運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)老齡大鼠心肌多胺代謝的影響*

王偉偉， 薛 過， 張 昊， 張偉華， 王麗娜， 李紅霞， 林 巖， 徐長慶， 趙雅君△

(1哈爾濱醫(yī)科大學(xué)病理生理教研室，黑龍江 哈爾濱 150086； 2齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院病理生理教研室，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

1000-4718(2012)09-1543-06

2012-03-19

2012-06-25

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 (No.81170178)

△通訊作者Tel：0451-86674548; E-mail: zhaoyajun1964@163.com

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)老齡大鼠心肌多胺代謝的影響*

王偉偉1， 薛 過1， 張 昊1， 張偉華1， 王麗娜1， 李紅霞1， 林 巖2， 徐長慶1， 趙雅君1△

(1哈爾濱醫(yī)科大學(xué)病理生理教研室，黑龍江 哈爾濱 150086；2齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院病理生理教研室，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

目的通過觀察運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)老齡大鼠心肌多胺代謝、心肌抗炎及抗氧化能力的影響,探討多胺代謝在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練延緩心肌衰老中的作用。方法實(shí)驗(yàn)分為3組：老年運(yùn)動(dòng)組(Old+Ex)，18月齡Wistar大鼠梯度跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)6周；老年組(Old)，與Old+Ex組月齡相同的Wistar大鼠；青年組(Young)，3月齡Wistar大鼠。高效液相色譜測定心肌組織中多胺(腐胺、精脒和精胺)含量；[14C]標(biāo)記液閃計(jì)數(shù)方法測定心肌組織中多胺合成限速酶鳥氨酸脫羧酶 (ODC) 與多胺分解限速酶精脒/精胺乙酰轉(zhuǎn)移酶 (SSAT) 活性；比色法檢測心肌組織中超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量；酶聯(lián)免疫吸附(ELISA)法檢測心肌組織中腫瘤壞死因子α(TNF-α)和白細(xì)胞介素1β(IL-1β)含量；超聲心動(dòng)圖記錄大鼠心臟功能；透射電鏡觀察心肌組織超微結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果與Young組比，Old組大鼠心肌組織中ODC活性下降, SSAT活性升高, 精脒、精胺及總多胺池水平顯著降低；心肌SOD活性下降，MDA、TNF-α和IL-1β水平升高(P<0.05)；超聲心動(dòng)圖顯示，Old組大鼠左心室收縮末期直徑(LVESD)與舒張末期直徑(LVEDD)均明顯增大，左心室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)與縮短分?jǐn)?shù)(LVFS)降低(與Young組比，P<0.01)。Old+Ex組大鼠心肌組織中ODC活性增加，SSAT活性下降，精脒及總多胺池水平明顯增加；心肌SOD活性升高，MDA、TNF-α和IL-1β水平均顯著降低(與Old組比，P<0.05)；左室功能有明顯改善。超微結(jié)構(gòu)觀察可見Old組心肌肌絲排列不整齊，可見大量脂褐素顆粒沉積，線粒體基質(zhì)疏松；Old+Ex組心肌肌節(jié)結(jié)構(gòu)清晰，線粒體基質(zhì)致密，嵴排列整齊。結(jié)論運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練通過上調(diào)多胺合成代謝、抑制其分解代謝對(duì)抗衰老引起的心肌多胺水平降低；運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可提高老齡心肌抗炎、抗氧化能力。維持老齡心肌多胺池在適當(dāng)水平可能是運(yùn)動(dòng)延緩心肌衰老的部分機(jī)制之一。

運(yùn)動(dòng)； 多胺； 心臟； 脂質(zhì)過氧化； 炎癥介質(zhì)； 老化; 大鼠

多胺 (polyamines, PAs) 包括精脒 (spermidine, Spd)、精胺 (spermine, Sp) 及其前體腐胺 (putrescine, Pu),是一組非蛋白質(zhì)含氮小分子化合物，廣泛存在于生物體內(nèi)，與生物大分子結(jié)合，在細(xì)胞的生長、分化、增殖與凋亡中發(fā)揮重要作用。鳥氨酸脫羧酶(ornithine decarboxylase, ODC) 為多胺合成代謝的限速酶，精脒/精胺乙酰轉(zhuǎn)移酶 (spermidine/spermineN1-acetyltransferase, SSAT)為多胺逆轉(zhuǎn)化分解代謝的限速酶[1]。研究顯示,增殖旺盛的組織細(xì)胞ODC活性增加,多胺水平增加，隨老化的發(fā)展，組織器官多胺水平降低，ODC活性也呈相同下降趨勢(shì)[2]；外源性多胺能夠延長生物體的壽命[3]。我們前期的研究也證實(shí)外源性多胺可通過清除自由基、抑制炎癥介質(zhì)產(chǎn)生在一定程度上延緩大鼠衰老[4]。適度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練(exercise training, Ex)能夠增加心肌的抗氧化能力、增加心肌對(duì)細(xì)胞內(nèi)鈣變化的適應(yīng)性、促進(jìn)心鈉素的合成與分泌、增加心肌糖原儲(chǔ)備，改善老年人的心臟功能和代謝[5]。潘燕等[6]也報(bào)道Ex可通過降低血液中血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)水平及中樞AngⅡ1型受體(AT1R)的表達(dá)增強(qiáng)慢性心衰大鼠動(dòng)脈壓力反射功能。但Ex是否對(duì)老齡大鼠心肌的多胺代謝有影響，還不清楚。本實(shí)驗(yàn)通過觀察梯度Ex對(duì)老齡大鼠心肌多胺代謝、心肌抗炎及抗氧化能力的影響,初步探討多胺代謝在運(yùn)動(dòng)抗心肌衰老中的作用。

材 料 和 方 法

1材料

1.1主要試劑 腐胺、精脒和精胺均購自Sigma；DL-[1-14C] ornithine HCl和[1-14C]acetyl-CoA購自Amersham；SOD和MDA試劑盒均購自南京建成生物工程研究所(批號(hào)為970912和20041020)。大鼠IL-1β和TNF-α酶聯(lián)免疫檢測試劑盒購自中杉生物技術(shù)公司；BCA蛋白濃度測定試劑盒購自碧云天生物技術(shù)研究所；氯仿(國產(chǎn)，色譜純)；苯甲酰氯及其它試劑(國產(chǎn)，分析純)。

1.2主要儀器 FT-200動(dòng)物跑步機(jī)(成都泰盟科技有限公司)；Waters高效液相色譜儀、600 Controler和2487紫外檢測器(Waters)； Hypersil ODS C18柱(250 mm × 416 mm, 5 μm) (大連伊利特分析儀器有限公司)；LS-6500型液閃計(jì)數(shù)儀(Beckman)；US-640型紫外分光光度計(jì)(Beckman)；Model 550酶標(biāo)儀(Bio-Rad)；低溫離心機(jī)(Beckman)；恒溫水浴鍋(成都泰盟科技有限公司)。

2方法

2.1實(shí)驗(yàn)分組 雄性 Wistar大鼠，清潔級(jí),由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈爾濱獸醫(yī)研究所提供。實(shí)驗(yàn)分3組，老年運(yùn)動(dòng)組(old & exercise，Old+Ex,n=7)：18月齡大鼠，梯度跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)6周。跑臺(tái)速度為20 m/min,以20 min/d開始運(yùn)動(dòng),每3 d運(yùn)動(dòng)時(shí)間增加5 min，直至60 min/d時(shí)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間不再變化。老年組(Old,n=8)：與老年運(yùn)動(dòng)組月齡相當(dāng)、自由飲水進(jìn)食的老齡大鼠。青年組(Young,n=8)：體重(280±20)g,自由飲水進(jìn)食的3月齡大鼠。

2.2大鼠心臟多胺含量檢測 各組動(dòng)物均給予10%水合氯醛腹腔注射麻醉，迅速打開胸腔取出心臟,在冷的生理鹽水中漂洗、拭干。取左心室約150 mg，加入0.3 mmol/L冷的高氯酸在冰水浴中制成勻漿，3 500 r/min離心10 min，上清貯存在-80 ℃直至分析使用。取制備好的組織勻漿，取上清加入1, 6-己二胺(內(nèi)標(biāo))、NaOH和苯甲酰氯，混勻, 40 ℃水浴30 min。加氯仿2 mL,漩渦振蕩,離心。取氯仿層,加入流動(dòng)相,漩渦振蕩,離心。提取氯仿層,通風(fēng)櫥中加熱揮干,殘余物溶于甲醇中,取20 μL上高效液相色譜柱應(yīng)用高效液相色譜分析儀檢測各組中多胺含量。色譜條件: Hypersil ODS C18柱(250 mm×416 mm, 5 μm),流動(dòng)相為甲醇與水(V∶V=65∶35),柱溫25 ℃, 流速為0.6 mL/min, 紫外檢測波長為229 nm[1]。

2.3心肌組織ODC活性測定 用放射計(jì)數(shù)分析計(jì)算從DL-[1-14C] ornithine HCl 釋放出的[14CO2] 的量, 代表ODC活性。實(shí)驗(yàn)在橡膠塞封閉的5 mL玻璃試管中進(jìn)行, 橡膠塞上插有注射器針頭, 針頭上帶一片直徑為8 mm玻璃纖維素膜, 纖維素膜事先用50 μL 2 mol/L NaOH濕潤，取備用上清90 μL加入[14C] 標(biāo)記的DL-[1-14C] ornithine HCl 反應(yīng)總體積為100 μL。 蓋緊橡膠塞, 37 ℃孵育60 min, 加入40% 檸檬酸終止反應(yīng), 37 ℃繼續(xù)孵育30 min。取出吸附[14CO2] 的玻璃纖維素膜, 將其置于裝有5‰ PPO 5 mL的液閃杯中, 20 min后上機(jī)計(jì)數(shù)放射活度。ODC 的活性以釋放出的μmol[14CO2] ·(g protein)-1·h-1來表示[7]。

2.4SSAT活性測定 放射計(jì)數(shù)分析計(jì)算從[1-14C] acetyl-CoA 生成的[14C] acetyl Spd 的量, 代表SSAT的活性。實(shí)驗(yàn)在5 mL玻璃試管內(nèi)進(jìn)行。取備用上清86 μL, 分別加入spermidine(3 mmol·L-1)、[1-14C]acetyl- CoA 及Tris-HCl 使反應(yīng)總體積為100 μL。用插有注射器針頭的橡膠塞蓋緊試管,37 ℃孵育10 min, 加入20 μL 1 mmol·L-1冷鹽酸羥胺終止反應(yīng), 沸水中煮沸3 min, 22 000×g離心5 min, 取50 μL上清噴灑在直徑為20 mm的Whatman P81的硫酸纖維素膜上,70 ℃ 烤箱烤干, 蒸餾水沖洗5次, 無水乙醇沖洗3次, 室溫干燥1 h。將硫酸纖維素膜置于裝有5‰ PPO 5 mL的液閃杯中, 20 min后上機(jī)計(jì)數(shù)放射活度。SSAT 活性以生成μmol[14C]acetyl Spd· (g protein)-1·min-1表示[7]。

2.5超聲心動(dòng)圖測定大鼠心臟功能 大鼠麻醉后胸部備皮, 仰臥位固定, 用14.0 MHz探頭連接超聲檢查儀,對(duì)大鼠進(jìn)行超聲檢查。探頭置于其左胸,在取得滿意的胸骨旁左心室短軸二維圖像后, 在乳頭肌水平將M型取樣線垂直于室間隔和左心室后壁獲得M型超聲心動(dòng)圖,每組原始數(shù)據(jù)取連續(xù)3個(gè)心動(dòng)周期的平均值, 超聲檢查的操作及分析均由不知道大鼠分組情況的專科醫(yī)生完成。測量左心室收縮末期直徑(left ventricular end-systolic diameter, LVESD)、左心室舒張末期直徑 (left ventricular end-diastolic diameter, LVEDD)、左心室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction, LVEF)、左心室縮短分?jǐn)?shù)(left ventricular fractional shortening, LVFS)。

2.6大鼠心肌組織超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量檢測 按照試劑盒說明書測定SOD活性和MDA含量。BCA法測蛋白含量。

2.7大鼠心肌組織白細(xì)胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β)和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)含量測定 取制備好的組織勻漿，應(yīng)用酶聯(lián)免疫吸附法按照試劑盒說明書測定IL-1β和TNF-α含量。BCA法測蛋白含量。

2.8透射電鏡觀察大鼠心肌超微結(jié)構(gòu)變化 灌流結(jié)束后，取大鼠左心室心尖部約3.0 mm×4.0 mm×1.0 mm 大小組織，置于戊二醛磷酸緩沖液中固定30 min，然后改刀切成體積約1～2 mm3的小塊，4 ℃繼續(xù)固定24 h。常規(guī)脫水、浸透、包埋、染色后制成50～70 nm的超薄切片，透射電鏡下觀察心肌組織超微結(jié)構(gòu)。

3統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

結(jié) 果

1大鼠心肌多胺含量變化

與Young組比較，Old組心肌腐胺含量明顯升高，精脒、精胺及總多胺池水平明顯下降，差異顯著(P<0.05)。與Old組比較，Old+Ex組心肌腐胺含量下降，精脒及總多胺池水平上升，差異顯著(P<0.05)，見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)各組心肌組織中腐胺、精脒、精胺及總多胺池含量變化

*P<0.05vsYoung group;#P<0.05vsOld group.

2大鼠心肌ODC和SSAT活性變化

與Young組比較，Old組心肌ODC活性明顯下降，SSAT活性明顯上升，差異顯著(P<0.05)。與Old組比較，Old+Ex組心肌ODC活性明顯上升，SSAT活性明顯下降，兩者均有顯著差異(P<0.05)，見表2。

表2運(yùn)動(dòng)對(duì)衰老大鼠心肌組織ODC與SSAT活性的影響

GroupnODC(μmol·g-1·h-1)SSAT(μmol·g-1·h-1)Young8138．96±47．663116．6±553．79Old8107．28±11．71?6577．1±1066．15?Old+Ex7174．68±48．04#2984．1±197．49#

*P<0.05vsYoung group;#P<0.05vsOld group.

3大鼠心臟超聲變化情況

超聲心動(dòng)圖測量結(jié)果顯示，與Young組比較，Old組左心功能明顯降低，表現(xiàn)為 LVEDD和LVESD 顯著增大, LVEF和LVFS顯著降低，差異顯著(P<0.01)；與Old組比較,Old+Ex組LVEDD和LVESD明顯減小, LVEF和LVFS 顯著提高，差異顯著(P<0.01)，見表3。

表3 心臟超聲檢測大鼠心臟功能

**P<0.01vsYoung group;##P<0.01vsOld group.

4大鼠心肌SOD活性及MDA含量測定

與Young組比較，Old組心肌組織SOD活力降低、MDA含量明顯升高，差異顯著(P<0.05)；與Old組比較，Old+Ex組心肌組織SOD活性增加，MDA含量降低，差異顯著(P<0.05)，見表4。

表4運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)衰老大鼠心臟SOD活力和MDA含量的影響

GroupnSOD[103U·(gprotein)-1]MDA[μmol·(gprotein)-1]Young8333．37±54．990．61±0．14Old8257．84±75．93?0．84±0．28?Old+Ex7319．18±17．12#0．58±0．12#

*P<0.05vsYoung group;#P<0.05vsOld group.

5大鼠心肌TNF-α與IL-1β水平檢測

與Young組比較，Old組心肌組織TNF-α與IL-1β含量均明顯升高，差異顯著(P<0.05)；與Old組比較，Old+Ex組心肌組織TNF-α與IL-1β含量均明顯降低，差異顯著(P<0.05)，見表5。

表5運(yùn)動(dòng)對(duì)衰老大鼠心肌組織TNF-α和IL-1β水平的影響

GroupnTNF-α(ng·L-1)IL-1β(ng·L-1)Young615．89±3．7743．47±3．56Old828．41±6．09?62．35±7．64?Old+Ex617．54±3．98#46．52±5．68#

*P<0.05vsYoung group;#P<0.05vsOld group.

6透射電鏡觀察大鼠心肌超微結(jié)構(gòu)變化

透射電鏡下可見Young組大鼠心肌肌絲排列整齊、肌節(jié)清晰，線粒體密集，線粒體嵴清晰、基質(zhì)致密；Old組大鼠心肌肌絲排列不整齊，線粒體體積增大、基質(zhì)疏松，并可見大量脂褐素顆粒沉積；Old+Ex組心肌肌節(jié)結(jié)構(gòu)清晰，線粒體基質(zhì)較致密，線粒體嵴排列整齊，偶見脂褐素顆粒，見圖1。

Figure 1. The ultrastructural changes in the myocardium of rats under transmission electron microscope (×5 000).A: Young group; B: Old group; C: Old+Ex group.

圖1透射電鏡觀察大鼠心肌超微結(jié)構(gòu)的變化

討 論

大量流行病學(xué)資料及實(shí)驗(yàn)研究均已證實(shí)適量運(yùn)動(dòng)可提高機(jī)體有氧代謝水平，增加心肌供氧量，促進(jìn)衰老及疾病狀態(tài)下心臟功能的改善，降低心血管疾病的發(fā)生率和死亡率,延緩心臟衰老,但其確切機(jī)制尚未完全闡明[8]。多胺廣泛存在于生物體組織細(xì)胞內(nèi)，參與體內(nèi)許多病理生理過程。研究顯示，跑步運(yùn)動(dòng)12周可使結(jié)腸黏膜ODC mRNA的表達(dá)增加1.8倍，ODC的變化對(duì)減少結(jié)腸癌的發(fā)生有益[9]。另有文獻(xiàn)報(bào)道，適量運(yùn)動(dòng)(踏步運(yùn)動(dòng)、游泳運(yùn)動(dòng))能夠上調(diào)大鼠骨骼肌、心肌ODC活性，促進(jìn)多胺合成[10-11]，但對(duì)其作用沒有闡述。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)老齡心肌多胺代謝是否影響？以及內(nèi)源性多胺在老齡心血管系統(tǒng)中的生理作用和病理意義，國內(nèi)外尚未見報(bào)道。本研究通過觀察梯度運(yùn)動(dòng)對(duì)老齡大鼠心肌多胺代謝變化、心肌抗炎及抗氧化能力的影響，初步探討多胺在運(yùn)動(dòng)抗心肌衰老中的作用。

本研究結(jié)果顯示，與青年組比較，老齡組大鼠心肌SOD活力降低，MDA、TNF-α和IL-1β水平增加，老齡心臟LVEDD 與LVESD增大，LVEF與FS降低；6周梯度運(yùn)動(dòng)能明顯提高老年大鼠心肌組織中SOD活力，降低MDA及TNF-α和IL-1β水平，并且能明顯改善老齡大鼠的LVEDD 與LVESD降低以及LVEF與FS升高。這提示老齡大鼠心臟功能下降，心肌抗炎、抗氧化能力下降；梯度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練通過上調(diào)老齡心肌抗氧化酶的活性，抑制心肌脂質(zhì)過氧化反應(yīng)及炎癥介質(zhì)的生成，改善老齡大鼠心臟功能。

ODC 為多胺合成代謝的限速酶,ODC催化鳥氨酸生成腐胺,腐胺再依次在精脒、精胺合成酶的作用下生成精脒與精胺。多胺的分解代謝由另一限速酶 SSAT催化，SSAT催化精胺逆轉(zhuǎn)化為精脒，精脒逆轉(zhuǎn)化為腐胺的過程，由SSAT催化的反應(yīng)可產(chǎn)生過氧化氫(H2O2)和 3-氨基乙醛(3-aminoaldehyde)2種有毒代謝副產(chǎn)物，二者均可引起組織細(xì)胞損傷[7]。正常狀態(tài)下，體內(nèi)的多胺與細(xì)胞內(nèi)的生物大分子，如DNA、RNA及蛋白質(zhì)等結(jié)合在促進(jìn)細(xì)胞生長、分化與增殖中發(fā)揮重要作用。已有研究證實(shí)增殖旺盛的組織細(xì)胞，如再生肝及腫瘤細(xì)胞等ODC活性增加，多胺水平升高[12-13]；本研究中我們觀察到老齡大鼠心肌ODC活性明顯降低，精脒、精胺及總多胺水平均明顯減少，低于Young組。我們推測衰老心肌多胺合成代謝下調(diào)，導(dǎo)致總多胺池減少可能是老化心肌的生物學(xué)改變之一。其他學(xué)者的研究也證實(shí)隨年齡增加哺乳類動(dòng)物多種組織器官如，肝、腎、骨骼肌、心臟、肺等多胺水平降低，ODC活性也呈相同下降趨勢(shì)[2]。本研究還發(fā)現(xiàn)，老齡大鼠心肌多胺分解代謝限速酶SSAT活性明顯高于青年組(P<0.05)，說明老齡心肌多胺分解代謝被過度激活。SSAT過度激活一方面進(jìn)一步削減細(xì)胞內(nèi)多胺池，另一方面SSAT催化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的H2O2和3-氨基乙醛可造成心肌損傷。因此，老齡心肌多胺分解代謝激活可能參與了衰老心肌的氧化應(yīng)激損傷。相關(guān)文獻(xiàn)支持我們的分析[14]。

本研究進(jìn)一步觀察到，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能夠上調(diào)老齡大鼠心肌ODC活性/抑制SSAT活性，恢復(fù)老齡心肌總多胺池。ODC作為一種應(yīng)激反應(yīng)蛋白，可被多種應(yīng)激事件如，冷熱刺激、缺血缺氧、運(yùn)動(dòng)等激活[15]。也有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道運(yùn)動(dòng)能夠激活ODC促進(jìn)骨骼肌及心肌多胺合成[10-11]。但目前尚未見運(yùn)動(dòng)對(duì)SSAT活性影響的報(bào)道。本研究提示，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可能通過某種機(jī)制調(diào)節(jié)心肌多胺代謝關(guān)鍵酶ODC與SSAT的活性，維持老齡心肌總多胺在適當(dāng)水平，進(jìn)而增強(qiáng)了心肌的抗炎、抗氧化能力。相關(guān)文獻(xiàn)亦證實(shí)多胺具有抗炎、抗氧化、清除自由基等作用。Zhu等[16]報(bào)道小鼠腹腔注射精胺(10 mg/kg) 能明顯抑制內(nèi)毒素誘導(dǎo)的血清中炎癥介質(zhì)的釋放；Das等[17]的研究發(fā)現(xiàn)多胺可抑制幅射等所引起的DNA損傷和脂質(zhì)過氧化。另有研究顯示多胺可通過清除羥自由基，維持谷胱甘肽和巰基的還原狀態(tài)，抑制線粒體通透轉(zhuǎn)運(yùn)孔的開放等[18]。

總之，本研究顯示，梯度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可通過調(diào)節(jié)多胺合成與分解代謝關(guān)鍵酶的活性，維持老齡心肌總多胺水平，進(jìn)而增強(qiáng)老齡心肌抗炎、抗氧化能力。本研究提示，維持老齡心肌多胺池在適當(dāng)水平可能是運(yùn)動(dòng)延緩心肌衰老的部分機(jī)制之一。

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Effectsofexercisetrainingonmyocardialpolyaminemetabolisminagedrats

WANG Wei-wei1, XUE Guo1, ZHANG Hao1, ZHANG Wei-hua1, WANG Li-na1, LI Hong-xia1, LIN Yan2, XU Chang-qing1, ZHAO Ya-jun1

(1DepartmentofPathophysiology,HarbinMedicalUniversity,Harbin150086,China;2DepartmentofPathophysiology,QiqiharMedicalCollege,Qiqihar161006,China.E-mail:zhaoyajun1964@163.com)

AIM: To explore the effects of exercise training on myocardial polyamine metabolism in aged rats.METHODSWistar rats were divided into 3 groups: old+exercise group (Old+Ex), old group (Old) and young group (Young). High-performance liquid chromatography was used to test the content of myocardial polyamines (putrescine, spermidine and spermine). The activity of polyamine synthesis and catabolism rate-limiting enzyme ornithine decarboxylase (ODC) and spermidine/spermine acetyltransferase (SSAT) was analyzed by [14C] labeling. The level of malondialdehyde (MDA) and the activity of superoxide dismutase (SOD) in the myocardium were detected by colorimetric method. The levels of TNF-α and IL-1β were determined by enzyme-linked immunosorbent assay. The cardiac functions were measured by echocardiography. The changes of myocardial ultrastructure were observed under transmission electron microscope.RESULTS(1) Compared with Young group, ODC activity decreased, SSAT activity increased, and the levels of spermidine, spermine and total polyamine were significantly decreased in Old group. SOD activity also decreased significantly, the content of MDA, TNF-α and IL-1β also increased dramatically in Old group. In the old rats, both left ventricular end-systolic diameter (LVESD) and end-diastolic diameter (LVEDD) increased, while left ventricular ejection fraction (LVEF) and fractional shortening (LVFS) decreased. (2) Compared with Old group, ODC activity increased, SSAT activity decreased, the levels of spermidine and total polyamine significantly increased, SOD activity increased significantly, and the content of MDA, TNF-α and IL-1β decreased dramatically in Old+Ex group. The functions of left ventricle also improved significantly in Old+Ex group. (3) Ultrastructural observations indicated that the myofilament and mitochondrial cristae were irregular and mitochondrial matrix density decreased in old rat heart. The cardiac sarcomere structure was clear, the mitochondrial matrix was dense and the mitochondrial cristae arranged in order in Old+Ex group.CONCLUSIONExercise training promotes polyamine synthesis metabolism and inhibits polyamine catabolism in the heart of aged rats, thus fighting against aging-induced myocardial polyamine decrease. Exercise training also improves the capacity of anti-inflammatory and antioxidant processes of aged heart. Maintaining the appropriate levels of myocardial polyamines may be a new mechanism to delay cardiac aging.

Exercise; Polyamines; Heart; Lipid peroxidation; Inflammation mediators; Aging; Rats

R363

A

10.3969/j.issn.1000-4718.2012.09.002