论文部分内容阅读
运动员从事不习惯的运动、停训后再恢复训练抑或运动强度的突然增加,常导致运动性肌肉损伤(exercise-induced muscle damage,EIMD),表现为延迟性肌肉酸痛(delayed onset muscle soreness,DOMS)。EIMD/DOMS在大众健身和新运动员中常见,优秀运动员也时有发生。离心运动是导致EIMD/DOMS最常见原因。EIMD/DOMS发生后,肌肉收缩功能下降,肌力降低,严重影响运动成绩的正常发挥。其发生可能与酸中毒、肌肉痉挛、结缔组织的损伤、炎症细胞浸润、酶的外漏等多种原因相关。如果不改变运动方案或是减量训练,会导致损伤加重,造成严重后果,因此防治工作具有重要意义。
蛋白质的乙酰化修饰是蛋白质功能的重要调节方式之一。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+)依赖的组蛋白去乙酰化酶1(sirtuin1,SIRT1)是其中重要的去乙酰化酶。SIRT1通过对Ku70、p53、叉头框蛋白(forkheadbox class O,FOXO)、核因子κB(nuclear factorκB,NF-κB)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子(peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator,PGC)-1α等多种蛋白的乙酰赖氨酸残基进行去乙酰化反应,发挥其在体内的抗炎症、抗应激、抗凋亡、抗诱变、平衡物质代谢、延长寿命等多种生理功能。SIRT1的表达量与活性水平受NAD+与其还原形式NADH(reduced form ofnicotinamide-adenine dinucleotid)的比值NAD+/NADH的敏感调节。大负荷量运动可降低NAD+水平。烟酸是NAD+及NADP+的前体物质,属水溶性维生素类,口服吸收良好。补充烟酸可提高NAD+,增加SIRT1的表达量及活性。
NF-κB是一个进化保守的转录因子家族,涉机体内多种生理病理过程。哺乳动物NF-κB家族由5个成员组成,常以同源或异源二聚体形式存在,p65/p50或p65/p65是最常见亚基组成形式。炎症、应激等产生的活性氧、活性氮、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)和白介素-1(interleukin-1,IL1)等致炎因子以及γ-射线、紫外线、生长因子等均可活化NF-κB。NF-κB内稳态平衡为健康所必需,NF-κB活性过高将导致机体严重感染,而活性不足可引起皮肤、肠道及肝脏病变。大负荷运动产生的活性氧及钙平衡紊乱激活NF-κB,抗氧化剂补充可降低NF-κB活性,减轻炎症性损伤。
蛋白质合成和分解的动态平衡是机体维持正常瘦体质量的前提。当蛋白质分解大于其合成时,瘦体质量降低,肌肉萎缩,肌力下降。泛素蛋白水解酶通路(ubiquitin protease pathway,UPP)和钙蛋白水解酶等非溶酶体蛋白水解酶系统在蛋白质分解中发挥重要作用。运动引起细胞内钙超载,激活钙蛋白水解酶;运动诱导的炎症因子活化UPP;激活的NF-κB可启动UPP。20S蛋白水解酶是UPP水解泛素化蛋白的最终催化中心,其表达量或活性的异常升高与肌肉萎缩症有关。EIMD/DOMS发生后,20S蛋白水解酶活化水解大量肌纤维可能影响了其修复过程。
提高SIRT1表达,可能通过抑制NF-κB诱导的炎症反应和抑制20S蛋白水解酶的水解作用促进EIMD/DOMS的康复,但未见报道。本论文试图借助于烟酸补充,通过增加NAD+/NADH比值提高SIRT1的表达,探讨上述通路在EIMD/DOMS康复过程中的作用。
研究目的
通过单次大负荷离心运动建立EIMD/DOMS的大鼠模型,观察烟酸补充对EIMD/DOMS的影响效果,探讨SIRT1、NF-κB及20S蛋白水解酶表达水平的变化在肌损伤及其修复过程中作用,为促进EIMD/DOMS的康复提供一定的理论依据。
研究方法
90只Spraque-Dawley(SD)大鼠(重190-220g)单纯随机等分为烟酸组(E)与对照组(C),每组再分为安静组(Ec、Cc),运动后即刻组(E0、C0),运动后24小时组(E24、C24),运动后48小时组(E48、C48),运动后72小时组(E72、C72)。大鼠适应性训练3天后进行单次离心运动,运动速度18 m/min,坡度-16度,持续运动120分钟。安静组动物不进行运动。
烟酸运动组在正式运动的前三日开始每日上午给予10 mg/kg烟酸水溶液灌胃,对照组给与等剂量的纯净水灌胃,直至宰杀日止。
各组大鼠在运动后的相应时间点麻醉后取腹主动脉血及比目鱼肌。血清肌酸激酶(creatine kinase,CK)测定用酶反应速率法,血清乳酸脱氢酶(lactatedehydrogenase,LDH)用比色法;石蜡组织切片HE染色观察骨骼肌形态学变化;Western blotting测比目鱼肌胞核中SIRT1、P65及胞浆中20S蛋白水解的蛋白表达水平。
结果
1单次大负荷离心运动可诱导大鼠骨骼肌结构的破坏,以24-48小时最为严重,72小时时损伤骨骼肌已开始修复。
2运动升高血清CK和LDH水平,二者峰值分别出现在运动后的24小时及48小时,且显著高于安静时水平,与骨骼肌的损伤相吻合。大鼠补充10 mg/kg剂量的烟酸可减少大量炎症灶的百分率,但对血清CK与LDH水平值无明显影响作用。
3烟酸补充有升高SIRT1蛋白表达的趋势,与运动对照组比较,运动后即刻差异显著。升高的SIRT1抑制了下游p65蛋白的表达,减轻了EIMD/DOMS炎症程度。
4单次大负荷离心运动升高比目鱼肌p65蛋白表达,运动后即刻不明显,24小时达峰值并显著高于安静时水平,48小时基本恢复。烟酸补充减少了p65蛋白的表达,与运动对照组比较,运动后即刻效果显著。
5单次大负荷离心运动可升高各组大鼠比目鱼肌20S蛋白水解酶蛋白表达,运动后即刻明显,72小时达峰值。烟酸补充对20S蛋白水解蛋白表达影响不明显。
结论
1单次大负荷离心运动引起的EIMD/DOMS,炎症过程可能远离了功能内稳态,而蛋白质代谢过程可能处于功能内稳态。
2单次大负荷离心运动引起的EIMD/DOMS,烟酸补充通过增加SIRT1蛋白表达,降低p65蛋白水平,从而抑制炎症过程。
3单次大负荷离心运动引起的EIMD/DOMS,烟酸补充不影响骨骼肌20S蛋白水解酶表达以及血清CK和LDH的水平。