运动预适应促进LC3-Ⅱ生成相关蛋白表达减轻运动性心肌缺血缺氧损伤的机制研究

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研究目的:一次反复短暂大强度间歇性有氧运动导致机体相对或绝对缺血缺氧,诱导机体产生内源性心肌保护效应,提高机体耐受缺血缺氧的能力,使机体在后续的持续性缺血缺氧损伤中得到保护的方式称为运动预适应(exercise preconditioning,EP)。细胞自噬作为机体产生内源性心肌保护效应的机制之一,获得国内外学者极大的研究关注。细胞自噬是指细胞通过捕获自身变形、衰老和损伤的蛋白质或细胞器,然后在溶酶体内降解消化并重新利用的过程。细胞自噬的核心过程是自噬体形成阶段,而自噬体形成阶段主要是LC3-II生成相关蛋白的调控,对其的研究有待深入探讨。本研究采用血液指标、组织学形态指标和心电图指标,探讨三者之间的关系,并比较EEP和LEP减轻运动性心肌缺血缺氧损伤的强弱。基于EP减轻力竭运动所致的心肌缺血缺氧损伤,以及细胞自噬对缺血缺氧应激的适应性反应,通过研究自噬诱导蛋白Beclin1与心肌缺血缺氧的相关关系,研究LC3-II生成相关蛋白在EP中的变化,探讨EP诱导细胞自噬,促进自噬体形成的可能机制,为EP心肌保护效应机制的研究提供深入的理论和实验依据。研究方法:健康雄性Sprague-Dawley大鼠120只,随机分为六组,对照组(C组)、早期运动预适应组(EEP组)、晚期运动预适应组(LEP组)、力竭运动组(EE组)、早期运动预适应+力竭运动组(EEP+EE组)和晚期运动预适应+力竭运动组(LEP+EE组)。以30 m/min速度运动10 min,休息10 min,重复4次,跑台坡度为0°,建立运动预适应模型。以30 m/min速度运动至力竭建立大鼠运动性心肌损伤模型。(1)用化学发光法检测血浆c Tn I含量,用HBFP染色法、C-2R BG染色法显示心肌组织缺血缺氧变化,用心电图ST段和T波反映心肌缺血缺氧水平。分析血液指标、组织学形态指标和心电图的相关关系,比较EEP和LEP减轻运动性心肌缺血缺氧损伤的强弱。(2)用免疫印迹测定Beclin1的表达水平,分析Beclin1与缺血缺氧染色C-2R BG的相关关系。(3)用免疫荧光双标,通过激光共聚焦扫描显微镜观察心肌组织LC3和Atg7的表达变化,并分析共定位程度。用免疫荧光和免疫印迹测定LC3、Atg7、Atg4B、Atg3和p62蛋白表达水平,用实时荧光定量PCR测定LC3、Atg7、Atg4B和Atg3基因表达水平。研究结果:(1)血液指标、组织学形态指标和心电图的相关关系:EEP组、LEP组、EE组、EEP+EE组和LEP+EE组c Tn I含量分别与C-2R BG染色IOD值和阳性面积呈相关关系(P<0.05)。EEP组、EE组、EEP+EE组和LEP+EE组心电图ST段和T波分别与C-2R BG染色IOD值和阳性面积呈相关关系(P<0.05)。与EE组相比,EEP+EE组和LEP+EE组血浆c Tn I水平、HBFP染色和C-2R BG染色IOD值、阳性面积和MOD值显著降低(P<0.05),与EE组相比,EEP+EE组和LEP+EE组ST段和T波显著降低(P<0.05)。(2)免疫印迹显示,与C组相比,EEP组、EE组、EEP+EE组和LEP+EE组Beclin1表达水平显著升高(P<0.05)。EEP组、LEP组、EE组、EEP+EE组和LEP+EE组Beclin1表达水平分别与C-2R BG染色IOD值和阳性面积呈相关关系(P<0.05)。(3)免疫荧光双标显示,LC3为绿色荧光,Atg7为红色荧光,共定位为黄色荧光。与C组相比,EEP组LC3与Atg7共定位系数显著升高(P<0.05);与EE组相比,EEP+EE组和LEP+EE组LC3与Atg7共定位系数无显著性差异。免疫荧光显示,Atg4B为绿色荧光,Atg3为红色荧光。与C组相比,EEP组和LEP组Atg4B和Atg3平均荧光强度显著升高(P<0.05)。与EE组相比,EEP+EE组Atg4B和Atg3平均荧光强度显著升高(P<0.05)。免疫印迹显示,与C组相比,EEP组LC3-I、LC3-Ⅱ、LC3-Ⅱ/I和Atg7表达水平显著增高(P<0.05),EE组LC3-I和Atg7表达水平显著增高(P<0.05);与EE组相比,EEP+EE组LC3-Ⅱ和LC3-Ⅱ/I表达水平显著增高(P<0.05)。与C组相比,EEP组和LEP组Atg4B和Atg3表达水平显著增高(P<0.05),EE组Atg4B表达水平显著升高(P<0.05);与EE组相比,EEP+EE组Atg4B和Atg3表达水平显著增高(P<0.05)。与C组相比,EE组p62表达水平显著升高(P<0.05);与EE组相比,EEP+EE组和LEP+EE组p62表达水平显著降低(P<0.05)。实时荧光定量PCR显示,与C组相比,EEP组和LEP组LC3m RNA表达水平无显著性差异,Atg7 m RNA、Atg4B m RNA、Atg3 m RNA表达水平显著增高(P<0.05)。与EE组相比,EEP+EE组和LEP+EE组LC3 m RNA表达水平无显著性差异,Atg7 m RNA、Atg4B m RNA、Atg3m RNA表达水平显著增高(P<0.05)。研究结论:心肌缺血缺氧能够导致大鼠心电ST段和T波发生变化,心肌细胞发生形态结构改变,血液c Tn I含量升高。LEP减轻力竭运动所致的心肌缺血缺氧损伤强于EEP,自噬体形成阶段LC3-II生成相关蛋白并未发挥作用,其原因有待深入探讨。EP通过间歇性心肌缺血缺氧诱导细胞自噬,通过增加LC3、Atg7、Atg4B和Atg3表达水平,促进自噬体的形成,增加p62表达水平,促进自噬底物的有效降解,发挥心肌保护效应减轻力竭运动所致的心肌缺血缺氧损伤。
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