运动预适应对力竭大鼠心肌线粒体生物发生及呼吸功能的影响

摘要

目的:一般认为运动预适应(exercise preconditioning，EP)是通过规律的、间歇的、中等强度运动来增强心脏对长时间缺血缺氧的耐受性，其对心脏的保护作用明确，既往多从抗炎、抗凋亡、抗氧化应激等方向进行验证，但从能量代谢角度少有研究。线粒体生物发生是维持心肌细胞能量代谢的重要机制，其中过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α(peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator1-α，PGC-lα)是保证线粒体生物发生有序进行的核心因子，可进一步通过影响核转录因子（nuclear respiratory factor，NRF1/NRF2）、线粒体转录因子A（mitochondrial transcription factor A，TFAM）、雌激素相关受体-α（Estrogen Related Receptor-α，ERRα）等因子的表达，诱导线粒体前体生长和分化，维持线粒体呼吸功能的正常，从而保证心肌正常的能量代谢。而运动预适应是否可通过调控线粒体生物发生相关蛋白来起到对心肌的保护作用尚未可知。本实验预通过建立大鼠EP及力竭游泳运动(Exhaustive swimming，ES)损伤模型，初步探查运动预适应对ES大鼠线粒体呼吸功能的保护作用及其分子机制。
　　方法:
　　1.将雄性SD大鼠随机分成安静对照组（C组）、一次性力竭运动组（EE组）、短期运动预适应组（3D组）、长期运动预适应组（3W组）4组，除C组外，其余各组以尾部负重大鼠3％体重的方式进行游泳训练。C组：常规饲养3天，不游泳；EE组：按照Thomas标准，常规饲养3天后进行一次力竭游泳运动；3D组：安照Lennon方法，每天进行间歇性游泳运动，每次1小时，分次游泳15分钟，休息5分钟，重复3次，持续3天，后进行一次ES；3W组：按照Margonato方法，每天进行间歇性游泳运动，运动方式同短期，持续3周（6天/周），后进行一次ES。各组取造模成功的12只大鼠，安静对照组直接取材，其余各组于ES后30分钟取材。
　　2.取大鼠左室心肌组织作病理切片，经HE染色，光镜下观察其病理结构改变。
　　3.采用ELISA法检测各组大鼠血清中肌酸激酶（CK）、肌酸激酶同工酶（CK-MB）的含量。
　　4.在BIOPS中机械分离大鼠左室心肌肌束，saponin溶液中透化，称重后采用原位法应用高分辨呼吸仪（Oxygraph-2k）测定大鼠左室心肌线粒体呼吸链复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ呼吸速率。
　　5.通过双抗体夹心法测定心肌线粒体通透性转换孔（MPTP）水平。
　　6.采用Western Blot法测定大鼠心肌组织中PGC-1α、NRFs、TFAM、ERRα蛋白的表达水平。
　　结果:
　　1.大鼠心肌显微结构 C组心肌结构比较完整，肌纤维排列整齐、未见断裂，间质未见水肿；EE组心肌细胞可见肿胀，肌纤维排列紊乱甚至断裂，间质水肿明显；3D组可见肌纤维断裂，轮廓相对清楚，间质纤维水肿，3W组偶见肌纤维断裂，轮廓较清楚，间质水肿较轻，而且3W组相比于3D组更接近C组。
　　2.大鼠血清生化指标比较与C组相比，EE组及3D、3W运动预适应组大鼠血清CK、CK-MB的含量均升高，具有统计学意义（P＜0.05）。与EE组相比，3D、3W组大鼠血清CK、CK-MB的含量有所降低，但无统计学意义（P＞0.05），长期组较短期组亦无统计学意义。
　　3.心肌线粒体呼吸链复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的态3呼吸速率（1）与C组比较，除3D、3W组呼吸链复合物Ⅱ，其余各组呼吸复合物呼吸速率降低(P＜0.05)；（2）与EE组比较，3D组的呼吸复合物Ⅱ及3D、3W组复合物Ⅳ呼吸速率增高(P＜0.05)；（3）与3D组比较，3W组线粒体呼吸链复合物Ⅱ的呼吸速率增高(P＜0.05)。
　　4.心肌线粒体MPTP孔开放情况（1）与C组相比，EE组、3D组大鼠心肌线粒体MPTP升高，有统计学意义（P＜0.05）；（2）3W组较3D组、EE组降低，有统计学意义（P＜0.05）。
　　5.心肌组织中PGC-1α、NRF1、NRF2、TFAM、ERRα的表达水平（1）与C组相比，除3W组的PGC-1α外，其余各组心肌PGC-1α、NRF1、NRF2、TFAM、ERRα表达量均减少，有统计学意义(P＜0.05)。（2）与EE组相比，3D、3W组大鼠心肌PGC-1α、NRF1、NRF2、TFAM、ERRα含量升高，有统计学意义（P＜0.05），除PGC-1α组，3W组比3D组升高，有统计学意义（P＜0.05）。
　　结论:
　　1.经力竭运动，大鼠心肌酶升高，表明力竭游泳运动可致大鼠心肌损伤。
　　2.力竭运动使线粒体生物发生的关键信号通路PGC-1α-NRF1/NRF2-TFAM表达下调，同时使ERRα表达减低，降低线粒体呼吸系统复合物活性，减少心肌能量ATP供应，造成心肌能量饥饿，导致心肌损伤。
　　3.运动预适应通过上调线粒体生物发生关键信号通路PGC-1α-NRF1/NRF2-TFAM的表达，增加ERRα的表达，刺激线粒体生物发生，增加线粒体呼吸复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ活性，从而减少心肌细胞线粒体供能障碍，从而达到保护心肌的目的。其作用随着预适应时间的延长更显著。

目录

声明

英文缩略词表

第1章 绪论

1.1 不同运动形式对机体的影响

1.2 线粒体生物发生概述

1.3 运动诱导线粒体生物发生的相关机制

1.3.1 运动对AMPK表达的影响

1.3.2 运动对PGC-1α表达的影响

1.3.3 运动对NRFs表达的影响

1.3.4 运动对TFAM表达的影响

1.3.5 运动对ERRα表达的影响

1.4 讨论

第2章 实验研究

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验方法

2.2.3 统计学分析

2.3 结果

2.3.1 各组大鼠心肌显微结构

2.3.2 各组大鼠血清生化指标比较

2.3.3 各组大鼠心肌线粒体呼吸复合物呼吸速率的比较

2.3.4 各组大鼠心肌线粒体通透性转换孔开放情况的比较

2.3.5 各组大鼠线粒体生物发生相关调控因子表达情况及相关性分析

第3章 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 运动预适应对力竭大鼠心肌显微结构的影响

3.1.2 运动预适应对力竭大鼠心肌酶学的影响

3.1.3 运动预适应对线粒体呼吸功能的影响

3.1.4 运动预适应对力竭大鼠线粒体生物发生相关信号通路的影响

3.2 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果