缺氧诱导脑红蛋白表达及运动生物学应用展望

摘要：脑红蛋白(Ngb)是新近发现的神经系统特异的携氧球蛋白，主要在脊椎动物脑组织中高表达，与脑内氧供应密切相关。研究表明，缺氧能够诱导Ngb的表达，而高表达的Ngb能够保护神经元免受缺氧损伤，从而在神经系统缺氧、缺血损伤中具有重要的神经保护功能。从Ngb的生物学特征研究出发，对Ngb在医学中的研究现状做一综述，并对Ngb在体育科学中的应用前景进行展望。

关 键 词：运动生物化学；脑红蛋白；运动；缺氧；综述

中图分类号：G804.7 文献标识码：A 文章编号：1006-7116(2012)01-0139-06

Neuroglobin expression induced by hypoxia and expectation for its application in sports biology

XING Wei-xin1，TIAN Zhen-jun2

（1.Department of Physical Education，Lijiang Teacher’s Colleges，Lijiang 674100，China；

2.School of Physical Education，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China）

Abstract: Neuroglobin (Ngb) is a newly discovered particular oxygen carrying globin in the nervous system, mainly expressed in the brain tissues of vertebrates at a high level, closely related to oxygen supply in brains. It is indicated in researches that hypoxia can induce the expression of Ngb, while Ngb expressed at a high level can pro-tect neurons from being damaged by hypoxia, thus it is provided with an important nerve protecting function in nervous system damages caused by hypoxia or ischemia. By studying the biological characteristics of Ngb, the au-thors gave an overview of the current situation of Ngb study in medical science, and expected the application of Ngb in sports science.

Key words: sports biochemistry；neuroglobin；sports；hypoxia；overview

氧是人体及其它众多生物体新陈代谢和赖以生存的必要条件，机体内氧的运输、代谢和利用等过程主要是通过一系列携氧球蛋白来实现的。携氧球蛋白是一类小分子蛋白，主要功能是协助氧分子转运到线粒体中参与细胞氧化磷酸化和ATP生成。长期以来，人们认为携氧球蛋白家族主要包括红细胞中的血红蛋白(Hemoglobin，Hb)和肌肉中的肌红蛋白(Myoglobin，Mb)，直到2000年德国科学家Burmester等[1]在Nature上首次报道一种新的携氧球蛋白——脑红蛋白(Neuroglobin，Ngb)，才认识到脊椎动物中存在着第三种携氧球蛋白。研究发现，Ngb能够可逆地结合氧，且与氧有很高的亲和力，有利于氧转运通过血脑屏障和提高脑组织氧的利用率等[1]。近年来，国内外学者从Ngb的结构与功能、Ngb对脑组织的正常供氧机制和脑缺血缺氧性损伤等病理状态下对脑组织的保护作用等方面进行了大量研究，而有关运动对Ngb的影响文献鲜见报道。本文对近年来国内外有关Ngb的文献进行追踪和梳理，从Ngb的生物学特征研究和Ngb在医学中的研究进展进行综述，并对Ngb在体育科学中的应用前景进行展望。

1 Ngb的生物学特征研究

1.1 Ngb的分布

Ngb在多种生物中广泛存在，尤其在脑组织表达较高。近年来，Reuss、Mammen和秦豪杰等学者[2-6]先后通过Northern Blot、Dot Blot及RT-PCR等方法研究证实，Ngb和Ngb mRNA在哺乳动物和人中枢神经系统、周围神经系统的神经细胞内，某些内分泌组织和新陈代谢旺盛的生殖系统内分泌器官均有表达。Burmester等[1]运用Northern杂交技术发现，Ngb在额叶、下丘脑和丘脑等处表达最强。Hundahl等[7]研究发现，Ngb在脑组织梨形皮质、内侧视前区、视交叉上核、下丘脑室旁核、杏仁体中央核、穹隆周核和外侧下丘脑等部位表达强烈。国内学者张成岗等[8]通过原位杂交技术证实，Ngb mRNA主要分布在正常大鼠大脑皮质神经元中，其密度明显高于海马、小脑和丘脑。Schmidt等[9]发现在小鼠视网膜神经所有神经元中均有Ngb表达，其浓度为脑内浓度的100倍。另有研究表明，Ngb在人类和犬科动物眼内的虹膜、睫状肌、巩膜窦、晶状体、小梁网均有分布[10]。张成岗等[11]用RT-PCR分析发现，Ngb基因在正常大鼠脑、肝、肾、心肌和骨骼肌等多处高度表达。徐琼等[12]研究认为，Ngb亚细胞主要定位于胞质、线粒体周围、内质网和高尔基复合体的管腔外侧。综上所述，Ngb的广泛分布说明其可能有重要作用。

1.2 Ngb的结构与功能

Ngb基因在高级脊椎动物是一种高度保守的基因。序列同源性分析发现，大鼠与小鼠Ngb基因编码区的序列同源性为96%，与人Ngb (hNgb)基因的序列同源性为88%。hNgb基因长约8 041 bp，位于14q24染色体上，全长cDNA序列共1 909 bp。Ngb具有4个外显子和3个内含子结构，其中3个内含子分别位于B12-2、E11-0和G7-0。此外，Ngb DNA是经典的“three-over-three”螺旋三明治折叠结构[13]。Ngb是含有铁卟啉环的蛋白质，hNgb为携氧球蛋白家族中第一个具有6个配体的单体蛋白，由151个氨基酸组成，分子质量约为17×103 u。在生理条件下，Ngb以还原(亚铁)状态即脱氧形式存在，其结构为6配体；然而在缺氧状态时Ngb主要以5配体形式存在。Ngb末端有多个配体结合位点，配体可在各结合位点间移动，可能是Ngb作为氧载体的结构基础。

目前Ngb的生理功能尚不完全清楚。研究发现，Ngb能够可逆地结合氧，且与氧有很高的亲和力，能协助氧透过血脑屏障，增加代谢活跃的神经组织的氧供[1]。Fordel等[14]研究表明，Ngb对神经元具有保护作用，可以增加神经元的供氧、供能，并快速清除神经元内多余的反应性过氧化物(Reactiveoxidative species，ROS)，减轻脂质过氧化作用。Herold等[15]研究认为，Ngb可能是一种毒性物质的清道夫，清除缺氧性脑病体内的NO、H2O2、NO2-等氧化产物。Li等[16]研究认为，Ngb可减轻神经元损伤过程中线粒体的异常和细胞凋亡，显著提高神经元的存活率。还有研究表明，缺氧状态下，Ngb具有干预细胞内的物质转运、分泌，减少细胞间信号转导，降低神经元的耗能，诱导eNOS 表达上调，抑制神经元的过度凋亡，延长神经元的耐缺氧时限并提高其存活率等功能[17-18]。另有文献认为Ngb还可能具有氧感受器[17]和氧化酶的功能[19]。