益气养血补肾方对长期大强度运动大鼠海马JAK/STAT信号转导通路的影响

来源 :山东体育学院学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wanghldss
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘 要:目的:研究复方中药益气养血补肾方对长期大强度运动大鼠海马JAK/STAT信号转导通路的影响,进一步探讨该中药的神经保护作用及机制。方法:30只雄性SD大鼠随机分为对照组、大强度运动组和中药组,每组10只。其中,大强度运动组和中药组进行递增负荷跑台训练,时间为7周。用TUNEL法检测大鼠海马细胞凋亡情况,用Western-blotting法测定海马磷酸化JAK1、STAT1及Casepase-3的蛋白表达水平。结果:与对照组相比,大强度运动组细胞凋亡水平和p-JAK1、p-STAT1和Casepase-3的蛋白表达水平均显著升高(P<0.01);中药组细胞凋亡水平和p-JAK1、p-STAT1和Casepase-3的蛋白表达水平则明显低于大强度运动组(P<0.05,P<0.01)。结论:长期大强度运动可能激活JAK/STAT信号转导通路,发挥促凋亡作用,参与脑缺血损伤后的病理生理过程;复方中药益气养血补肾方可能通过抑制p-JAK1、p-STAT1和Casepase-3的表达发挥脑缺血后的抗凋亡作用,从而达到神经保护作用。
  关键词:长期大强度运动;海马;细胞凋亡;JAK/STAT信号通路;益气养血补肾
  中图分类号:G804.7 文献标识码:A 文章编号:1006-2076(2015)03-0057-05
  Abstract:Objective: To study the effects of compound Chinese medicine on the signal pathway of JAK/STAT in rat hippocampus with long-term high intensity exercise.Methods:Male SD rats were randomly divided into three groups: control group (n=10),high intensity exercise group(n=10) and Chinese medicine group (n=10). The exercise project was applied by 7 weeks treadmill at progressive increase exercise intensity.The level of apoptosis in rat hippocampus was detected by the methods of TUNEL. The level of protein expression of p-JAK1, p-STAT1 and Casepase-3 were determined by the methods of Western blotting.Results:Compared with the control group, the level [HK][HT]
  长期大强度运动可使机体脑部血流量下降,氧供相对不足,能量代谢障碍,兴奋性氨基酸、氧自由基、一氧化氮等释放增加,细胞内钙超载,炎性细胞聚集等,出现缺血、缺氧性损伤,从而引起脑组织细胞凋亡,神经系统功能下降。细胞凋亡在脑缺血损伤中起到重要作用,信号转导过程的激活是启动细胞凋亡的前提,JAK(Janus kinase,JAK激酶)-STAT(signal transducers and activators oftranscription,信号传导子和转录活化子)通路是与脑缺血损伤后细胞凋亡密切相关的重要细胞存活信号转导通路之一[1],是近年来分子生物学领域研究的热点。脑组织缺血时引起大量细胞因子和生长因子的释放,能够激活JAK/STAT信号转导系统,继而对缺血后神经细胞的存亡有非常重要的意义,能够调控脑缺血引起的细胞凋亡,而JAK1/STAT1信号转导途径是其中的一条重要路径,与神经细胞凋亡的关系较为密切,STAT1可活化促凋亡caspase级联反应发挥直接的促凋亡作用。
  传统的中医药在运动疲劳的消除方面具有独特的优势。中医药在运动疲劳的恢复方面具有独特的优势。在本人的前期研究中已经证实[2-3],复方中药益气养血补肾方可以通过抗氧自由基,调节神经递质水平,提高神经营养因子水平等发挥神经保护作用。本研究以JAK/STAT信号通路为切入点,通过建立大强度运动模型,观察长期大强度运动下大鼠海马神经细胞凋亡及JAK/STAT信号通路相关分子p-JAK1、p-STAT1和casepase-3蛋白表达水平的变化,研究该运动方式对JAK/STAT信号转导通路的影响,探讨大强度运动引起的脑缺血后神经细胞凋亡的信号转导机制。并用复方中药益气养血补肾方进行干预,从细胞凋亡及JAK/STAT信号转导通路层面进一步探讨其对运动疲劳的神经生物学机制。
  1 材料与方法
  1.1 动物分组
  雄性SD(Sprague-Dawley)大鼠30只,7周龄,清洁级,体重(189.2±16.7)g,由北京维通利华实验动物技术有限公司提供。适应性饲养1周后,以20 min/d的运动量筛选大鼠,将不适应跑台训练的淘汰,剩余的随机分为对照组、大强度运动组和中药组,每组10只。
  1.2 运动模型的建立
  对照组不进行任何运动训练,大强度运动组和中药组在小动物跑台上进行跑台训练。采用的运动方案参考 Bedford[4]和Wisloff[5]的递增负荷跑台运动(并略加修改),时间为7周(具体方案见表1)。力竭标准为:大鼠不能保持预定速度,3次以上滞留于跑道后1/3处,刺激驱赶无效。行为特点表现为神精倦怠、呼吸深大,俯卧位,对刺激反应不明显。
  3 讨论
  3.1 长期大强度运动对大鼠海马神经元凋亡的影响
  细胞凋亡是是一种受基因调控的程序性死亡[6],是机体维持自身稳定和适应环境必需的生理过程[7]。运动引起机体的细胞凋亡作为组织的一种自我保护机制,能夠完成组织更新、细胞替换和清除损伤等正常的生理过程。而不适当地或过度地细胞凋亡则会造成组织器官、系统功能失调与障碍,是引发运动疲劳的可能机制之一。过度或长时间力竭运动的应激反应会导致大脑的缺血缺氧,能量代谢障碍、兴奋性氨基酸、氧自由基、一氧化氮等释放增加,细胞内钙超载,炎性细胞聚集,导致原癌基因和促凋亡蛋白的表达,启动凋亡程序[8]。本研究用TUNEL 方法来观察长期大强度训练对大鼠海马神经元凋亡的影响,结果发现,对照组只有少量的凋亡细胞(3.12±0.67),大强度运动组的大鼠海马神经元凋亡细胞数明显高于对照组(15.38±3.56),具有显著性差异(P<0.01)。由此可见,长期大强度运动可能通过诱导大鼠海马的细胞凋亡引起神经系统功能失调与障碍,这可能是运动疲劳的中枢机制之一。   3.2 长期大强度运动对JAK/STAT信号通路的影响
  JAKs 激酶( Janus kinase,JAKs)及信号转导和转录激活因子( signal transducer andactivator of transcription,STATs) 信号转导系统是一条广泛存在于组织中的、完整的信号转导途径,对细胞的生长、活化和凋亡等生理功能起重要的调节作用,是Darnell J E Jr等在研究干擾素(IFN)对细胞基因转录诱导的作用时发现的。细胞膜上的信号可以通过JAK/STAT信号转导系统直接传递到细胞核内并启动基因转录,作用直接并且传递速度快,其转导过程大致如下:细胞外信号识别并结合细胞膜上的细胞因子受体,诱导受体聚化形成二聚体或三聚体,在胞浆内形成高亲和性JAKs结合位点,与JAKs结合,并发生酪氨酸磷酸化而活化,活化后的JAKs进一步募集胞浆内相应的信号转导和STATs,并使其一个羟基酪氨酸磷酸化而活化,活化后的STATs与受体亲和力降低,与受体分离,形成二聚体并转移到核内,与目的基因的特定反应元件相结合,诱导目的基因表达,促进多种蛋白质的合成,完成细胞因子受体介导的信号传导过程,从而发挥细胞因子的多种生物学效因[9]。JAK/STAT信号途径广泛参与了多种细胞因子的信号转导过程,如白介素-2、4、6(IL-2、4、6)、集落刺激因子(CSF)、生长激素等,通过调控该因子的细胞分化、增殖和凋亡等生理过程,实现免疫调节、生成造血细胞、神经和胚胎发育等多种生物学功能[10]。JAK/STAT 信号转导途径对缺血后神经细胞的存亡有非常重要的意义,能够调控脑缺血引起的细胞凋亡,JAK1/STAT1 信号转导途径是其中的一条重要路径,与神经细胞凋亡的关系较为密切。大量研究表明,STAT1在通过发挥促凋亡作用,参与脑缺血的神经元损伤。West等[11]在对脑缺血再灌注损伤大鼠的研究中发现,局灶性脑缺血可以通过促进STAT1的表达,诱导神经细胞的凋亡。李文涛等[12]发现慢性脑缺血大鼠STAT1蛋白在大脑皮层和海马的阳性细胞数明显多于非缺血大鼠,差异有统计学意义(P<0.05),并由此推论,STAT1可能参与慢性脑缺血大鼠神经细胞死亡的诱导。此外,STAT1还可以促进Casepase-3、Casepase-7、Casepase-9等的表达。Stephanou等[13]发现STAT1还可以通过抑制脑缺血再灌注损伤后抗凋亡基因Bcl-x及Bcl-2的活化和表达,发挥促凋亡作用。以上研究结果表明,STAT1可能处于信号通路级联反应的中心环节,通过调控其下游的众多凋亡相关基因的表达促进凋亡发生,参与脑缺血损伤。Casepase-3 是 Caspase家族中的重要成员,是哺乳动物凋亡程序中的关键蛋白酶,是凋亡级联反应通路上的核心调控因子,故被称为死亡蛋白酶[14]。Caspase-3 是细胞凋亡蛋白级联反应的必经之路,是凋亡的关键酶和执行者,在凋亡程序中起最后的枢纽作用[15]。
  为了探讨长期大强度运动引起的脑缺血是否可激活JAK1/STAT1信号转导通路,参与脑缺血的病理生理过程,我们建立了长期大强度运动模型,观察大强度运动组p-JAK1、p-STAT1、Casepase-3蛋白表达水平的变化。结果发现,大强度运动组p-JAK1、p-STAT1、Casepase-3蛋白表达水平均较对照组显著升高,并且细胞凋亡水平也显著高于对照组。因此我们推测,长期大强度运动导致的脑缺血能引起大量细胞因子和生长因子的释放,可能激活JAK1/STAT1信号通路,通过调节与凋亡相关蛋白Caspase-3等的转录与磷酸化和其他途径参与了缺血性脑损伤的过程,发挥了其促凋亡作用。
  3.3 益气养血补肾方对细胞凋亡及JAK/STAT信号通路的影响
  我国传统的中医药注重辩证施治,在抗运动疲劳方面具有显著的优势。长期大强度运动引起的运动疲劳属于中医“劳倦”、“虚劳”的范畴。中医理论认为,肾藏精,主骨、生髓,为先天之本,脑为髓海。劳则伤肾,因此长期大强度运动可致肾精不足,髓海空虚。气血是人体最基本的生命物质,脑离不开气血的温煦、儒养。劳则耗伤气血等精微物质,肾精不足不能化生气血,都可导致气血亏虚,脑失濡养,引起缺血性脑损伤等病理生理过程。由此可见,长期大强度运动后引起的肾精不足,气血亏虚是运动疲劳的主要病因病机。为此,本研究选用复方中药益气养血补肾方进行干预,旨在探讨该方对运动疲劳的神经生物学机制,从而为该方药延缓或消除运动疲劳提供分子水平的理论依据。益气养血补肾方由八珍汤和肉桂、补骨脂等14味中药组成,共奏补肾益精、气血双补之效。
  本研究结果表明,中药组的细胞凋亡水平及p-JAK1、p-STAT1、Casepase-3蛋白表达水平较大强度运动组均显著降低(P<0.05,P<0.01)。因此说明,复方中药益气养血补肾方可能通过抑制p-JAK1、p-STAT1和Casepase-3的过度表达发挥抗凋亡作用,从而减轻缺血性脑损伤,达到神经保护作用。
  综上所述,长期大强度运动导致的脑缺血可能引起p-JAK1、p-STAT1、Casepase-3的过度表达,激活JAK1/STAT1信号通路,并发挥促凋亡作用,说明JAK1/STAT1信号转导途径可能参与了脑缺血损伤后的病理生理过程,但JAK1/STAT1信号转导途径在长期大强度运动导致的脑缺血损伤中的具体作用机制尚未完全阐明,仍需进一步研究。复方中药益气养血补肾方可能通过抑制p-JAK1、p-STAT1和Casepase-3的过度表达发挥抗凋亡作用,减轻缺血性脑损伤,从而达到神经保护作用。
  参考文献:
  [1] Rawlings J S,Rosler K M,Harrison D A.The JAK/STAT signaling pathway[J].J Cell Sci,2004,117:1281-1283.   [2] Bedford T G,Tipton C M,Wilson N C,et al.Maximum oxygen consumption of rats and its changes with various experimental procedures[J].J Appl Physiol,1979,47 ( 6 ) :1278-1283.
  [3] 吴春燕. 复方中药对运动疲劳大鼠海马BDNF及其受体TrkBmRNA和蛋白表达的影响[J].山东体育科技,2013,35(5):70-74.
  [4] Bedford T G,Tipton C M,Wilson N C,et al.Maximum oxygen consumption of rats and its changes with various experimental procedures[J].J Appl Physiol,1979,47 ( 6 ) :1278-1283.
  [5] Wisloff U,Helgerud J,Kemi O J,et al.Intensity-controlled treadmill running in rats: VO2 max and cardiac hypertrophy[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2001,280:1301-1310.
  [6] Lueassen PJ,Vollmann-Honsdorf GK,GleisbergM,et al.Chronie Psyehosocial stress differentially affects apopotosis in hippocampal subregions and cortex of the adult tree shrew[J].Eur J Neurosci,2001,14:161-166.
  [7] Green DR.Apoptotic pathways: paper wraps stone blunts scissors[J].Cell,2000,102:1-4.
  [8] Mackenzie ET,Mcculloch J,Harper AM.Influence of endogenous no repinephrine on cerebral blood flow and metabolism[J].Am J Physiol,1976,231(2):483-488.
  [9] Kisseleva T,Bhattacharya S,Braunstein J,et al.Signaling through the JAK-STAT pathway: recentadvances and future challenges[J].Gene,2002,285(1): 1-24.
  [10] Schindle C,Shuai K,Prezioso VR,et al.Interferon-dependent phosphorylation of a latent cytoplasmic transcription factors[J].Science,1992,5071:809-813.
  [11] West D A,Valentim LM,LythgoeM F,et al.MR image-guided investigation of regional signal transducers and activators of transcription-1 activation in a ratmodelof focal cerebral ischemia[J].Neuroscience,2004,127(2): 333-9.
  [12] 李文濤,张博爱,刘艳茹,等.慢性脑缺血对信号转导和转录激活因子-1的表达[J].中国实用神经疾病杂志,2007,10(3):82-83.
  [13] Stephanou A,BrarB K,KnightR A,Latchman D S.Opposing actions of STAT-1 and STAT-3 on the Bcl-2 and Bcl-x promoters[J].CellDeath Differ,2000,7(3): 329-330.
  [14] Li X,Klaus JA,Zhang J,et al.Contributions of poly(ADP-ribose) polymerase-1 and -2 to nuclear translocation of apoptosis-inducing factor and injury from focal cerebral ischemia[J].Neurochem,2010,113(4):1012-1022.
  [15] Ford AL,Lee JM.Climbing STAIR towards clinical trials with a novel PARP-1 inhibitor for the treatment of ischemic stroke[J].J Brain Res,2011,sep2:1410:120-121
其他文献
近年来,我国高等院校的体育教育事业取得了长足的进展,学生的体质健康水平也获得了一定程度的提高。但从横向的时间角度来看,大学生体质健康水平下降的趋势还尚未从根本上得到扭转。  西藏地处拥有“世界屋脊”之称的青藏高原,平均海拔在4 000 m以上,独特的地理环境为当地的体育研究和体育教育带来了特殊性和局限性。为初步了解高原地区大学生的运动负荷情况,探讨耐力项目在高原的适合性,本研究以1 459名西藏在
期刊
摘要:目的: 探討自噬在不同运动强度影响关节软骨细胞功能中的作用。方法: 将 SD 大鼠随机分为 4 组: 高强度运动组、中等强度运动组、低强度运动组和对照组,其中的三个运动组大鼠均进行每天 1 h持续 8 w 的跑台运动,运动速度分别为 35 m/min、 25 m/min、 15 m/min,对照组不进行运动干预。分组干预结束后处死大鼠, 取左后肢膝关节软骨组织提取总 RNA 和蛋白,利用 q
期刊
摘 要:目的:研究有跌倒史老年人跨越障碍的步态特征。方法:运用美国APAS录像解析方法分析有跌倒史老年人(跌倒组10名)和无跌倒史老年人(对照组10名)跨越障碍时步态特征。结果:与无跌倒史老年人比较,有跌倒史老年人跨越步速、跨越高度、脚跟距离和脚尖距离有显著性差异(P<0.05);有跌倒史老年人左腿(跟随腿)支撑踝关节最大伸展角度、右腿(先行腿)在障碍正上方踝关节角度、左腿在障碍正上方膝关节与踝关
期刊
摘 要:以前人相关研究成果为理论依据,引入时间观念,立足运动员竞技能力结构体系和全程性多年周期训练计划的宏观理论视野,多维综合认识运动员协调能力的概念。在此基础上,结合人体生理学、解剖学、现代医学等研究结论,把运动员的协调能力的发展的一般过程划分彼此相连的五个阶段,深入探讨各阶段运动员协调能力的发展特点,挖掘其阶段划分思想的理论价值和实践意义,进一步认识运动员协调能力瞬时性、延时性和长时性发展的基
期刊
摘要:目的:探讨大鼠海马组织胶质细胞源性神经营养因子(glial cell line-derived neurotrophic factor, GDNF)、GDNF家族受体α-1信使RNA (GDNF?family receptor α-1mRNA,GFRα-1mRNA)及其蛋白表达在中枢疲劳后恢复期不同时相的动态变化特征。方法:雄性2月龄SD大鼠32只,随机分为对照组(C组,n=8)、实验组(E
期刊
摘 要:采用专家访谈法、文献资料法等,从溯源中西方二元体育文化特征出发,就我国目前体育工作中存在的焦点问题进行研究,得出结论:中西方体育文化演进的路径不同,造就了不同民族在体育项目选择上的偏好;世界全球化背景有利于中西方体育文化的融合和互补;武术进入奥运会存在理论上的必然性;我们应当从体育文化本质层面上,理性分析奥运“瘦身计划”及乒协“养狼计划”。  关键词:体育文化;奥运会;武术;瘦身计划;养狼
期刊
摘要:足球软实力托起了近现代中国的“足球梦”, 发展足球软实力是实现当代中国“足球梦”的必然选择。采用文献资料法研究了加强我国足球软实力建设的必然性和提升我国足球软实力的发展路径,以期为我国足球运动的可持续发展提供参考。  关键词:足球;软实力;路径  中图分类号:G8120文献标识码:A文章编号:1006-2076(2015)02-0035-05  Abstract:The football s
期刊
摘 要:1)高原地区青少年骨骼发育晚熟比率大于早熟比率,正常比率为54.70%,晚熟比率为38.20%,早熟比例为7.10%。2)高原地区青少年发育不同指标的差异分析表明,在0.05差异显著性水平下,不同单位的龄差存在差异,是否独生子女的龄差存在差异,不同性别的龄差不存在差异,不同民族的龄差不存在差异。3)鉴于高原地区因遗传或特殊环境造成的青少年整体发育相对较为(晚)(龄差均值=-0.742)特殊
期刊
摘要:改革开放后的郇村公共空间演变呈现出从单一到多元演变的趋势,代销店、村医务室、家庭教堂、电影放映场、体育场地等都是构建公共空间的依托。在经济需求和医疗需求的推动下,代销店和村医务室长期扮演重要角色,家庭教堂的作用主要是服务于患病群体,电影作为精神需求的满足条件已经被电视、网络等个体性要素所取代,自发兴起的体育运动成为新的公共空间类型。体育塑造的公共空间,属于村落精英引导,彰显了自发秩序的生成和
期刊
摘要:国际体育文化交流和融合是全球化背景下的必然趋势。挖掘和传承我国传统体育项目,把我国传统体育文化推向世界,是提升我国国际体育文化影响力、丰富我国国际文化形象的重要举措。对外宣传是传播我国传统体育文化、增强我国传统体育项目国际影响力的重要途径。宣传材料是对外宣传的信息载体,而外宣材料的翻译直接影响对外宣传的效果。我国传统体育项目外宣材料的翻译不是单纯的语言转码,而是体育文化内涵的对外移植。因此,
期刊