耐力运动对ICR小鼠心肌线粒体生物发生的影响

摘要

研究发现，在规律性的运动锻炼之后，心肌的功能和形态发生了较大程度的适应性变化，从微观角度来看，最显著的变化就是来自线粒体，线粒体的数量增多，相关酶活性改善，从整体上增强了线粒体的功能和数目，即线粒体生物发生。线粒体发生过程非常复杂，需要核DNA与线粒体DNA的协调控制。目前已有大量研究表明，核呼吸因子(NRF)家族和雌激素受体(ERR)家族等核转录因子控制着核呼吸基因以及线粒体呼吸基因的表达，线粒体转录因子Tfam、TFBMs等调节着线粒体DNA的转录和复制水平，以及PGC-1家族等转录辅活化因子在这两大类因子之间的整合调节作用。
　　 PGC-1家族在机体对长期运动的适应性变化过程中发挥着关键性的作用。PGC-1α可以辅助激活核呼吸因子NRFs，调节多种核编码的线粒体代谢相关基因和Tfam、TFBMs等线粒体转录因子的表达。线粒体转录因子Tfam、TFB1M及TFB2M调节着mtDNA的转录和复制，从而调控线粒体DNA编码的多种线粒体能量代谢相关因子的表达，促进线粒体的生物发生。
　　 基于PGC-1家族的重要生理功能及其与Tfam、TFBMs线粒体转录因子在线粒体生物发生中的重要作用，本实验试图通过研究耐力运动对不同月龄小鼠心肌线粒体中PGC-1α/β、Tfam、TFBMs等基因表达及mtDNA含量的影响，进而探讨耐力运动对线粒体生物发生的影响，从而为耐力运动改善机体机能提供一定的理论依据。
　　 目的：比较耐力运动对二月龄和十月龄ICR小鼠心肌线粒体中PGC-1α、PGC-1β、Tfam、TFB1/2M基因转录以及mtDNA含量的影响，从基因转录水平和线粒体DNA含量的角度探讨耐力运动对心肌线粒体生物发生的影响。
　　 方法：将32只雄性ICR小鼠进行适应性训练一周后，随机分成二月龄安静组(YC)和二月龄运动组(YE)、十月龄安静组(OC)、十月龄运动组(OE)四组，每组各8只。对不同月龄小鼠采用递增负荷运动能力测试，YE、OE两组小鼠按最大负荷的65％～75％进行4周的跑台训练，每周训练6天，每天一次，每次训练1h。所有小鼠末次运动24h后统一处死，取心肌组织，提取心肌总DNA，检测ATPase6、mt1000和cytB的拷贝量；提取取心肌总RNA，检测PGC-1α、PGC-1β、Tfam、TFB1/2M基因转录水平；提取心肌线粒体，检测其中的ROS水平。
　　 结果：
　　 (1)YE组与YC组小鼠相比，OE组与OC组小鼠相比，体重均无显著差异。
　　 (2)YE组与YC组小鼠相比，心肌线粒体ROS水平上调；OE组与OC组小鼠相比，心肌线粒体ROS水平下调。
　　 (3)YE组与YC组小鼠相比，OC与YC相比，心肌mtDNA含量均无明显差异：OE组与OC组小鼠相比，心肌mtDNA含量显著上调。
　　 (4)YE组与YC组小鼠相比，心肌中PGC-1α和PGC-1β的mRNA表达无明显差异；OE组与OC组小鼠相比，PGC-1β mRNA表达水平显著上调，而PGC-1αmRNA表达水平显著下降。
　　 (5)YE组与YC组小鼠相比，心肌Tfam、TFB1M和TFB2M的mRNA转录水平无明显差异；OE组与OC组小鼠相比，心肌Tfam、TFB1M和TFB2M的mRNA转录水平上调。
　　 结论：
　　 (1)耐力训练可促进十月龄ICR小鼠心肌线粒体的生物发生，小鼠心肌线粒体的生物发生可能还受到年龄的影响。
　　 (2)耐力训练诱导的小鼠心肌线粒体的生物发生可能与PGC-1α、PGC-1β、Tfam、TFB1M和TFB2M等基因有关。其中，PGC-1α可能起到维持心肌线粒体正常稳态的功能，而PGC-1β更多参与了心肌对长期耐力训练的慢性适应，Tfam、TFB1M和TFB2M对mtDNA的转录和复制在心肌线粒体生物发生的运动适应中发挥重要的作用。