低氧訓(xùn)練對大鼠心、肝、腎、海馬組織細胞凋亡的影響及其機制研究

林喜秀瞿樹林周桔張沙駱劉文鋒劉銘

1湖南師范大學(xué)醫(yī)學(xué)院生理教研室（長沙410013） 2中南大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院

低氧訓(xùn)練研究始于血液成分[1]。之后，關(guān)于心臟功能[2]、肺通氣量[3]等的研究表明:低氧訓(xùn)練利用低氧刺激保護機體，提高機體轉(zhuǎn)運氧的能力。不同氧濃度（海拔高度）、低氧刺激時間、刺激方式等對機體細胞凋亡的影響各異。耐力訓(xùn)練可提高機體抗疲勞和恢復(fù)能力[4]，抑制細胞凋亡[5]；急性、大強度運動[6，7]及力竭運動可引起缺血再灌注損傷，細胞凋亡增加[8]。

低氧訓(xùn)練時，機體既承受運動負(fù)荷，同時處于低氧環(huán)境。那么，心、肝、腎、腦組織如何適應(yīng)這種變化?各組織的細胞凋亡與不同低氧訓(xùn)練刺激時間的關(guān)系怎樣?低氧訓(xùn)練后力竭運動對機體不同器官細胞凋亡及機制的研究報道較少。鑒于此，本實驗通過觀察低氧訓(xùn)練后力竭運動大鼠心、肝、腎、海馬組織細胞凋亡及HIF-1α、Bcl-2和Bax表達情況，探討運動與低氧適應(yīng)的機理。

1 材料與方法

1.1 分組及實驗方案

70只2～3月齡SD大鼠購于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗動物學(xué)部，按體重分層，隨機分為7組，每組10只，即正常對照組（A）、高住 8 h 組（B）、高住 12 h 組（C）、常氧運動組（D）、8 h 高住低練組（E）、12 h 高住低練組（F）和一次力竭運動組（G）。 D、E、F 組大鼠每天在坡度為0的動物跑臺上以25 m/min的速度訓(xùn)練1 h。每天訓(xùn)練結(jié)束后，將B、E組和C、F組依次放入氧濃度為12.5%（相當(dāng)于海拔4000 m）的低氧艙內(nèi)8 h和12 h。實驗周期為4周，5 d/周。最后一次訓(xùn)練，B、C、D、E、F、G 組均以 25 m/min 的速度跑至力竭。訓(xùn)練中，有時采用聲、光或毛刷等刺激，偶爾用電刺激，使大鼠持續(xù)運動，保證運動強度一致。力竭標(biāo)準(zhǔn)參考文獻[9]。實驗過程中，動物飼養(yǎng)環(huán)境溫度為25±3℃，自然光照，所有動物均自由飲食。動物及飼料由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗動物學(xué)部提供。

1.2 取材

各組動物均于最后一次訓(xùn)練后24 h，采用軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院生產(chǎn)的速眠新II（0.8～1.2 ml/kg）腹腔注射麻醉后心臟取血處死，仰臥位固定于手術(shù)臺上。剪開腹壁，小心切取切取心尖組織、肝左側(cè)葉、腎皮髓質(zhì)交界處、海馬CA1區(qū)組織。

1.3 實驗儀器

美國Hypoxico公司制造的低氧分壓系統(tǒng)，美國TOXIBLAEPGM-36型氧氣監(jiān)測儀，日本奧林巴斯株式會社OLYMPUS BX52顯微照相圖像采集系統(tǒng)，美國AO公司AG325R型切片機。

1.4 測試指標(biāo)和方法

1.4.1 HE染色

將心、肝、腎、海馬組織標(biāo)本置于4%多聚甲醛磷酸緩沖液（0.1M，pH 7.4）中固定約24 h后，常規(guī)石蠟包埋，切片，厚5 μm。再按常規(guī)脫蠟、染色、封片。

1.4.2 HIF-1α、Bcl-2及Bax免疫組化染色

HIF-1α、Bcl-2和Bax蛋白免疫組織化學(xué)檢測試劑盒由北京中杉金橋生物工程有限公司提供，Santa Cruz Biotechnology LNC公司產(chǎn)品。心、肝、腎、海馬組織石蠟切片放于二甲苯5 min×2次；置于100%、95%、85%乙醇中各2 min復(fù)水；自來水沖洗；3%H2O2室溫孵育10 min；蒸餾水沖洗；PBS浸泡5 min；將切片浸入檸檬酸酸鹽抗原修復(fù)液（pH 6.0）后放入微波爐中加熱15 min，間斷2 min后，再加熱5 min；室溫冷卻后經(jīng)PBS沖洗，5 min×3次；正常山羊血清封閉，室溫孵育10 min，傾去；滴加一抗（Bcl-2和Bax均為1?50）；4℃濕盒過夜；次日取出恢復(fù)至室溫后，PBS沖洗5 min×3次；滴加二抗工作液，37℃孵育 30 min；PBS沖洗 5 min×3次；DAB 顯色 5 min；自來水沖洗；蘇木素復(fù)染4 min；自來水沖洗；1%鹽酸酒精分色:自來水沖洗；烤片；封片。HIF-1α蛋白是一種核蛋白，因而在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn):棕色或棕褐色顆粒主要顯現(xiàn)在組織細胞核上。Bcl-2、Bax蛋白的表達產(chǎn)物呈棕黃色顆粒狀，位于胞漿，偶見胞膜（或）核膜，細胞核被蘇木素復(fù)染成藍色。在光學(xué)顯微鏡（×400）下每張切片隨機觀察6個視野（向同一方向移動切片，不重復(fù)，不重疊），以Simple PCI圖像分析軟件測試陽性產(chǎn)物的表達。采用一定面積中光密度值與陽性面積值的乘積作為陽性指數(shù)（positive index，PI），即陽性指數(shù)=陽性強度光密度值×陽性反應(yīng)面積/測量面積[10]。

1.4.3 細胞凋亡檢測

末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的dUTP缺口末端標(biāo)記法 （terminal deoxynucleotydyl transferase-mediated dUTP nick end labeling，TUNEL）檢測細胞凋亡。心、肝、腎、海馬組織石蠟切片常規(guī)脫蠟水化；抗原修復(fù)；內(nèi)源性過氧化物酶的阻斷；標(biāo)記；信號轉(zhuǎn)化和分析；顯色；復(fù)染；梯度酒精脫水、二甲苯透明、中性樹膠封片、鏡檢。普通光學(xué)顯微鏡觀察，陽性凋亡細胞表現(xiàn)為細胞核呈棕色或棕褐色著染，部分胞漿也可因胞核DNA碎片溢出而呈陽性著染；正常非凋亡細胞和陰性對照細胞核被蘇木素復(fù)染成藍色，核相對較大，形態(tài)大小一致。

用Motic B5顯微攝像系統(tǒng)和MIAS醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)攝像計數(shù)。光學(xué)顯微鏡（×400）下每張切片隨機觀察6個視野，每個視野至少500個細胞水平，以Simple PCI顯微圖像分析軟件計算每100個觀察細胞中的平均陽性凋亡細胞數(shù)，即凋亡指數(shù)（Apoptosis Index，AI）。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 運動至力竭時間

表1顯示，兩高住組、常氧運動組、8 h高住低練組的運動時間比12 h高住低練組及一次力竭運動組明顯延長，有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。

表1 各組大鼠運動至力竭時間比較

2.2 大鼠心、肝、腎、海馬組織HE染色結(jié)果

正常對照組和高住8 h組大鼠心、肝、腎組織細胞結(jié)構(gòu)完整。高住12 h組、常氧運動組和8 h高住低練組心尖、肝、腎小球、腎小管上皮細胞結(jié)構(gòu)未見明顯改變，組織細胞形態(tài)無異常改變。一次力竭運動組和12 h高住低練組心、肝細胞明顯腫脹，間隙明顯增大，細胞核染色質(zhì)固縮，集聚于核膜周邊，細胞體變小；腎小管上皮細胞水腫樣變性，以近曲小管為重，腎小管管腔擴張，管內(nèi)可見管形和脫落細胞；上皮細胞核染色質(zhì)集聚周邊，胞漿空泡樣變性（見圖1所示）。常氧運動組和一次力竭運動組海馬CA1區(qū)組織改變最明顯，排列散亂，層次不完整，稀疏分布不均勻。

2.3 大鼠心、肝、腎、海馬TUNEL結(jié)果

圖2顯示:隨低氧時間延長，心組織凋亡細胞逐漸增多。高住8 h組偶見陽染顆粒，高住12 h組陽染顆粒有所增加，12 h高住低練組出現(xiàn)較多散在的陽染顆粒；8 h高住低練組海馬區(qū)可見較多陽性凋亡細胞，隨低氧時間延長，海馬組織凋亡細胞減少。

表2 各組大鼠心、肝、腎、海馬組織細胞凋亡指數(shù)（AI）比較（%）

表2顯示:與正常對照組相比，高住12 h組、常氧運動組、8 h高住低練組和一次力竭運動組心、肝、腎凋亡指數(shù)均顯著增加（P<0.05），而 8 h、12 h高住低練組海馬組織與正常對照組相比升高但無顯著性差異。12小時高住低練組海馬凋亡指數(shù)與常氧運動組比較顯著增加（P<0.05）；與一次力竭運動相比，高住組、常氧運動組、8 h高住低練組海馬區(qū)凋亡指數(shù)均明顯降低（P<0.05）。12小時高住低練組心、肝、腎凋亡指數(shù)較8小時高住組顯著增加（P<0.05）。

2.4 大鼠心、肝、腎、海馬Bax、Bcl-2及HIF-1α 免疫組化染色圖像觀察結(jié)果

2.4.1 Bax

Bax蛋白主要表達于細胞漿，也可見細胞膜和細胞漿同時著色，呈淡棕黃色或棕色，呈鏃狀分布和（或）片狀分布。在顯微鏡下觀察，將切片內(nèi)陽性細胞率<10%定為陰性顯色，丟棄，不進行照像和分析處理；將切片內(nèi)陽性細胞率≥10%定為陽性顯色，進行照像并采集數(shù)據(jù)分析。

常氧對照組偶見非常淺的Bax蛋白陽性物質(zhì)，灰度較弱；低氧對照組陽性表達增多，細胞膜上也有少量表達；常氧運動組心、肝、腎組織胞漿和胞膜可見較多Bax蛋白表達，呈鏃狀、片狀分布；高住低練8 h組心、肝、腎細胞漿可見較多陽性物；高住低練12 h組及一次力竭運動組心、肝、腎細胞漿和細胞膜均有陽性物質(zhì)，面積較大，呈鏃狀、片狀分布（見圖3腎組織）；而正常對照組、低氧8 h組和低氧12 h組海馬組織CA1區(qū)Bax陽性細胞個數(shù)增多；常氧運動組、一次力竭運動組可見大量陽性細胞，8h高住低練組和12h高住低練組海馬組織CA1區(qū)Bax陽性細胞個數(shù)逐漸減少（見圖3海馬CA1區(qū)）。

由表3可知，與正常對照組相比，高住12 h組、常氧運動組、8 h和12 h高住低練組和一次力竭運動組心、肝、腎組織Bax蛋白表達陽性指數(shù)均顯著增加（P<0.05），而8 h和12 h高住低練組海馬區(qū)與正常對照組相比增高但無顯著性差異。12 h高住低練組心、肝、腎組織Bax蛋白表達與常氧運動組比較顯著增加（P<0.05）；與一次力竭運動組相比，高住8 h組、高住12 h組、常氧運動組和8 h高住低練組海馬區(qū)Bax蛋白表達陽性指數(shù)均顯著降低 （P<0.05）。12 h高住低練組心、肝、腎Bax蛋白表達陽性指數(shù)比8 h高住組顯著增加（P<0.05），海馬區(qū)則無顯著性差異。

表3 各組大鼠心、肝、腎、海馬組織Bax蛋白表達陽性指數(shù)（PI）比較

2.4.2 Bcl-2

Bcl-2蛋白陽性信號主要表達于細胞漿和細胞膜，為棕黃色，略呈顆粒狀。對照組、低氧8 h組和低氧12 h組心、肝、腎組織Bcl-2陽性細胞個數(shù)逐漸增多；常氧運動組、8h高住低練組和12h高住低練組心、肝、腎Bcl-2陽性細胞個數(shù)逐漸減少（見圖4腎組織）。正常對照組、高住8h組和高住12h組海馬組織CA1區(qū)Bcl-2陽性細胞個數(shù)逐漸減少，訓(xùn)練對照組、8h高住低練組和12h高住低練組海馬組織CA1區(qū)Bcl-2陽性細胞個數(shù)逐漸增多 （見圖4海馬CA1區(qū)）。

表4顯示。與正常對照組相比，8 h和12 h高住組、常氧運動組、8 h和12 h高住低練組和一次力竭運動組心、肝、腎Bcl-2蛋白表達陽性指數(shù)均顯著增加（P<0.05），而8 h和12 h高住組、常氧運動組、一次力竭運動組海馬組織Bcl-2蛋白表達陽性指數(shù)顯著下降 （P<0.05）；與一次力竭運動組相比，8 h和12 h高住組、常氧運動組、8h高住低練組心、肝、腎、海馬Bcl-2蛋白表達陽性指數(shù)均顯著增加 （P<0.05）；12 h高住低練組海馬Bcl-2蛋白表達陽性指數(shù)較8小時高住組顯著增加（P<0.05）。

2.4.3 HIF-1α

常氧運動組心、肝、腎組織可見HIF-1α免疫陽性物質(zhì)表達；8 h高住低練組陽性物質(zhì)較多，主要表達于胞漿中，部分在胞核中；12 h高住低練組和一次力竭運動組心、肝、腎組織可見大量HIF-1α免疫陽性物質(zhì)，主要表達于胞漿中，部分在胞核中。正常對照組、低氧8 h組和低氧12 h組海馬組織CA1區(qū)HIF-1α陽性細胞個數(shù)逐漸增多，8 h高住低練組和12 h高住低練組海馬組織HIF-1α陽性細胞個數(shù)逐漸減少。圖5顯示:心肌組織對照組偶見較弱的HIF-1α免疫陽性表達；高住8 h組陽性物質(zhì)主要表達于胞漿中，部分在胞核中，并分布于心肌纖維、肝竇靜脈及腎小管周圍；高住12 h組陽性物質(zhì)較強表達，主要位于細胞核，細胞質(zhì)也少量表達。

表4 各組大鼠心、肝、腎、海馬組織Bcl-2蛋白表達陽性指數(shù)（PI）比較

表5顯示，與正常對照組相比，高住12 h組、常氧運動組、高住低練組和一次力竭運動組心、肝、腎組織HIF-1α蛋白表達陽性指數(shù)均顯著增加 （P<0.05），而高住低練組海馬區(qū)有所增高但無顯著性差異。與常氧運動組比較，12 h高住低練組心、肝、腎組織HIF-1α蛋白表達陽性指數(shù)顯著增加（P<0.05），海馬組織區(qū)與之相反；與一次力竭運動組相比，高住組、常氧運動組和8 h高住低練組心、肝、腎組織HIF-1α蛋白表達陽性指數(shù)均明顯降低 （P<0.05）；12 h高住低練組心、肝、腎Bax蛋白表達陽性指數(shù)比8 h高住組顯著增加（P<0.05），海馬組織與之相反。

3 討論

3.1 高住低練后力竭運動對大鼠心、肝、腎、海馬細胞凋亡的影響

細胞異常凋亡在急、慢性器官損害的發(fā)病機制中起著重要作用[11]。低氧、運動及低氧運動與細胞凋亡存在某種直接或者間接的聯(lián)系[12，13]。 研究表明，低氧對不同組織細胞凋亡影響不同。缺氧可以誘導(dǎo)交感神經(jīng)細胞凋亡[14]，對腎小管上皮細胞具有直接的致細胞凋亡作用[15]；而抑制肺血管周細胞凋亡并誘導(dǎo)抑凋亡基因Bcl-2過度表達[16]；胸腺細胞在低氧狀態(tài)下自發(fā)性凋亡減少[17]；Tanaka 等[18]研究培 養(yǎng)的新生鼠心肌細胞，發(fā)現(xiàn)細胞凋亡在低氧12小時即可出現(xiàn)，并隨低氧時間延長逐漸加重；Kohli等[19]建立大鼠常溫肝臟缺血再灌注模型后，發(fā)現(xiàn)肝缺血再灌注損傷的肝細胞和肝竇狀上皮細胞的死亡方式主要以細胞凋亡方式存在，而非傳統(tǒng)的細胞壞死。本實驗結(jié)果顯示:與正常對照組相比，12 h高住組細胞凋亡指數(shù)顯著升高，8 h高住組細胞凋亡指數(shù)升高，但無顯著性差異；與一次力竭運動組比，8 h、12 h高住組細胞凋亡指數(shù)顯著降低。HE染色結(jié)果表明，8 h高住組心、肝、腎、海馬各組織細胞結(jié)構(gòu)完整，組織上皮細胞未見特殊改變，12 h高住組各組織細胞未出現(xiàn)明顯結(jié)構(gòu)改變，而一次力竭運動組各組織出現(xiàn)明顯病理損傷。這表明4000 m低氧暴露4周后，機體產(chǎn)生了抗損傷力，使低氧暴露后力竭運動對機體的損傷明顯小于單純一次力竭運動。缺氧引起的機能變化有損傷一面，也有抗損傷一面，關(guān)鍵在缺氧發(fā)生的速度、程度、持續(xù)時間等。模擬海拔4000 m低氧4周后，高住8 h和12 h組心、肝、腎小管、海馬無明顯損傷，可能是氧分壓適宜，或每次低氧持續(xù)時間、4周低氧適應(yīng)時間恰當(dāng)。這說明4000 m低氧暴露8 h或12 h作為應(yīng)激源作用強度較緩和，作用時間恰當(dāng)，能提高機體機能和運動能力。

表5 各組大鼠心、肝、腎、海馬組織HIF-1α蛋白表達陽性指數(shù)（PI）比較

適宜運動提高機體運動能力，未見凋亡明顯發(fā)生[20]。急性運動誘導(dǎo)骨骼肌細胞、心肌細胞、肝細胞凋亡，且凋亡細胞數(shù)目隨著運動速度增加而增加，過度疲勞時細胞出現(xiàn)壞死，力竭訓(xùn)練可導(dǎo)致骨骼肌細胞、心肌細胞[21]、海馬[22]、腎[23]凋亡率顯著升高。 本實驗結(jié)果顯示:常氧運動組可見較多的凋亡細胞核，其凋亡指數(shù)顯著低于一次力竭運動組；HE染色結(jié)果中，常氧運動組心、肝、腎、海馬各組織上皮細胞未見明顯病理改變，而一次力竭運動組各組織出現(xiàn)明顯損傷。力竭運動時，血液重新分配，大量供給骨骼肌，心、肝、腎及腦組織不可避免缺血缺氧，運動停止后，血液再次重新分配，心、肝、腎及腦組織經(jīng)歷類似缺血再灌注的過程。Cosulich研究[24]表明，這種血流恢復(fù)反而引起細胞的進行性破壞，即再灌注損傷，導(dǎo)致缺血組織損傷。再灌注損傷由多種原因引起，啟動自由基連鎖反應(yīng)，氧自由基可通過引起細胞脂質(zhì)過氧化、損傷DNA分子或者調(diào)節(jié)細胞凋亡相關(guān)基因而誘導(dǎo)細胞凋亡。本實驗中，中等強度耐力運動后力竭運動，機體有一個長時間的適應(yīng)過程，力竭運動后缺血再灌注程度相對較輕，凋亡機制的啟動可能受到限制，說明中等強度耐力運動對機體有保護作用。

低氧暴露與運動雙重刺激對心、肝、腎、海馬細胞凋亡的影響如何？本實驗中，鏡下凋亡細胞呈深棕色陽性，核中有細微顆粒狀，部分胞漿也因細胞核DNA碎片溢出而呈陽性著色，而正常細胞胞核呈藍色。正常對照組心、肝、腎組織偶見陽性細胞核；高住低練組陽性細胞核較多，特別是12 h高住低練組及一次力竭運動組，呈強陽性；一次力竭運動組、常氧運動組、8h高住低練組和12 h高住低練組海馬組織CA1區(qū)深棕色陽性細胞核隨低氧持續(xù)時間延長而表達減少。與正常對照組相比，8 h、12 h高住低練組心、肝、腎細胞凋亡指數(shù)顯著升高，12 h高住低練組比8 h、12 h高住組和常氧運動組均顯著升高。12 h高住低練組HE染色可見明顯病理損傷，力竭運動時間明顯減少。12 h高住低練組細胞凋亡指數(shù)明顯高于8h高住低練組，說明4000 m低氧暴露12 h后再進行運動訓(xùn)練，負(fù)荷性缺氧與低氧性缺氧兩者對心、肝、腎有協(xié)同效應(yīng)。運動（負(fù)荷性低氧或運動性缺氧）和低氧暴露（缺氧性低氧或低氧性缺氧）后運動，心、肝、腎可能出現(xiàn)暫時缺血[25，26]，強度降低后血液重新回流，導(dǎo)致再灌注損傷。 Mattson[27]觀察到，短暫腦缺血后，幾分鐘至幾小時內(nèi)海馬區(qū)神經(jīng)元看似正常，但48～72 h后大多死亡，提示短暫腦缺血時，神經(jīng)元凋亡主要發(fā)生于缺血敏感區(qū)，如海馬、紋狀體等。本研究中，常氧運動組海馬區(qū)可見細胞凋亡，但與一次性力竭運動相比明顯降低，說明中等強度耐力訓(xùn)練提高機體抗細胞凋亡能力，有保護機體的作用，8 h和12 h高住低練組凋亡細胞指數(shù)隨低氧持續(xù)時間延長有減少趨勢，推測是大腦對低氧刺激的適應(yīng)性改變。在低氧訓(xùn)練中，大腦攜氧能力較單純運動組高。這說明4周高住低練后力竭運動，使停止運動后缺氧再灌注的變化幅度比單純一次力竭運動組小得多，海馬組織損害也減小，表現(xiàn)為8 h和12 h低氧訓(xùn)練組細胞凋亡指數(shù)較常氧運動組均降低，且隨低氧適應(yīng)時間的延長有減小的趨勢。

高住低練后力竭運動誘導(dǎo)細胞凋亡的可能機制有:①一方面細胞內(nèi)游離鈣超載激活鈣離子依賴性的核酸內(nèi)切酶，使雙鏈DNA在核小體Linker部位裂解，形成DNA片段；另一方面鈣超載可激活蛋白酶C，令其轉(zhuǎn)移至細胞膜表面，使G蛋白磷酶化，胞內(nèi)cAMP 增加，導(dǎo)致細胞凋亡[28]；②Bcl-2 和 Bax 與細胞凋亡有密切關(guān)系。Bcl-2水平高于Bax時，形成Bcl-2和Bcl-2同源二聚體，細胞凋亡受抑制；Bax表達高于Bcl-2時，則形成Bax和Bax同源二聚體，細胞凋亡增強。并且，Bcl-2和Bax定位于線粒體膜上，這為其調(diào)控細胞凋亡提供了條件；③低氧誘導(dǎo)因子-1（HIF-1）作為低氧條件下機體的調(diào)節(jié)因子，可能在體內(nèi)發(fā)揮多向性調(diào)節(jié)作用。其除了發(fā)揮抗細胞凋亡方面的作用，它還介導(dǎo)缺氧誘導(dǎo)的細胞凋亡；④P53是介導(dǎo)HIF-1發(fā)揮促凋亡作用的重要分子。免疫共沉淀等方法證明，HIF-1直接與P53蛋白結(jié)合，增加P53穩(wěn)定性，促進P53發(fā)揮促細胞凋亡的作用[29]；⑤機體不同組織本身具有的特點可能與低氧運動導(dǎo)致其細胞凋亡有一定關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)，12 h高住低練對大腦海馬組織無明顯影響，海馬組織對低氧刺激反應(yīng)相對穩(wěn)定，而心、肝、腎對低氧刺激反應(yīng)較大，出現(xiàn)明顯病理改變。

3.2 高住低練大鼠心、肝、腎、海馬細胞凋亡與HIF-1α及Bax/Bcl-2關(guān)系

3.2.1 高住低練對大鼠心、肝、腎、海馬組織HIF-1α表達的影響

低氧誘導(dǎo)因子可調(diào)節(jié)血管生成、細胞增殖、細胞凋亡、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)[30]等誘導(dǎo)靶基因表達的許多生物學(xué)效應(yīng)。同時，它有雙重效應(yīng)，輕度低氧時，促進其目的基因如促紅細胞生成素、血管內(nèi)皮生長因子生成，促進低氧組織細胞存活，具有抗凋亡的功能；嚴(yán)重低氧且持續(xù)時間長時，調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)因子如Bax、Bad等，激活Caspases，促進低氧誘導(dǎo)的凋亡，即HIF-1的激活影響細胞增殖和凋亡[31]。本實驗結(jié)果顯示:8 h和12 h高住組、常氧運動、高住低練后力竭運動或者一次力竭運動，都能促進心、肝、腎HIF-1a蛋白表達顯著增加；與單純低氧暴露組相比，高住低練組HIF-1α蛋白表達高些；與常氧運動組比較，高住低練組表達更顯著，且12 h高住低練組心、肝、腎組織表達最高；與一次力竭運動相比，8 h和12 h高住組、常氧運動組、8 h高住低練組HIF-1α蛋白表達均明顯降低。而海馬HIF-1α表達與之相反，高住12 h組HIF-1α表達最高，高住低練組表達顯著增加，與一次力竭運動無顯著差異，高住低練組及一次力竭運動組表達高于單純低氧暴露組和常氧運動組。這表明HIF-1α對外界形成的低氧產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)，細胞通過多個通路感受低氧，調(diào)控HIF-1α表達，穩(wěn)定其活性，可為減輕低氧對器官造成的損傷提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2.2 高住低練對大鼠心、肝、腎、海馬細胞凋亡調(diào)控基因Bax、Bcl-2的影響

Bcl-2、Bax基因主要在凋亡執(zhí)行階段發(fā)揮作用，Bcl-2/Bax蛋白比值決定細胞是存活還是凋亡，Bcl-2/Bax比值高，細胞存活率高，反之，細胞凋亡率高[32]。 Campbell等[33]研究表明，12 周訓(xùn)練促進 Bax 蛋白表達，抑制Bcl-2蛋白表達，Bcl-2表達下降，從而導(dǎo)致細胞凋亡[34]。本實驗結(jié)果顯示:與正常對照組相比，低氧暴露、常氧運動、高住低練及一次力竭運動，均促進心、肝、腎Bcl-2和Bax蛋白表達顯著增加；單純低氧暴露下，Bcl-2和Bax蛋白表達顯著高于正常對照組，隨低氧暴露時間延長，Bcl-2無顯著增加，8h低氧暴露組Bax蛋白表達稍低于12 h組；常氧運動促進Bcl-2和Bax蛋白表達顯著增加；高住低練促進Bcl-2蛋白表達，隨著低氧暴露時間延長，增加不明顯，但仍顯著高于正常對照組；高住低練組Bax蛋白含量比低氧暴露組顯著增加，與常氧運動組相比也顯著增加，隨低氧暴露時間延長呈增長趨勢。海馬組織與之相反；與一次力竭運動組比，8 h和12 h高住組、常氧運動組、8 h高住低練組Bax蛋白表達值均明顯降低，Bcl-2蛋白表達明顯增加。Bcl-2蛋白過表達并不增加細胞數(shù)而是保護細胞、延長細胞壽命。本實驗中，Bax蛋白表達明顯上升，Bax/Bcl-2比值增加，消除Bcl-2對細胞的保護作用，導(dǎo)致細胞凋亡，引起機體損傷。大鼠力竭時間卻顯著延長，與Bcl-2蛋白表達增加一致，反映耐力訓(xùn)練、低氧暴露、高住低練提高機體運動能力，Bcl-2/Bax比值增加，保護機體免受損傷。

3.2.3 高住低練心、肝、腎、海馬細胞凋亡與HIF-1α及凋亡相關(guān)因子之間的關(guān)系

Helton[35]和 Rosenberger[36]研 究 表明 ，HIF-1 在大鼠腎缺血再灌注病理損傷中發(fā)揮重要作用。HIF-1α的激活使其蛋白表達增加，調(diào)節(jié)Bcl-2、Bax、P53基因表達，從而調(diào)節(jié)細胞凋亡。本實驗結(jié)果表明，HIF-1α在低氧暴露、常氧運動、低氧訓(xùn)練作用或一次力竭運動中上調(diào)Bax，提高Bax/Bcl-2，協(xié)同Bcl-2家族凋亡相關(guān)蛋白表達，在低氧導(dǎo)致心、肝、腎、海馬細胞凋亡中發(fā)揮促細胞凋亡的作用。12 h高住低練組及一次力竭運動組最明顯，表現(xiàn)出HIF-1α在低氧環(huán)境中的病理效應(yīng)。而高住8 h組、高住12 h組、常氧運動組HIF-lα表達協(xié)同Bcl-2家族凋亡相關(guān)蛋白表達，發(fā)揮抑制細胞凋亡作用，表現(xiàn)出HIF-1α在低氧環(huán)境中的生理效應(yīng)，提示HIF-1α有雙重效應(yīng)。但HIF-1α雙重效應(yīng)的調(diào)節(jié)機制仍有待于研究。

4 總結(jié)

中等強度耐力運動、4000 m低氧暴露8 h或12 h、8 h高住低練提高大鼠有氧代謝能力。低氧、耐力運動、高住低練、一次力竭運動可誘導(dǎo)大鼠心、肝、腎、海馬組織HIF-1a、Bcl-2及Bax蛋白表達；細胞凋亡率與凋亡指數(shù)及病理損傷與運動強度、低氧刺激有關(guān)，12 h高住低練及一次力竭運動對運動能力的影響最明顯。Bcl-2與Bax參與調(diào)控心、肝、腎、海馬組織細胞凋亡，HIF-1a表達可能協(xié)同Bcl-2家族凋亡相關(guān)因子的表達，在低氧訓(xùn)練導(dǎo)致的組織細胞凋亡中發(fā)揮雙重效應(yīng)。低氧刺激對不同器官影響不一，對大腦海馬組織影響較小，而對心、肝、腎影響較大，表現(xiàn)生理性適應(yīng)及病理損傷。

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