科学网—运动诱导的氧化应激：是朋友，还是敌人？
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2026-4-8 13:43
| 系统分类: 科研笔记
最近，中国体育学学会会刊《运动医学与健康科学（英文）》（Sports Medicine and Health Science, SMHS）上线了由美国弗洛里达大学的Scott Powers 和西班牙瓦伦西亚大学的Mari Carmen Gomez-Cabrera 两位教授联合撰写的《Update: Is exercise-induced oxidative stress a friend or foe?》（更新：运动诱导的氧化应激是朋友还是敌人？）综述文章。
论文要点：
• 早在四十多年前，人们就发现骨骼肌收缩会产生自由基和其他活性氧（ROS）。
• 证据表明，NADPH氧化酶2是肌肉收缩过程中ROS的主要来源。
• 在20世纪80至90年代，运动诱导的骨骼肌自由基和其他ROS的产生被认为是一种有害现象；然而，后来的研究促成了范式转变，现在人们普遍认为ROS是关键的信号分子，能够促进多种运动诱导的适应性变化，从而带来健康益处。
• 与ROS信号传导相关的具体健康益处包括：线粒体生物合成增加、热休克蛋白72水平升高、抗氧化酶活性增强以及胰岛素敏感性提高。
一、核心主题与科学问题
论文围绕一个核心悖论展开：既然运动会产生可能损伤细胞的活性氧（ROS），为什么规律运动又能预防多种慢性疾病（如心脏病、糖尿病、癌症）？
作者提出，运动诱导的 ROS 具有双重性：
"敌人"（Foe）：高浓度 ROS 导致氧化损伤（脂质过氧化、蛋白质氧化）和肌肉疲劳。
"朋友"（Friend）：生理浓度的 ROS 作为信号分子，激活适应性通路，促进健康。
最终结论：除了在高强度/长时间运动中导致疲劳外，运动诱导的 ROS 总体上是"朋友"，其益处远大于潜在危害。
二、历史视角：从"损伤"到"信号"的范式转变
1978-1982 年：首次发现运动增加自由基产生（Davies 等人，1982），当时认为这纯粹是有害的。
1985 年：Sies 提出"氧化应激"概念，定义为 ROS 与抗氧化剂之间的失衡。
1990 年：发现 ROS 导致肌肉疲劳，强化其有害形象。
2000 年后：范式转移——发现 ROS 是关键的信号分子，能激活多种适应性通路。
新概念：区分 "氧化性良性应激"（Oxidative Eustress） 与 "氧化性劣性应激"（Oxidative Distress）
良性：生理性 ROS 水平，可逆的蛋白质氧化，促进信号传导。
劣性：超生理性 ROS 水平，广泛生物分子损伤，细胞功能障碍。
图 1 肌肉氧化还原状态与力量产生之间关系的“U”形曲线
三、ROS 的来源（重要更新） 论文澄清了一个长期误解：
1. 线粒体并非主要来源
传统认为线粒体是运动 ROS 的主要来源（曾认为占耗氧量的 2%），但新证据显示：
实际仅占 0.1-0.15%。
线粒体在静息状态（State 4）产生的 ROS 多于运动时的最大呼吸状态（State 3）。
运动时线粒体 ROS 产生反而减少。
2. NADPH 氧化酶（NOX）是主导
NOX2 和 NOX4 是运动诱导 ROS 的主要来源：
NOX2：位于肌膜（Sarcolemma），激活时需胞质亚基（p47phox, p67phox）转位到膜上；产生 O₂⁻ 释放到细胞外，经超氧化物歧化酶（SOD3）转为 H₂O₂，再通过水通道蛋白（AQP）进入胞质。
NOX4：位于线粒体和肌浆网，组成性表达，但可被血管紧张素 II、TNF-α 等激活。
图2 ROS的来源及转运机制
四、氧化还原稳态的调控
骨骼肌拥有两层抗氧化防御系统：
1. 非酶类抗氧化剂
维生素 C、E，谷胱甘肽（Glutathione），尿酸等。
2. 抗氧化酶（关键防御）
SOD（超氧化物歧化酶）：将 O₂⁻ 转为 H₂O₂
SOD1（胞质）、SOD2（线粒体）、SOD3（胞外）。
慢肌（Type I）的 SOD 活性比快肌（Type II）高 130-235%。
过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）：将 H₂O₂ 转为水
过氧还蛋白（PRDXs）：最重要的过氧化物清除酶
清除 >99% 胞质和 >90% 线粒体的 H₂O₂。
兼具抗氧化和信号中继功能（将氧化信号传递给其他蛋白）。
肌纤维类型差异：慢肌（耐力型）的抗氧化酶活性显著高于快肌（爆发型），与其高氧化代谢特征匹配。
五、氧化还原信号传导的靶点
运动产生的 H₂O₂ 通过氧化特定蛋白质上的巯基（-SH），激活适应性通路：
1. Nrf2 通路（抗氧化防御主调控者）
Nrf2 是"抗氧化防御的主调节因子"，控制 >250 个基因；
运动激活 Nrf2 → 上调 SOD、CAT、GPX、PRDX 等抗氧化酶；
口服抗氧化剂（维生素 C、E）会阻断这一适应性反应。
2. PGC-1α 通路（线粒体生物发生）
PGC-1α 是线粒体生物发生的"主调控者"；
ROS 通过激活 p38 MAPK 等激酶，促进 PGC-1α 表达；
导致线粒体体积增加、质量提升（耐力训练的标志）；
抗氧化剂补充会阻碍训练诱导的线粒体适应。
3. HSF1-HSP72 通路（细胞保护）
HSF1（热休克因子 1）激活 → HSP72（热休克蛋白 72）表达增加；
保护肌肉免受萎缩、改善胰岛素敏感性、延缓肌营养不良进展。
4. 胰岛素敏感性
NOX4 产生的 ROS 是改善胰岛素抵抗所必需的；
ROS 增强胰岛素信号传导（通过 AKT 通路）。
图 3 收缩肌肉中ROS)的来源及氧化还原敏感靶点
六、"敌人"的证据：潜在危害
1. 大分子氧化损伤
脂质过氧化：改变膜通透性，破坏离子梯度，极端情况下导致细胞死亡。
蛋白质氧化：酶活性位点被氧化失活，肌浆网钙 handling 蛋白（RyR1、SERCA）受损。
2. 肌肉疲劳（Performance Fatigability）
ROS 通过至少 5 种机制降低肌肉力量：
氧化钠钾泵（Na⁺/K⁺-ATPase），降低膜兴奋性；
氧化兰尼碱受体（RyR1），改变肌浆网钙释放；
氧化 SERCA 泵，损害钙回收；
氧化肌钙蛋白 C（Troponin C），降低钙敏感性；
氧化肌球蛋白 S1 头部，减少横桥形成。
证据：在 70%-90% VO₂max 的高强度运动中，ROS 显著促进疲劳发展。
图 4 肌纤维内高水平的ROS 可通过六种不同的方式影响肌肉力量的产生
七、"朋友"的证据：健康益处
1. 线粒体生物发生与质量控制
促进线粒体新生（Biogenesis）；
触发线粒体自噬（Mitophagy），清除受损线粒体；
维持健康的线粒体池。
2. 内源性抗氧化能力提升
规律运动通过 Nrf2 上调抗氧化酶，使肌肉"抗氧化能力"增强；
这解释了为什么适度运动本身被视为"抗氧化剂"。
3. 增强肌肉力量（U 型曲线）
关键发现：
静息时氧化还原状态并非最佳（偏还原状态）；
运动开始时的轻度 ROS 增加将细胞推向最佳氧化状态，增强肌肉力量；
只有当 ROS 过高时才导致力量下降（疲劳）。
4. 改善 2 型糖尿病
运动通过 ROS 信号（特别是 NOX4）改善骨骼肌胰岛素敏感性；
抗氧化剂补充会阻断这一益处。
八、结论：风险/收益分析
图 5 （A ）运动诱导的骨骼肌 ROS 生成的潜在有害影响与（B）运动诱导的肌肉 ROS 生成的潜在益处
关键论点：
健康证据压倒性：规律中等/高强度运动降低全因死亡率和慢性病风险，证明运动诱导的氧化损伤不会损害健康。
疲劳的双重性：即使是疲劳，也可能是防止过度运动（如高热、脱水、肌肉损伤）的保护机制（"安全阀"）。
信号必需性：ROS 是激活健康适应信号通路的必要信号，阻断 ROS（如服用大剂量抗氧化剂）会消除运动的健康益处。
图 6 运动过程中肌肉 ROS 生成急性增加的预期和非预期效应的跷跷板分析
九、实际意义与建议
对运动员和健身者：
不要在训练期间大剂量服用抗氧化剂（维生素 C、E 等），这会阻断训练适应；
肌肉疲劳在高强度训练中是正常的生理保护机制。
对医学应用：
针对 ROS 的"时空特异性"（哪里产生、产生多少、持续多久）进行精准干预，而非一概而论地"抗氧化"；
利用 ROS 信号通路（如 Nrf2 激活剂）治疗肌少症、糖尿病等。
未来研究方向：
不同运动模式（强度、时长、类型）对 ROS 产生的精确影响；
肌纤维类型特异的氧化还原反应；
非肌细胞（如卫星细胞、免疫细胞）在运动氧化应激中的作用。
总结：
这篇综述是运动生理学领域的里程碑式更新，澄清了线粒体并非运动 ROS 主要来源的误解，确立了 NOX2 的主导地位，并强有力地论证了运动诱导的氧化应激总体上是生理性的、有益的信号过程。它提醒我们：ROS 是双刃剑，但在运动语境下，它是促进健康适应的"朋友"，而非需要被完全抑制的"敌人"。
（本文由KIMI K2.5协助解读，欢迎阅读原文！）
原文文献：
Scott K. Powers, Mari Carmen Gomez-Cabrera.Update: Is exercise-induced oxidative stress a friend or foe?[J]. Sports Medicine and Health Science, 2026, In Press.
https://doi.org/10.1016/j.smhs.2026.03.006.
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