运动对骨骼肌氧化应激及自噬相关基因表达的影响

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氧化应激是由细胞内源性氧化系统不能有效清除大量产生的自由基,氧化系统和抗氧化系统之间的动态平衡被打破,自由基在体内大量聚集所引起的。氧化应激能使线粒体DNA损伤、脂质过氧化、线粒体ATP和Ca2+含量下降、线粒体肿胀,从而导致线粒体损伤。线粒体损伤则引起自噬、自噬性细胞死亡(Ⅱ型程序性细胞死亡)、凋亡和坏死。细胞自噬是真核细胞中普遍存在的一种生命现象,是将胞内变形、损伤、衰老或非功能性蛋白质和细胞器运送到溶酶体中形成自噬溶酶体,降解内容物,实现自身代谢需要和物质再度更新的过程。细胞自噬不仅参与细胞程序性死亡、先天性免疫、发育、分化等生理进程,还与肿瘤的发生发展、心血管系统疾病、神经退行性变、提前衰老等病理进程密切相关。当细胞遭受运动刺激、能量缺乏、氧化应激、损伤等刺激,抑或胞内损伤性细胞器、非功能蛋白质大量积累时,都能改变细胞自噬水平。自噬相关基因(Atg)是自噬发生阶段的特异性基因。目前已经鉴定出了30多种与自噬相关的特异性基因,其中Atg7、Atg9、Beclin1(?)LC-3是自噬发生过程中非常关键的基因。近几年来,人们对骨骼肌细胞自噬分子机制的相关研究越来越深入,在该领域取得了丰硕的研究成果。通过运动干预的方式探索氧化应激对骨骼肌自噬的影响机理将为今后预防或减轻各种自噬相关疾病以及合理安排运动训练的强度和时间提供理论依据。目的:通过建立递增负荷运动及其恢复过程的时相模型,检测ICR小鼠骨骼肌氧化应激情况以及Atg1、Atg9、Beclin1和LC-3等自噬关键基因表达水平的时相性变化,探究递增负荷运动诱导的骨骼肌氧化应激与细胞自噬的相关性,阐述递增负荷运动对骨骼肌自噬的影响机理。希望通过探求适宜的运动强度和运动时间从而适度调节细胞自噬水平,为我们今后合理的安排运动训练的强度和时间提供理论依据。方法:将80只健康雄性ICR小鼠,7-8周龄,体重19-21g左右随机分为10组,每组8只。分别为:安静对照组(R)、递增负荷运动45min(E45)、90min(E90)、120min(E120)、150min(E150)组以及递增负荷运动150min后恢复3h(ER3)、6h(ER6)、12h(ER12)、18h(ER18)、24h(ER24)组。小鼠进行适应性跑台训练,坡度为0°,速度0.8km/h,持续时间5min,共训练3天。正式训练按照以下程序进行:第1级负荷:lkm/h,15min;第2级负荷:1.2km/h,15min;第3级负荷:1.3-1.5km/h,各组分别运动至相应时间。酶标仪测定骨骼肌MDA含量、SOD活性和H202浓度变化并进行比较分析。Real-time PCR测定小鼠骨骼肌自噬相关基因Atg7、Atg9、Beclinl和LC-3mRNA相对表达量。结果:①骨骼肌MDA含量和H202浓度均在递增负荷运动的早期阶段急剧上升并达到一定的峰值,在递增负荷运动的晚期阶段又开始稳步下降,一直延续到运动结束;在递增负荷运动的恢复期阶段,骨骼肌MDA和H2O2首先维持这种低浓度态势,随后又有所升高,最后稳定在一定的水平。②骨骼肌SOD活性在递增负荷运动的早期阶段急剧下降,但在递增负荷运动的晚期阶段又略微上升;在递增负荷运动恢复期的早期阶段,骨骼肌SOD活性急剧上升,随后又有所下降,最后稳定在一定的水平。③骨骼肌Atg7、Atg9、Beclinl和LC-3mRNA相对表达量在递增负荷运动的早期阶段急剧上升并达到一定的峰值,在递增负荷运动的晚期阶段各自噬相关基因相对表达量又呈现出稳步下降的态势。④骨骼肌自噬相关基因Atg7、Atg9、Beclinl和LC-3mRNA相对表达量在递增负荷运动恢复过程的早期阶段虽然依旧呈现较低水平,但却始终存在稳步上升的态势,一直到递增负荷运动恢复过程的晚期阶段才稳定于一定的水平。结论:①骨骼肌氧化应激水平在递增负荷运动的早期阶段急剧上升,到达一定水平后又开始稳步下降;在递增负荷运动的恢复期阶段,骨骼肌氧化应激水平首先维持这种较低态势,之后又有所回升,最终稳定在一定的水平。②骨骼肌自噬水平在递增负荷运动的早期阶段急剧上升并达到一定的峰值,在递增负荷运动的晚期阶段又呈现出稳步下降的态势。③骨骼肌自噬水平在递增负荷运动恢复过程的早期阶段虽然依旧呈现较低状态,但却始终存在稳步上升的态势,一直到递增负荷运动恢复过程的晚期阶段,骨骼肌自噬水平才趋于稳定。④骨骼肌自噬水平的时相性变化与骨骼肌氧化应激水平的时相性变化具有同步性。
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