待提升，抗疲勞模型和功能性研究目前還沒有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，缺乏對比性，限制了相關(guān)機制的進一步研究。

3.1 多酚調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是由機體內(nèi)活性氧（ROS）的產(chǎn)生與內(nèi)源性抗氧化防御系統(tǒng)的活性之間的失衡導(dǎo)致，活性氧能夠引起脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸的氧化，從而造成機體細(xì)胞膜損壞[32]。在運動過程中，機體代謝增強導(dǎo)致耗氧量增加，大量的自由基會使機體內(nèi)脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、DNA 等細(xì)胞大分子遭到攻擊[33]，破壞體內(nèi)氧化還原系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而使具有抗氧化應(yīng)激能力的蛋白質(zhì)和核酸功能喪失，致使細(xì)胞凋亡和肌肉等組織器官功能遭到破壞，最終引發(fā)機體的疲勞感[34]。

研究顯示多酚具有緩解疲勞的功效，在運動疲勞的調(diào)節(jié)中，酚類化合物可以通過直接作用于ROS或刺激內(nèi)源性防御系統(tǒng)來幫助限制ROS引起的氧化損傷，也可通過AMPK信號通路調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激[35]，AMPK可以顯著降低自由基的產(chǎn)生量。核轉(zhuǎn)錄因子（nuclear factor-erythroid 2 p45-related factor 2， Nrf2）是一種激活因子，具有調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激的功能，在氧化應(yīng)激反應(yīng)中驅(qū)動適應(yīng)性細(xì)胞防御[36]。葡萄籽多酚通過刺激AMPK激活Nrf2信號通路，促進下游HO-1和醌氧化還原酶1（NAD（P）H）的表達(dá)，增強抗氧化防御系統(tǒng)抗氧化水平[37]。環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1（kelch-like ECH-associated protein 1,Keap1）是Nrf2信號通路的核心分子，是Nrf2和泛素連接酶 Cullin 3之間的橋梁，通常情況下在胞內(nèi)結(jié)合后被降解，當(dāng)誘導(dǎo)劑被引入機體時，Nrf2在細(xì)胞核內(nèi)的積累量增加，抗氧化反應(yīng)元件（ARE）被激活啟動抗氧化反應(yīng)[38]，ARE與Nrf2結(jié)合后加快Nrf2轉(zhuǎn)錄和翻譯速率，產(chǎn)生抗氧化酶或蛋白[39]，利于清除由于運動產(chǎn)生的自由基。范小曼[40]研究了白花敗醬單寧清除自由基的水平，發(fā)現(xiàn)單寧濃度與超氧陰離子自由基（O2-·）、羥基自由基（·OH）的清除能力呈量效關(guān)系。以上的研究對于運動疲勞自由基以及具有抗氧化應(yīng)激能力的蛋白質(zhì)和核酸的量化沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這可能與運動能力有很大的關(guān)系，也是導(dǎo)致實驗樣本量少的原因。目前通過營養(yǎng)基因組學(xué)探索生物活性化合物對個體基因表達(dá)譜的影響是研究Nrf2信號通路的新方法，活性物質(zhì)作為誘導(dǎo)劑在信號通路中誘導(dǎo)酶蛋白的表達(dá)以達(dá)到清除有害物質(zhì)的目的。

3.2 多酚調(diào)節(jié)能量水平

供機體攝取能量的物質(zhì)主要包括ATP、磷酸肌酸、糖原、血糖以及脂肪等幾類[41]，疲勞的產(chǎn)生主要是由于能量不足導(dǎo)致，若未及時補充能量，加上有氧代謝不足以供給能量，此時無氧呼吸成為補充能量的重要途徑。AMPK是細(xì)胞能量穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)因子，AMPK一旦被激活，就會刺激營養(yǎng)吸收和產(chǎn)生ATP的分解代謝途徑，同時抑制消耗ATP的合成代謝途徑，從而在能量缺乏的條件下幫助維持細(xì)胞能量平衡。由于運動會打破人體組織內(nèi)環(huán)境平衡系統(tǒng)，使AMPK 的活性降低、線粒體損傷、ATP的消耗量增加、肝肌糖原的分解、體內(nèi)Ca2+的釋放受阻和肌肉收縮水平降低等導(dǎo)致機體疲勞效應(yīng)[42]。研究表明，茶多酚能夠為機體提供所需能量，及時補充運動消耗的能量，減少代謝物的積累，降低疲勞感[43]。

線粒體在抗運動疲勞中起著很大的作用，是細(xì)胞供能的主要場所，線粒體合成能力決定著運動水平，過氧化物酶體增殖物活化受體γ協(xié)同刺激因子1α（PGC-1α）是線粒體合成能量的主要調(diào)控因子，PGC-1α參與線粒體氧化代謝、肝糖原異生等過程[44]。AMPK 和沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1（Sirt1）參與線粒體能量調(diào)節(jié)，改善PGC-1α的活性，間接調(diào)控核呼吸因子1（Nrf1）的轉(zhuǎn)錄，上調(diào)線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（TFAM）的表達(dá)，提高線粒體DNA和相關(guān)蛋白的表達(dá)能力。白藜蘆醇能夠刺激Sirt1和PGC-1α的蛋白表達(dá)，最終改善炎癥因子的積累量，產(chǎn)生抗氧化酶[45-46]，白藜蘆醇二聚體可逆轉(zhuǎn)AMPK通路抑制引起的線粒體損傷，減少成肌細(xì)胞凋亡[47]。葡萄籽花青素可以通過刺激AMPK信號通路，致使上下游因子肝臟激酶B1（LKB1）和鈣調(diào)素依賴蛋白激酶β（CaMKKβ）被激活，Sirt1和PGC-1α被AMPK激活，促進Sirt1和PGC-1α的蛋白表達(dá)，Nrf1是一種能夠促進CaMKKβ轉(zhuǎn)錄，激活A(yù)MPK的轉(zhuǎn)錄因子，葡萄籽花青素上調(diào)p-LKB1、Nrf1和CaMKKβ的蛋白水平，通過AMPK信號通路促進骨骼肌由快肌纖維型向慢肌纖維型轉(zhuǎn)變，有助于增強疲勞抵抗力[48]。分析蘆丁對小鼠體內(nèi)PGC-1α和Sirt1的mRNA表達(dá)情況，結(jié)果表明蘆丁處理能夠增加PGC-1αmRNA和Sirt1 mRNA和蛋白的表達(dá)，進而增加線粒體的產(chǎn)能能力，增加疲勞耐受力[49]。

目前也有在大鼠穴位埋線以緩解疲勞的研究，此法可以減少代謝物的產(chǎn)生，增加能量供應(yīng)，更好的調(diào)節(jié)機體的能量代謝水平，延緩疲勞的產(chǎn)生[50]，但報道的文獻較少。在能量代謝的研究中，利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫分析多酚作用靶點這一新型研究還沒有被運用到，檢測方法比較老舊、模型單一，建立定向能量代謝靶點延緩疲勞可能會成為研究多酚抗疲勞機制的新方法。

3.3 多酚調(diào)節(jié)底物消耗或代謝積累

能量底物的耗竭和代謝副產(chǎn)物的積累會導(dǎo)致肌肉收縮期間的骨骼肌疲勞，機體內(nèi)乳酸（BLA）、血清尿素氮（BUN）、丙二醛（MDA）、肌酸激酶（CK）、谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）、谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）的積累和糖原的消耗都會影響疲勞和運動表現(xiàn)力的下降[51]。BLA的積累會使H+濃度上升，降低肌肉的pH值，干擾ATP產(chǎn)能，阻礙磷酸化酶與磷酸果糖激酶的活性通路，因此降低糖原分解與糖酵解反應(yīng)能力；BUN是機體內(nèi)的蛋白質(zhì)代謝生成氨導(dǎo)致；產(chǎn)生的CK若進入血液中，則表明肌肉拉傷已經(jīng)發(fā)生；MDA、 ALT、AST等代謝物會損傷肌肉組織，導(dǎo)致機體能量供給不足[52]。

茶多酚能降低糖原合成酶激酶（GSK-3β）mRNA表達(dá)，增加糖原合成酶1（Gys1）的表達(dá)水平，茶多酚還能通過提高磷酸肌醇-3-激酶（PI3K）和蛋白質(zhì)激酶B（Akt）活性來抑制GSK-3β的mRNA表達(dá)，從而促進糖原的合成[53]。還能降低乳酸（BLA）和血清尿素氮（BUN）的含量[54]，降低腎功能損傷，使機體內(nèi)超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSHPX）的活性增強，MDA減少，以及減少肌纖維和線粒體膜損傷。短梗五加多酚能降低丙二醛（MDA）、血清尿素氮（BUN）含量，降低谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）、谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）活性，還可以提高機體內(nèi)SOD、過氧化氫酶（CAT）和GSH-Px的活性，增加血糖和肝糖原的含量，加快清除或延緩體內(nèi)乳酸和血清尿素氮的積累，到達(dá)緩解疲勞的作用[55]。因此，及時清理機體內(nèi)過剩的代謝產(chǎn)物對于恢復(fù)運動能力具有重要的作用，如何快速地清除以及控制體內(nèi)多酚含量的適宜濃度，使實時監(jiān)測的效果發(fā)揮作用，目前還沒有最新的研究方法。

3.4 多酚抑制炎癥

疲勞與炎癥因子過度激活有關(guān)，促炎因子白細(xì)胞介素1β（IL-1β）、白細(xì)胞介素6（IL-6）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）的過度產(chǎn)生是引起疲勞的特征，核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB） 調(diào)控著許多基因的表達(dá)，在細(xì)胞的炎癥反應(yīng)中起著關(guān)鍵性的作用，NF-κB途徑會促進炎癥因子的釋放，加速疲勞的產(chǎn)生[56]。

多酚類物質(zhì)刺激AMPK抑制NF-κB，阻斷先天基因的轉(zhuǎn)錄免疫和炎癥相關(guān)因素，進而下調(diào)IL-6和單核細(xì)胞趨化蛋白-1（MCP-1），上調(diào)基因MiR-125b和MiR-122抑制炎癥因子C反應(yīng)蛋白（CRP）、IL-6和MCP-1的產(chǎn)生[57]。在大鼠力竭游泳實驗中，茶多酚干預(yù)組能夠降低促炎因子IL-1β和TNF-α的釋放量[58]，降低IL-1βmRNA的表達(dá)[59]。目前多酚通過抗炎緩解疲勞的研究較少，同時驗證體內(nèi)體外促炎因子的基因、蛋白的表達(dá)方面的研究還很少；再者，驗證實驗局限大，臨床方面的多酚抗疲勞試驗還不夠成熟。

4 結(jié)論與展望

多酚類物質(zhì)通過AMPK信號通路調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、能量水平、底物代謝及炎癥反應(yīng)產(chǎn)生抗疲勞效應(yīng)。以上闡述表明，酚類化合物在抗運動疲勞技術(shù)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。對于刺激食品工業(yè)新產(chǎn)品如抗疲勞咀嚼片、抗疲勞餐粉及抗疲勞飲料等的發(fā)展，建立其可能的應(yīng)用是有利的。

目前，在多酚抗疲勞機制的研究上雖有一定的進展，但仍有很多方面需要改進。a. 驗證實驗?zāi)Ｐ洼^單一，大多以動物為研究對象展開，如小鼠負(fù)重游泳、跑T臺實驗，存在實驗的連續(xù)性不強等缺點，缺乏有效的細(xì)胞評價方法，可以利用新興的細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)進行操作，檢測相應(yīng)的指標(biāo)。b. 實驗方法較陳舊，實驗周期較長、實操性強，可以通過構(gòu)建多酚緩解疲勞調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，篩選并分析核心基因，建立抗疲勞基因數(shù)據(jù)庫，通過檢索系統(tǒng)即可查閱相應(yīng)多酚的抗疲勞基因；也可利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的方法，利用相關(guān)藥理數(shù)據(jù)庫和分析平臺得到多酚類物質(zhì)的抗疲勞的相關(guān)作用靶點，由基因數(shù)據(jù)庫中查詢多酚類物質(zhì)緩解疲勞相關(guān)靶點，再通過虛擬平臺建立成分-疲勞-靶點網(wǎng)絡(luò)，再利用相關(guān)數(shù)據(jù)庫對靶點進行分析，也可得到多酚類物質(zhì)抗疲勞的相關(guān)機制。c. 多酚類物質(zhì)成分分布廣泛，各成分之間的分子質(zhì)量、結(jié)構(gòu)及空間構(gòu)型有較大差異，目前的研究多是量效關(guān)系，在構(gòu)效關(guān)系方面的研究還未見報道，在研究多酚抗疲勞機制時，需結(jié)合不同成分之間的分子量及結(jié)構(gòu)進行分析。