富氢水调控衣康酸代谢重编程缓解运动疲劳

目的:肌肉运动疲劳(Exercise-induced muscle fatigue)影响运动效能。短时间高强度的剧烈活动或者长时间锻炼均可导致肌肉运动疲劳,使得机体生理过程不能持续其机能在一特定水平上和/或不能维持预定的运动强度。肌肉运动疲劳多伴随着代谢物、活性氧和活性氮蓄积,机体氧化应激水平增加、炎症级联反应激活而导致肌肉功能受损。目前对于抗疲劳成分的研究与开发是运动营养领域的重点问题。氢气(Hydrogen,H2)具有安全性高,选择性抗氧化作用显著,副作用少,成本低等优势,在抗运动疲劳中应用前景十分广阔,目前已经有部分研究显示氢气能够缓解运动疲劳,减轻运动损伤,但是对于氢气抗疲劳的机制并未深入,特别是从代谢调控角度阐释氢气的作用机制。因此,本研究拟采用富氢水(Hydrogen-rich water)供氢,从血清代谢物角度出发,探讨氢分子缓解运动疲劳的分子机制,为阐明运动疲劳发病机制提供理论基础。
方法:首次将18只8w龄雄性C57BL/6小鼠随机分为3组,分别为对照组、疲劳组和富氢水组。对照组正常饮食、饮水,疲劳组与富氢水组小鼠负重游泳(5%体重)4周构建运动性疲劳小鼠模型,另外富氢水组饮用富氢水(氢浓度>1.5ppm,8h更换一次)。造模结束后利用行为学实验(跑台、转棒实验)评价小鼠运动功能变化情况;采集小鼠血清样本,检测血生化指标(包括尿酸氮、血乳酸、肌酸激酶),腓肠肌HE染色,肝糖原、肌糖原PAS染色;通过血清代谢组学分析聚焦到异常改变的衣康酸(Itaconate),进一步利用PCR、WB检测衣康酸合成酶IRG1及下游NRF2/HO-1基因表达情况,并检测血清MDA、SOD、GSH-Px等氧化应激指标。结果:与疲劳组相比,富氢水能有效延长小鼠跑台运动耗竭时长、转棒旋转时间,降低血清尿酸氮、乳酸、肌酸激酶水平,减少肝糖原、肌糖原耗竭情况,减轻腓肠肌损伤情况,这些结果提示富氢水能够缓解运动疲劳,加速运动能力恢复,减轻运动损伤;并通过小鼠血清代谢组学分析,发现糖代谢产物衣康酸在运动疲劳后小鼠血清中显著下降,而富氢水显著提高了血清衣康酸水平,提示衣康酸可能是富氢水缓解运动疲劳的代谢靶分子;进一步分子实验发现,富氢水上调了衣康酸合成酶IRG1基因表达,增加衣抗酸合成以恢复血清衣康酸,激活下游Nrf2/HO-1通路,缓解肌肉氧化损伤而发挥抗疲劳效应。
结论:富氢水表现出良好的抗运动疲劳效应,通过调控衣康酸/Nrf2/HO1途径,缓解炎症级联反应引起的氧化应激,发挥抗疲劳效能。