熊德 宋子玉 史紹蓉

1. 引言

長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練使心臟發(fā)生的適應(yīng)性變化，已成為國(guó)內(nèi)外體育科學(xué)與心臟學(xué)界的研究熱點(diǎn)，但以往的研究多集中于競(jìng)技運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域。在運(yùn)動(dòng)健身中，專(zhuān)家們一致推薦中等、中小強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)，但其對(duì)心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的影響及其機(jī)制，以及與競(jìng)技運(yùn)動(dòng)的區(qū)別尚不清楚。

肌動(dòng)蛋白α1是肌動(dòng)蛋白(Actin)的異構(gòu)體,肌動(dòng)蛋白富含于真核細(xì)胞中,是心肌發(fā)育的最早標(biāo)志,是細(xì)肌絲的結(jié)構(gòu)蛋白。它不僅參與細(xì)胞極性、內(nèi)吞、外排、細(xì)胞分裂、移動(dòng)、粘連、信號(hào)傳遞以及離子通道活性等多種生理過(guò)程的調(diào)節(jié),而且構(gòu)成肌肉細(xì)胞中重要的收縮成分和細(xì)胞骨架。心肌肌動(dòng)蛋白α1由377個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成,存在于成年哺乳類(lèi)動(dòng)物心肌細(xì)胞內(nèi),是重塑心肌中重要的收縮蛋白和細(xì)胞骨架蛋白,它既有收縮蛋白的功能參與肌肉的運(yùn)動(dòng),又是重要的骨架蛋白對(duì)細(xì)胞起支持作用。在心室重塑過(guò)程中,α心肌肌動(dòng)蛋白的活性發(fā)生變化并且在心肌細(xì)胞中排列發(fā)生改變,其表達(dá)程度是決定心室重塑的重要因素之一。

心肌肌動(dòng)蛋白α1是否僅在心臟某些特定的部位產(chǎn)生作用，以及通過(guò)怎樣的分子機(jī)制產(chǎn)生心臟保護(hù)功能，均有待研究，但目前未見(jiàn)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)采用中小強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)心肌目標(biāo)蛋白心急肌動(dòng)蛋白Α1及其基因的表達(dá)，以探討其在心肌中的表達(dá)規(guī)律及其作用。

2. 材料與方法

2.1 研究對(duì)象與分組

40只2月齡雄性SD大鼠購(gòu)于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物部，Ⅱ級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，體重為224±30g。SD大鼠分籠飼養(yǎng)，室溫20～24℃，光照時(shí)間為7：00～19：00，自由進(jìn)食與飲水。適應(yīng)性訓(xùn)練1周后，將40只SD大鼠按體重配伍后隨機(jī)分為4組(每組n=10)，分別為4、8周運(yùn)動(dòng)組及平行對(duì)照組。

2.2 運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物建模方式

SD大鼠購(gòu)入后進(jìn)行跑臺(tái)適應(yīng)性訓(xùn)練5天。適應(yīng)性訓(xùn)練后，對(duì)照組籠中正常生活狀態(tài)，不施加運(yùn)動(dòng)負(fù)荷。運(yùn)動(dòng)組分別為：第一天10×10m·min-1，第二天15×10m·min-1，第三天18×15m·min-1，第四天21×20m·min-1，第五天24×20m·min-1(相當(dāng)于60～70%VO2max)，此后保持這一速度至第4、8周末，每天訓(xùn)練40分鐘，每周訓(xùn)練6天，周六休息1天。

2.3 儀器設(shè)備與實(shí)驗(yàn)方法

主要儀器設(shè)備、試劑與實(shí)驗(yàn)方法等見(jiàn)相關(guān)研究文獻(xiàn)。

2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 心臟形態(tài)學(xué)變化

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示(見(jiàn)表1)，大鼠經(jīng)過(guò)4、8周中小強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)后，與對(duì)照組相比較，4、8周運(yùn)動(dòng)組大鼠心臟重量增加分別為5.38%、5.03%，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。運(yùn)動(dòng)組大鼠心臟重量指數(shù)分別增高32.72%、24.58%，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表1 中小強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠心臟重量及心系數(shù)的影響

注：*表示P<0.05 (與平行對(duì)照組相比)，下同。

3.2 RT-PCR結(jié)果

RT-PCR實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，4周有氧運(yùn)動(dòng)后，心房肌肌動(dòng)蛋白α1 mRNA表達(dá)量下降，差異不具有顯著性水平(p>0.05)；左心室心肌肌動(dòng)蛋白α1 mRNA表達(dá)量上升，差異不具有顯著性水平(p>0.05)；右心室心肌肌動(dòng)蛋白α1 mRNA表達(dá)量下降，差異不具有顯著性水平 (p>0.05)。8周運(yùn)動(dòng)后，心房肌肌動(dòng)蛋白α1 mRNA表達(dá)量下降，差異不具有顯著性水平 (p>0.05)，左心室心肌肌動(dòng)蛋白α1 RNA表達(dá)量下調(diào)，差異具有顯著性水平(P<0.05)，右心室心肌肌動(dòng)蛋白α1 mRNA表達(dá)量下調(diào)，差異具有顯著性水平(P<0.05)。見(jiàn)表3。

表3 運(yùn)動(dòng)組與對(duì)照組心肌肌動(dòng)蛋白α1mRNA的相對(duì)凈光密度值統(tǒng)計(jì)表

注：*表示P<0.05 (與對(duì)照組相比)。

圖1 4周組心房肌心急肌動(dòng)蛋白Α1 mRNA表達(dá)的RT-PCR結(jié)果(Lane1-8為對(duì)照組，Lane9-16為運(yùn)動(dòng)組)

圖2 8周組右心室肌心急肌動(dòng)蛋白Α1 mRNA表達(dá)的RT-PCR結(jié)果(Lane1-7為對(duì)照組，Lane8-14為運(yùn)動(dòng)組)

4. 分析與討論

4.1 心肌形態(tài)的變化

心臟重量雖然是反映心臟肥大的主要指標(biāo)，但不同運(yùn)動(dòng)對(duì)心臟形態(tài)的影響不同。由于有氧運(yùn)動(dòng)主要是改變心腔的容積，本實(shí)驗(yàn)大鼠的心臟重量增加不明顯，但心重指數(shù)增加應(yīng)該與運(yùn)動(dòng)方式與強(qiáng)度有關(guān)。

4.2 心肌肌動(dòng)蛋白α1的表達(dá)變化及其調(diào)節(jié)機(jī)制

本研究中，4、8周有氧運(yùn)動(dòng)后，心室肌中心肌肌動(dòng)蛋白α1表達(dá)分別上調(diào)6.3、9.5倍，由此可說(shuō)明，心肌肌動(dòng)蛋白α1在運(yùn)動(dòng)早期就開(kāi)始出現(xiàn)變化，且隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)，其表達(dá)量也隨著升高，分析原因可能是隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)而造成心肌損傷，進(jìn)而引起心肌細(xì)胞內(nèi)收縮蛋白的降解，機(jī)體必然通過(guò)各種途徑加強(qiáng)收縮蛋白的合成來(lái)維持一定的運(yùn)動(dòng)能力及正常功能。在整個(gè)有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過(guò)程中，心肌肌動(dòng)蛋白α1的表達(dá)量上調(diào)表明心肌的收縮能力得到加強(qiáng)，泵血功能得到提高。

有研究表明將UCP3LmRNA翻譯成蛋白質(zhì)要有4 h以上的時(shí)間。所以肌動(dòng)蛋白mRNA水平的變化并不能完全真實(shí)反映肌動(dòng)蛋白的變化。這一點(diǎn)正好與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合以上實(shí)驗(yàn)表明，基因與蛋白質(zhì)之間并不存在一一對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性關(guān)系，mRNA水平與蛋白水平也不一定呈正相關(guān)。這種mRNA與相關(guān)蛋白表達(dá)不一致的現(xiàn)象與于新凱《運(yùn)動(dòng)對(duì)骨骼肌肌動(dòng)蛋白的影響》中：心肌型肌動(dòng)蛋白基因啟動(dòng)子的激活依賴(lài)于MDFs、血清反應(yīng)因子與CCArG序列的相互作用結(jié)合形成一個(gè)大的蛋白轉(zhuǎn)錄復(fù)合體相吻合。這是因?yàn)樵诘鞍踪|(zhì)合成過(guò)程當(dāng)中存在許多的調(diào)節(jié)因素如轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控、翻譯水平的調(diào)控，以及剛合成的多肽鏈多數(shù)是沒(méi)有功能的，需要通過(guò)信號(hào)肽的切除、二硫鍵的形成、氨基酸側(cè)鏈的修飾、多肽鏈的折疊等一系列的加工后才能成為有生物功能的蛋白質(zhì)。

本實(shí)驗(yàn)中，4、8周運(yùn)動(dòng)后，心肌肌動(dòng)蛋白α1在心房肌中均表達(dá)正常，其mRNA表達(dá)下降但差異不具有顯著性水平，說(shuō)明心房肌對(duì)該運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與方式具有較好的適應(yīng)性。4周運(yùn)動(dòng)后，左、右心室肌中心肌肌動(dòng)蛋白α1均表達(dá)上調(diào)，其mRNA表達(dá)水平分別上升、下降，但都不具有不具有顯著性水平,說(shuō)明4周有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌肌動(dòng)蛋白α1表達(dá)的影響不受其合成過(guò)程中上游基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，可能主要受其下游翻譯、修飾等的調(diào)控。8周有氧運(yùn)動(dòng)后，左、右心室肌中肌動(dòng)蛋白α1mRNA都出現(xiàn)了顯著下降，而通過(guò)其指導(dǎo)合成的蛋白卻表達(dá)正常和上調(diào)9.5倍，心肌肌動(dòng)蛋白α1的表達(dá)水平與其基因表達(dá)水平并不完全一致，結(jié)合上述結(jié)果，說(shuō)明8周有氧運(yùn)動(dòng)使心肌肌動(dòng)蛋白α1合成過(guò)程中的轉(zhuǎn)錄水平降低，而翻譯、修飾水平加強(qiáng)。

心肌肌動(dòng)蛋白α1的mRNA在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的表達(dá)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，蛋白合成的調(diào)節(jié)可能涉及多個(gè)水平，如基因結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄、翻譯等。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可導(dǎo)致各種不同調(diào)控因子的參與，其中的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

5. 結(jié)論

長(zhǎng)時(shí)間中小強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)可使大鼠心肌發(fā)生形態(tài)上的適應(yīng)性改變。心房肌對(duì)長(zhǎng)時(shí)間有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練具有良好的適應(yīng)性，4周有氧運(yùn)動(dòng)后，心室肌肌動(dòng)蛋白α1的差異表達(dá)不受其合成過(guò)程中基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控，而8周有氧運(yùn)動(dòng)后心室肌肌動(dòng)蛋白α1的差異表達(dá)可能受其合成過(guò)程中上游基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控，也可能受下游翻譯、修飾的調(diào)控。