运动诱导的骨骼肌线粒体活性氧生成及其对能量转换的调节

摘要

研究目的：运动过程中线粒体不可避免地导致活性氧产生。以往的研究主要关注运动性活性氧（reactive oxygen species , ROS）给机体造成的氧化损伤，而运动氧化应激的早期事件—ROS平衡与线粒体能量代谢之间的相互关系、ROS信号分子调节线粒体氧化还原电势和能量平衡的分子机理、ROS激活解偶联作用及解偶联反馈性调节ROS生成以及这一抗氧化防御始动环节在运动氧化应激中的作用和意义往往被忽视。 研究方法：本研究以未训练及6周训练后SD大鼠三级递增负荷跑台运动作为实验模型，取安静、运动45、90、120和150分钟为观察点；测定骨骼肌线粒体ROS生成、膜电位、ATP合成、UCP3和Mn-SOD表达、态3、4呼吸速率、MDA等指标。 研究结果与结论： 1.未训练及训练后急性运动过程中均能快速诱导线粒ROS生成，提示在急性运动过程中线粒体ROS的生成是一正常生理过程。 2.急性运动快速上调骨骼肌线粒体UCP3蛋白水平，提示细胞内可能存在UCP3蛋白库。 3.急性运动诱导骨骼肌UCP3快速表达，ROS生成呈先升后降的变化规律，及ROS对线粒体UCP3的激活作用，提示，线粒体内存在ROS→UCP-3→质子漏→ROS一个复杂精确的激活、诱导表达与抗氧化的反馈机制。 4.急性运动过程中UCP3优先于Mn-SOD表达，从UCP3抗氧化的角度考虑，UCP3的抗氧化作用相对Mn-SOD是一“早期事件”。 5.急性运动过程中，呼吸链电子流被所建立的高跨膜电位抑制，电子流重新分配，产生大量ROS，电子流大量贡献于ROS生成时，线粒体因电子漏增加耗能增多。这是ROS对线粒体能量转换调节的初始环节。 6.随着ROS大量生成，其可作为始动因素，直接导致质子漏或激活UCP3介导质子漏，提示，ROS在运动中线粒体的能量转换和输出的精确调控中可能起到了一种“分子开关”的作用。 7.耐力训练后，Mn-SOD活性及表达的升高清除线粒体产生的过量ROS，同时线粒体UCP3水平降低，减弱了ROS及ROS激活UCP3所引起的质子漏，从而降低了能量损耗。从抗氧化的角度看，线粒体的抗氧化作用间接调节线粒体能量代谢。