急性運動對P53調(diào)節(jié)線粒體有氧呼吸軸P53、SCO2、COXII基因表達的影響*

邵 月

(河南財經(jīng)政法大學體育部，河南鄭州 450002)

急性運動對P53調(diào)節(jié)線粒體有氧呼吸軸P53、SCO2、COXII基因表達的影響*

邵 月

(河南財經(jīng)政法大學體育部，河南鄭州 450002)

目的:研究一次急性運動對骨骼肌P53調(diào)節(jié)線粒體有氧呼吸軸P53、SCO2和COXII基因表達的影響。方法:20只大鼠隨機分為2組:安靜組(CON，n=10)、一次急性運動組(AE，n=10)。建立SD大鼠一次急性60分鐘跑臺運動實驗模型，在一次急性運動后即刻斷頭處死切取腓腸肌，Real－time PCR檢測P53、SCO2和COXII的mRNA轉錄，Western blot檢測P53、SCO2和COXII的蛋白表達。結果:1)AE組P53mRNA轉錄、蛋白表達水平與CON組相比均沒有顯著性差異(P＞0.05)。2)AE組SCO2基因轉錄水平與CON組相比顯著性升高(P＜0.05)，但AE組SCO2蛋白表達水平與CON組相比則沒有顯著性差異(P＞0.05)。3)AE組COXIImRNA轉錄水平和蛋白表達水平與CON組相比均沒有顯著性差異(P＞0.05)。結論:一次急性運動對P53調(diào)節(jié)的線粒體有氧呼吸通路影響不是太大，P53基因轉錄和蛋白表達均沒有產(chǎn)生顯著變化，SCO2基因轉錄水平顯著上調(diào)，但這種上調(diào)并沒有反應在蛋白表達上，COXII基因轉錄和蛋白表達都沒有產(chǎn)生顯著性變化，線粒體有氧呼吸的運動適應性改善僅靠一次急性運動很難達到期望效應，也許長期耐力訓練才是更加合適的促進機體有氧呼吸能力的運動方式。

急性運動;P53;SCO2;COXII

機體細胞間需要通過復雜的信號傳遞來傳遞外界刺激，調(diào)控物質和能量代謝過程。運動導致機體物質代謝和能量代謝發(fā)生改變，P53廣泛參與調(diào)節(jié)大量信號轉導通路，是平衡有氧呼吸和糖酵解的重要物質，骨骼肌具有較高的能量需求，運動供能主要通過有氧呼吸和糖酵解，因此運動必然會對P53信號轉導通路產(chǎn)生重要的影響，機體的能量平衡、氧化應激穩(wěn)態(tài)、生理條件等過程也會發(fā)生改變。本實驗以急性運動為模型，研究了一次急性運動對P53調(diào)節(jié)能量代謝信號通路相關基因表達的影響，旨在觀察生理條件下一次急性運動后骨骼肌細胞中P53、SCO2、COXII基因表達的變化。目前，有關運動與骨骼肌中P53、SCO2、COXII基因表達關系的相關研究國內(nèi)外尚鮮見報道。

1 研究方法

4周齡SD雄性大鼠20只，由上海斯萊克實驗動物有限公司提供。實驗室適應性喂養(yǎng)一周，隨機分為2組，即安靜組(CON)，一次急性運動組(AE)。AE組進行一次急性耐力運動后即刻斷頭處死，20 min內(nèi)分別取完整下肢腓腸肌，切分若干份后置于液氮中速凍，－80℃超低溫冰箱保存。熒光定量 PCR檢測P53、COXII的基因轉錄，Western blot測定細胞 P53、SCO2、COXII的蛋白表達。擴增引物見表1。

表1 用于實時熒光定量PCR的引物序列

各檢測結果以±SEM表示，用SPSS15.0軟件統(tǒng)計，各組用獨立樣本T檢驗，以P＜0.05為差異顯著性標準。

2 結果

2.1 熒光定量PCR檢測結果

表2 一次急性運動對骨骼肌P53、SCO2、COXII mRNA 轉錄的影響

1 一次急性運動對骨骼肌P53、COXII mRNA轉錄的影響

2.2 Western blot檢測結果

表3 一次急性運動對骨骼肌P53、SCO2、COXII蛋白表達的影響

3 討論

P53通過反式激活SCO2(Synthesis of Cytochromec Oxidase 2)激活線粒體有氧呼吸，COXII亞基在SCO2的協(xié)助下整合進入細胞色素C氧化酶復合物(COX)［1］，研究一次急性運動后P53調(diào)節(jié)能量代謝信號轉導通路的應激反應將有助于我們觀察其基因表達機制。

3.1 急性運動對P53基因表達的影響

關于運動對P53基因表達影響的研究還非常少。Siu PM等(2005、2006)研究了失重和牽拉負荷狀態(tài)下鵪鶉和大鼠骨骼肌快慢肌亞細胞結構P53基因表達的變化，發(fā)現(xiàn)牽拉負荷快肌纖維中核P53蛋白含量升高，細胞質P53蛋白含量沒有變化，慢肌纖維牽拉負荷刺激后P53蛋白含量與快肌纖維顯現(xiàn)同向變化［2］。幼年和老年大鼠后肢失重狀態(tài)下腓腸肌細胞質中P53蛋白含量顯著上調(diào)，細胞核中則沒有這種現(xiàn)象［3］。然而Ohnishi T等(1999)發(fā)現(xiàn)14天太空失重后萎縮的骨骼肌中P53蛋白總量增加［4］。P53在成熟肌細胞中的表達具有很好的保守性［5，6，7］，分裂后骨骼肌細胞中P53的角色尚不十分清楚，可能與廢用引起的肌萎縮凋亡激活有關。本實驗研究觀察了一次急性運動對P53基因表達的影響，發(fā)現(xiàn)一次急性運動對正常SD大鼠無論是基因轉錄還是蛋白表達水平都沒有產(chǎn)生顯著性影響。也有研究者觀察到不同結果，Chen YW等(2002)研究了一次急性最大離心收縮對翻譯和轉錄調(diào)控基因表達的影響，發(fā)現(xiàn)運動后6小時P53蛋白水平升高。骨骼肌表型對收縮活動模式非常敏感，抗阻訓練后幾個小時骨骼肌蛋白合成有一個爆發(fā)性的增加，已經(jīng)證明不同物種中都存在這種現(xiàn)象［8］。野生型小鼠急性肌肉收縮誘導的P53磷酸化與其上游基因AMPK蛋白激酶和P38激活增加一致，說明P53在保持線粒體生物發(fā)生、凋亡和骨骼肌生理功能中也發(fā)揮作用［9］。

3.2 急性運動對SCO2基因表達的影響

線粒體細胞色素C氧化酶組成需要大量核基因產(chǎn)物支持。金屬伴侶蛋白COX17攜帶銅原子從細胞膜到線粒體膜間區(qū)，釋放銅原子給SCO蛋白家族，SCO蛋白家族對于形成亞基II的CuA中心和亞基1的CuB－細胞色素a3中心具有非常重要的作用，是產(chǎn)生能量不可或缺的蛋白質［1］。由于研究運動對SCO2基因表達影響的文獻還非常少，本實驗也僅僅在此做一探索性研究，探討一下運動影響下SCO2基因表達究竟發(fā)生了什么變化，這種變化與P53、與線粒體有氧呼吸、與運動方式的不同究竟存在哪些關聯(lián)。通過本實驗研究發(fā)現(xiàn):AE組大鼠SCO2基因轉錄與CON組相比有顯著性增加，但其蛋白表達水平與CON組相比卻沒有顯著性差異，這說明SCO2對運動較為敏感，哪怕是一次急性運動對其都有顯著性的影響，但是這種反應僅僅發(fā)生在轉錄水平，并沒有發(fā)生在蛋白翻譯水平，也許這種現(xiàn)象僅僅是運動引起的暫時的應激反應，對一次急性運動增加了線粒體有氧呼吸這樣的結果還須謹慎解釋。

3.3 急性運動對COXII基因表達的影響

機體通過線粒體氧化磷酸化過程產(chǎn)生ATP提供能量，細胞供能依賴氧化磷酸化酶復合物的生物合成，復合物亞基被核基因組和線粒體基因組共同編碼。COX是一個多聚體蛋白復合物，嵌進線粒體內(nèi)膜，是哺乳動物能量代謝關鍵功能調(diào)控位點之一，主要催化呼吸鏈最后一步，從還原的細胞色素C轉移電子給氧分子并把質子從線粒體基質泵出到膜間區(qū)。COX包含有13個結構亞基，三個最大的亞基I–III由線粒體基因組編碼，構成酶的催化核心，剩余十個亞基由核基因組編碼，與酶合成調(diào)控功能相關［10］。運動能對呼吸鏈功能產(chǎn)生重要影響，大量研究證實不同運動方式對呼吸鏈酶復合物活性產(chǎn)生不同影響，本實驗研究從基因表達角度探討了COXII的運動應答，發(fā)現(xiàn)一次急性運動后，一次急性耐力訓練組COXII基因表達在轉錄和翻譯水平上均沒有顯著改變，也許一次急性運動影響更多的是酶活性及其它環(huán)節(jié)，對COXII基因表達影響不是很大。

4 結論

1.一次急性運動對P53基因表達沒有產(chǎn)生顯著影響，P53對運動沒有很強的敏感性，可能更在充分發(fā)揮其調(diào)節(jié)、檢查、平衡、整合的穩(wěn)態(tài)效應。

2.一次急性運動雖然顯著增加了SCO2基因轉錄，但對其蛋白表達水平則沒有產(chǎn)生顯著性影響，也許這僅僅是一次急性運動后的應激性反應。

3.一次急性運動對COXII基因轉錄和蛋白表達都沒有顯著性影響，看來有氧呼吸鏈組分的運動適應性改善僅靠短期訓練很難達到期望效應。

［1］邵月，陳勝強，漆正堂，等.不同訓練方式對骨骼肌P53調(diào)節(jié)線粒體有氧呼吸軸P53、SCO2、COXII基因表達的影響［J］. 體育科學，2010，30(3):46 －52

［2］Siu PM，Alway SE.Subcellular responses of p53 and Id2 in fast and slow skeletal muscle in response to stretch－induced overload［J］.J Appl Physiol，2005，99:1897 – 1904

［3］Siu PM，Pistilli EE，Murlasits Z，et al.Hindlimb unloading increases muscle content of cytosolic but not nuclear Id2 and p53 proteins in young adult and aged rats［J］.J Appl Physiol，2006，100:907－16

［4］Ohnishi T，Takahashi A，Wang X，et al.Accumulation of a tumor suppressor p53 protein in rat muscle during a space flight［J］.Mutat Res，1999，430:271 – 274

［5］Chen YW，Nader GA，Baar KR，et al.Response of rat muscle to acute resistance exercise defined by transcriptional and translational profiling［J］.J Physiol，2002，545:27 – 41

［6］Siu PM，Pistilli EE，Butler DC，et al.Aging influences cellular and molecular responses of apoptosis to skeletal muscle unloading［J］.Am J Physiol Cell Physiol，2005，288:C338 – C349

［7］Siu PM，Pistilli EE，Ryan MJ，et al.Aging sustains the hypertrophy－associated elevation of apoptotic suppressor XIAP in skeletal muscle during unloading［J］.J Gerontol A Biol Sci Med Sci，2005，60:976 –983

［8］ Macdougall JD，Gibala MJ，Tarnopolsky MA，et al.The time course for elevated muscle protein synthesis following heavy resistance exercise［J］.Canadian Journal of Applied Physiology ，1995，20:480 –486

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［10］Kadenbach B，Stroh A，Huther FJ，et al.Evolutionary aspects of cytochrome c oxidase［J］.J Bioenerg Biomembr，1991，23:321－334

Effects of Different Training Program on Gene Expression of P53 －COXII－Respiration Axis in Skeletal Muscle

SHAO Yue

(Henan University of Economics and law，Zhengzhou 450002，China)

Purpose:To investigate Gene Expression of P53－SCO2－COXII－Respiration Axis to an acute training in skeletal muscle.Method:20 rats were distributed into two groups:sedentary(CON，n=10)，an acute training(AE，n=10).CON and AE groups were killed after an acute training consisted of 60 min of continuous treadmill exercise at a lower intensity(≤16.7 m/min).gastrocnemius was excised and analyzed.Result:1)there was no marked difference on P53 gene expression between AE and CON group(P＞0.05).2)There was a significant regulation on SCO2 gene transcription(P＜0.05)but have no significant change between AE and CON group(P＞0.05).3)there was no marked difference on COXIImRNA both gene transcription and protein translation between AE and CON group(P＞0.05).Conclusion:1)An acute training have no significant effect on gene expression of P53 － coxII－ respiration axis regutated by P53，P53 gene expression has no significant change，though there is a marked regulation of SCO2 gene transcription，the protein expression of SCO2 have no significant change，and both gene transcription and protein expression of coxII are not significant difference in all groups，so，the adaptive improvementof mitochondrial aerobic respiration to an acute training couldn＇t meet our expectations，maybe the long － term endurance training is a more adaptive way to facilitate the body＇s aerobic capacity.

acute training;P53;SCO2;COXII

G804.7

A

1007－323X(2011)06－0083－03

2011－03－20

邵月(1973－)，河南遂平人，博士，副教授

研究方向:運動分子生物學

1.河南省科學技術廳基礎與研究項目(112300410216);2.河南財經(jīng)政法大學重大研究課題資金資助。