体力活动人群中的精准抗氧化补充：性别特异性氧化还原机制与个体化策略

《Antioxidants》：Precision Antioxidant Supplementation in Physically Active Populations: Sex-Specific Redox Mechanisms and Personalized Approaches

　　

体力活动期间产生的活性氧（ROS）传统上被视为有氧代谢的有害副产物，这促使抗氧化补充被广泛用于减轻氧化应激、促进运动后恢复和改善运动表现。近期系统综述和荟萃分析（meta-analyses）显示，抗氧化干预效果存在显著异质性。这种不一致似乎反映了干预特征和研究设计的差异，以及显著的个体间生物学变异。本叙述性综述采用多维视角，考察一般健康体力活动个体对抗氧化补充反应异质性的生物学因素和机制，特别关注性别相关氧化还原调节、激素影响、基线氧化还原表型（baseline redox phenotype）、训练状态及其他抗氧化反应性调节因素。核心证据包括21篇出版物，其中10项原始人体研究涉及激素状态、年龄、体力活动和氧化还原相关结局，11项系统综述（含或不含荟萃分析）考察运动情境中的补充；额外的人体和机制证据用于支持叙述性综合。总体而言，研究结果支持精准抗氧化补充（precision antioxidant supplementation）的理由，即应考虑个体生物学特征（包括性别和激素状态）以及运动情境和抗氧化剂特异性特性。基于当前机制和人体证据，研究人员提出一个概念框架，其中抗氧化补充根据个体生物学特征、运动需求和化合物特异性机制进行定制，同时保留适应性氧化还原信号（adaptive redox signaling）并限制过度氧化应激（excessive oxidative stress）。

1. 背景
规律运动会提高氧耗和代谢活性，导致活性氧（ROS）短暂升高；ROS既可能造成氧化损伤，也作为线粒体生物发生、内源性抗氧化防御和运动适应的信号分子。受控ROS参与氧化应激良性应激（oxidative eustress）和氧化还原hormesis，过量则导致氧化应激 distress。抗氧化补充并非普遍有益，关键问题已转向谁可能获益、在何种条件下以及为何目的。个体在ROS生成、反应和内源性防御方面存在差异，受年龄、性别、基线氧化还原状态、饮食、训练史和运动特征影响；生物学性别是重要但研究不足的调节因素，女性在运动氧化还原和抗氧化研究中代表性不足。本叙述性综述聚焦体力活动人群，并区分竞技运动员与其他体力活动者。

2. 材料与方法
2.1 综述设计与依据
本叙述性综述参考SANRAs及叙述性综述报告指南，适用于整合随机对照试验（RCT）、观察性研究、系统综述/荟萃分析、立场声明和机制研究等多维主题。

2.2 文献检索策略
检索PubMed/MEDLINE、Scopus和Web of Science，从建库至2026年8月1日；检索概念包括体力活动/运动、氧化应激/氧化还原生物学、抗氧化补充、性别相关和个体化反应，并手工筛选参考文献。核心证据为21篇出版物，包括11项系统综述和荟萃分析、10项原始人体研究；额外纳入人体、机制和方法学文献。涉及维生素C/E 18项试验、辅酶Q₁₀（CoQ₁₀）17–28项试验和姜黄素15项试验，结局不一致。

2.3 文章选择与证据优先级
优先系统综述/荟萃分析、RCT、对照人体研究、立场声明和高质量机制综述；观察性研究用于基线氧化还原状态、激素状态、月经周期和口服避孕药等。纳入标准涵盖运动诱导ROS/氧化还原信号、内源/外源抗氧化反应、补充对氧化应激、恢复、表现和训练适应的影响、异质性反应决定因素及性别/激素/个体特征。目标人群为一般健康体力活动成人；临床人群和实验模型仅作机制背景。

2.4 证据综合
按性别、激素状态和生殖状态检查证据；女性重点关注月经周期阶段、激素避孕和绝经状态，证据有限时予以说明。采用叙述性综合，强调一致性、生物学合理性、方法学特征和人群相关性，而非定量合并效应估计。

3. 运动氧化还原生物学：从氧化应激到适应
运动短暂增加ROS；ROS作为氧化还原稳态调节者协调适应。其效应取决于氧化剂生成、抗氧化防御和氧化还原敏感信号之间的平衡。适当调节促进线粒体重塑、内源性抗氧化防御和代谢适应；失衡则导致氧化应激 distress 和功能受损。需考虑抗氧化防御网络、ROS来源和信号通路，并受性别等生物学因素修正。

3.1 运动诱导活性氧的来源
线粒体电子传递链复合体I和III电子漏是主要来源；适量线粒体ROS参与质量控制、生物发生和代谢适应，雌激素可提高线粒体效率、减少电子漏。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶（NOX）是主要酶源，NOX2位于肌膜和横管，NOX4也见于肌浆网和线粒体等；机械负荷、收缩、钙流和生长因子信号激活NOX2/NOX4，调节钙处理、兴奋-收缩耦联、葡萄糖转运体4（GLUT4）转位、线粒体生物发生和基因表达。黄嘌呤氧化酶（XO）在剧烈运动三磷酸腺苷（ATP）降解和嘌呤分解时产生超氧阴离子（O₂^•?）和过氧化氢（H₂O₂）；人骨骼肌中XO主要位于微血管内皮细胞，提示血管信号和继发炎症作用。运动诱导炎症反应在恢复期产生ROS，受控免疫来源ROS参与碎片清除、卫星细胞激活、细胞外基质重塑和组织再生；女性炎症激活通常较弱，部分与雌激素免疫调节有关。运动激活协调的ROS生成网络，其贡献随运动方式、强度、时长和训练状态变化，并受性别相关激素调节等修正。

3.2 内源性与外源性抗氧化防御系统
氧化还原稳态依赖整合抗氧化网络。内源性系统是主要防线，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和硫氧还蛋白系统，以及谷胱甘肽（GSH）、尿酸、CoQ₁₀、胆红素等非酶性抗氧化剂；其还调节氧化还原敏感信号、修复氧化生物分子并适应重复运动。外源性抗氧化剂包括维生素C/E、类胡萝卜素、多酚和类黄酮等，是补充网络而非独立系统；许多膳食抗氧化剂通过调节氧化还原敏感转录因子、增强内源抗氧化能力、调节炎症信号和线粒体功能间接影响氧化还原生物学。补充效果取决于抗氧化剂本身、内源网络完整性、基线氧化还原状态、运动诱导ROS和个体生理特征；外源抗氧化剂应视为内源氧化还原调节的调节剂而非通用ROS清除剂。

3.3 生理性氧化还原信号与运动适应
ROS作为受调控的第二信使，效应取决于浓度、亚细胞定位、化学身份和时间模式；短暂升高可逆修饰氧化还原敏感蛋白，激活线粒体重塑、抗氧化防御、代谢适应和组织修复。Kelch样ECH相关蛋白1（Keap1）–核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）轴是核心通路：运动诱导ROS和亲电信号修饰Keap1半胱氨酸，减少Nrf2泛素化和降解，促进其稳定和核转位，表达血红素加氧酶-1（HO-1）、NAD(P)H醌脱氢酶1（NQO1）、谷氨酸–半胱氨酸连接酶亚基（GCLC/GCLM）和谷胱甘肽S-转移酶等；Nrf2激活不消除ROS，而恢复稳态并保留信号。ROS与AMP活化蛋白激酶（AMPK）–过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC-1α）通路互作，促进线粒体生物发生和代谢重塑；短暂核因子κB（NF-κB）激活参与免疫调节、组织修复和骨骼肌重塑。这些通路形成互作网络；ROS在缓冲能力内促进适应，超过则导致氧化应激 distress、分子损伤和适应受损，可概念化为适应性氧化还原窗口；其边界可能随性别、激素状态、训练状态、线粒体功能和基线炎症状态变化，从而解释同一补充的异质性反应并支持个体化策略。

4. 运动氧化还原反应的性别特异性决定因素
运动诱导氧化还原信号并非一致；抗氧化能力、激素环境和生理适应差异可解释补充结果不一致，需理解塑造氧化还原反应的生物学因素。

4.1 氧化还原调节和运动反应的性别差异
运动生理研究历史上以男性为主，相关概念被外推至女性；性别作为生物学变量已被广泛认可，但运动诱导氧化还原反应研究结果不一致。部分人体研究报告女性运动后脂质过氧化较低、内源抗氧化防御保存较好，但未一致重复；差异可能反映激素状态、训练背景、运动特征和氧化还原评估方法学差异。性别差异涉及抗氧化能力、炎症信号、线粒体功能和氧化还原敏感适应通路；若氧化还原环境不同，相同补充不应期待相同结局，内分泌环境可能发挥核心作用。

4.2 性激素与氧化还原稳态
雌激素通过受体介导的基因组和非基因组机制调节氧化还原网络；激活雌激素受体可调节抗氧化酶表达、改善线粒体功能、调节氧化还原敏感信号，增强细胞抗氧化应激能力。实验证据显示雌激素增加SOD、CAT和GPx表达与活性，同时改善线粒体功能并限制NOX等主要ROS生成系统激活，形成更严格调控的细胞内氧化还原环境。雌激素有助于维持最佳氧化还原环境，既限制过度氧化损伤又不消除短暂ROS依赖信号，可解释性别特异性反应和补充疗效差异。女性性激素影响非静态；月经周期、激素避孕和绝经改变激素环境并可能改变运动诱导氧化还原反应，是个体间变异来源。

4.3 月经周期、激素避孕与绝经
女性内分泌环境在生殖寿命中持续变化，造成氧化还原调节动态变化；卵巢激素波动改变激素环境，可能影响抗氧化能力、氧化应激和运动后恢复。月经周期中雌激素和孕激素波动形成不同内分泌环境，可能影响底物代谢、炎症反应和氧化还原平衡；各阶段运动诱导氧化应激证据不一致，但激素波动被视为重要生物学调节因素。激素避孕抑制内源卵巢激素波动并引入外源类固醇，可能改变氧化还原信号和恢复反应；绝经以雌激素持续下降为特征，与线粒体功能受损、抗氧化防御降低和氧化应激增加相关。老年女性证据强调习惯性体力活动：健康绝经后女性12个月有氧运动干预未显著改变氧化损伤标志物或抗氧化酶活性；健康体力活动老年女性中体力活动、有氧适能与抗氧化生物标志物关联并非在所有氧化还原指标上一致有利；激素状态应与年龄和习惯性活动一起解释。

4.4 年龄作为氧化还原调节和抗氧化反应的调节因素
年龄是氧化还原调节的重要决定因素，应与生殖激素状态分开考虑；衰老可能改变线粒体功能、氧化还原信号和内源抗氧化防御，但变化随体力活动、体适能和基线代谢状态而变。运动可部分改变年龄相关氧化还原变化，但取决于运动方式和生物标志物；荟萃分析发现老年人有氧运动改善部分氧化应激和抗氧化标志物，抗阻训练总体无显著影响；老年抗氧化补充证据异质，未确立与运动联合的一致额外获益。老年女性运动干预证据显示氧化还原反应不一致；320名基线不活动健康绝经后女性12个月有氧运动未显著改变氧化损伤标志物或抗氧化酶活性；健康体力活动老年女性中相关关联不一致；提示年龄、激素状态和习惯性体力活动是不同但交互的决定因素，需进一步研究年龄是否独立调节体力活动女性抗氧化补充反应。

4.5 其他性别相关调节因素
女性运动员因月经损失、膳食不足和运动相关铁调节改变（运动后hepcidin短暂升高）而铁缺乏风险增加；铁缺乏损害氧运输、线粒体功能和有氧表现，改变运动诱导氧化还原反应背景；近期证据显示铁缺乏独立关联运动员较低有氧能力，纠正可改善缺铁女运动员耐力相关结局。低能量可用性（LEA）长期或严重时可扰乱代谢、生殖、免疫、骨骼和血液功能，是运动相对能量缺乏（REDs）核心；2023国际奥林匹克委员会（IOC）共识强调LEA后果取决于能量缺乏程度和持续时间与个体调节因素交互，而非单一阈值；LEA改变内分泌、体成分、代谢和恢复能力，可能影响氧化还原信号和抗氧化干预表达。肥胖与更高氧化应激及骨骼肌抗氧化酶和氧化还原调节因子表达改变相关，有氧适能与抗氧化能力增强相关；体成分和体适能影响基线氧化还原表型。妊娠期代谢、心血管、激素和氧化还原需求显著改变；无并发症妊娠支持继续体力活动，但运动生理反应和营养需求不同于非妊娠；直接证据有限，妊娠应视为重要情境因素而非已确立的抗氧化反应决定因素。总体而言，性别相关变异超出生殖激素，铁状态、能量可用性、体成分、习惯性膳食抗氧化暴露和生殖状态共同塑造补充应用背景。

5. 将氧化还原生物学转化为精准抗氧化补充
个体对运动和抗氧化补充的反应受超出运动特征或剂量的因素影响；氧化还原调节反映内源抗氧化能力、线粒体功能、炎症活动、激素状态和氧化还原敏感通路的交互。生成、缓冲和响应ROS的能力因性别、生殖激素状态、训练背景、基线代谢状态和基线炎症状态而异；支持氧化还原表型概念，即适应性氧化还原信号和氧化应激 distress 的平衡因生物学背景而异，可解释相同干预产生有益、中性或潜在不利反应。体力活动个体非同质，休闲活动者和竞技运动员训练负荷、目标和恢复需求不同，竞技运动员证据不宜直接外推。

5.1 抗氧化补充结局的变异性
证据高度异质；系统综述和荟萃分析显示不同运动情境和人群效果变异，涵盖常规抗氧化维生素、多酚丰富补充剂、线粒体靶向抗氧化剂、CoQ₁₀和其他膳食抗氧化化合物；部分恢复和氧化应激相关结局有益，而运动表现、炎症生物标志物或长期训练适应改善小或无。异质性超出化合物本身；需区分研究间异质性、效应修饰和个体反应变异；参与者特征、运动方案、补充方案、干预时长和结局选择是主要变异来源。探索性研究水平亚组分析考察性别构成、运动水平、地区和设计作为异质性来源，但不建立个体水平效应修饰；低基线维生素C状态个体的随机双盲交叉研究显示，30天维生素C补充后F₂-异前列腺素（F₂-isoprostanes）和最大摄氧量（VO_2max）变化存在有意义的个体间变异，尽管多数可能有益；标准化运动方案下，训练男女跑步运动和抗氧化补充后若干氧化应激标志物反应相似，而8-羟基-2′-脱氧鸟苷（8-OHdG）效应存在性别差异；26项运动员RCT荟萃分析报告多个运动后结局显著异质性，性别分布和竞技水平为潜在变异来源，但许多亚组不确定。抗氧化剂非同质：维生素C/E为非靶向，维生素C主要作用于水相，维生素E保护脂膜；CoQ₁₀为线粒体电子载体和脂溶性抗氧化剂；米托醌（MitoQ）等线粒体靶向化合物蓄积于线粒体调节局部氧化还原；姜黄素和酸樱桃等多酚产品影响氧化还原和炎症信号，但取决于组成、制剂和生物利用度；类别不可互换。

5.2 个体补充反应的决定因素
策略应超越通用建议；反应受个体生物学特征、运动需求和化合物特性交互影响。基线氧化还原状态是关键决定因素；ROS是运动适应必需介质，过度氧化应激损害恢复，外源抗氧化剂生理需求取决于个体氧化还原调节能力而非仅运动暴露。不同运动方式诱导不同代谢、炎症和氧化还原反应；运动方案、补充方案和干预时长是试验异质性来源。除性别、生殖激素状态、年龄、基线代谢状态和训练背景外，肠道菌群可能是新兴变异来源；肠道微生物代谢膳食多酚为不同生物利用度和活性化合物，影响多酚丰富补充剂效应；多酚也可改变菌群组成和代谢物；但健康体力活动个体中菌群与氧化还原和表现反应直接证据有限且异质。补充剂效应不能独立于习惯性膳食暴露解释；全食物提供维生素、矿物质、类胡萝卜素和多酚混合物并与内源系统互作；证据支持食物优先而非常规高剂量补充；补充反应取决于剂量、时机、训练状态、基线抗氧化能力和个体特征。抗氧化化合物生物学不等同：维生素C/E、CoQ₁₀、线粒体靶向抗氧化剂、姜黄素和多酚丰富补充剂机制及与运动诱导氧化还原信号互作不同，支持精准方法。

5.3 精准抗氧化补充的决策框架
补充应由生物学背景引导而非通用营养策略；决策整合个体生物学特征、运动刺激和化合物特性。框架首先评估个体，包括性别、激素状态、训练背景和基线代谢状态；基线氧化还原表型评估仍属研究性，因标准化分类标准和验证的补充选择规则尚未建立。随后考虑运动特征，不同运动方式有不同代谢和氧化还原需求。最后抗氧化选择与预期生理目标一致，即保留训练适应、促进恢复或减轻过度氧化应激；化合物不可生物学互换，补充选择应针对生物学背景而非常规推荐；框架连接个体特征、运动情境和抗氧化剂特异性特性。

6. 实施、挑战与未来方向
将精准框架转化为实践仍有挑战；研究在参与者特征、运动方案、补充制剂、剂量和结局测量方面差异大。已有评估运动相关氧化还原生物标志物的方法学建议，包括标志物选择、检测局限和样本处理，但不构成定义个体氧化还原表型并指导补充的普遍验证框架；基线抗氧化能力和氧化损伤标志物在运动相关荟萃分析中作为协变量使用有限；有研究计划进行荟萃回归考察基线抗氧化水平与运动诱导氧化应激关系，但因少于10项研究报告所需生物标志物数据而不可行；运动员补充荟萃分析考察性别分布、竞技水平、地区和设计等调节因素，但未将基线氧化还原生物标志物建模为协变量；需标准化报告基线抗氧化状态和氧化损伤标志物以促进协变量调整荟萃分析。未来RCT应量化生物学性别、生殖激素状态和运动方式对抗氧化补充反应的修饰程度；需要足够把握度研究、预设交互分析、报告亚组效应量和置信区间，针对氧化损伤生物标志物、内源抗氧化防御、恢复和表现；现有证据提供初步见解，包括标准化运动和补充方案下性别比较、自然周期女性与口服避孕药使用者比较、运动员试验亚组分析及维生素C补充后个体间变异研究；运动方式方面，Cochrane综述发现机械诱导和全身有氧运动在24或48小时肌肉酸痛抗氧化效果无显著差异；精准方法实施需量化性别、激素状态和运动方式对补充效应的修饰，使用预设交互分析并报告相关结局效应估计和置信区间；未来研究应确定这些因素能否可靠预测个体反应并改善补充决策和有意义的运动相关结局。

7. 结论
体力活动人群抗氧化补充应在个体生物学特征、运动需求和抗氧化剂特异性特性背景下解释；生物学性别、激素状态、年龄和基线营养与氧化还原状态可能造成补充反应变异；这些考虑为研究个体化策略提供理由，同时保留运动适应所需生理信号；但所提框架仍为概念性，需前瞻性验证后才能指导常规个体化补充。