益氣養(yǎng)血補(bǔ)腎方對長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)大鼠海馬JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的影響?yīng)お?/h1>

2015-08-14 20:30吳春燕等

山東體育學(xué)院學(xué)報(bào)訂閱 2015年3期 收藏

關(guān)鍵詞：細(xì)胞凋亡海馬

吳春燕等

摘 要：目的：研究復(fù)方中藥益氣養(yǎng)血補(bǔ)腎方對長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)大鼠海馬JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的影響，進(jìn)一步探討該中藥的神經(jīng)保護(hù)作用及機(jī)制。方法：30只雄性SD大鼠隨機(jī)分為對照組、大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組和中藥組，每組10只。其中，大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組和中藥組進(jìn)行遞增負(fù)荷跑臺訓(xùn)練，時(shí)間為7周。用TUNEL法檢測大鼠海馬細(xì)胞凋亡情況，用Western-blotting法測定海馬磷酸化JAK1、STAT1及Casepase-3的蛋白表達(dá)水平。結(jié)果：與對照組相比，大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組細(xì)胞凋亡水平和p-JAK1、p-STAT1和Casepase-3的蛋白表達(dá)水平均顯著升高（P<0.01）；中藥組細(xì)胞凋亡水平和p-JAK1、p-STAT1和Casepase-3的蛋白表達(dá)水平則明顯低于大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組（P<0.05，P<0.01）。結(jié)論：長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可能激活JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，發(fā)揮促凋亡作用，參與腦缺血損傷后的病理生理過程；復(fù)方中藥益氣養(yǎng)血補(bǔ)腎方可能通過抑制p-JAK1、p-STAT1和Casepase-3的表達(dá)發(fā)揮腦缺血后的抗凋亡作用，從而達(dá)到神經(jīng)保護(hù)作用。

關(guān)鍵詞：長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)；海馬；細(xì)胞凋亡；JAK/STAT信號通路；益氣養(yǎng)血補(bǔ)腎

中圖分類號：G804.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-2076（2015）03-0057-05

Abstract：Objective： To study the effects of compound Chinese medicine on the signal pathway of JAK/STAT in rat hippocampus with long-term high intensity exercise.Methods：Male SD rats were randomly divided into three groups： control group （n=10），high intensity exercise group（n=10） and Chinese medicine group （n=10）. The exercise project was applied by 7 weeks treadmill at progressive increase exercise intensity.The level of apoptosis in rat hippocampus was detected by the methods of TUNEL. The level of protein expression of p-JAK1， p-STAT1 and Casepase-3 were determined by the methods of Western blotting.Results：Compared with the control group， the level [HK][HT]

長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可使機(jī)體腦部血流量下降，氧供相對不足，能量代謝障礙，興奮性氨基酸、氧自由基、一氧化氮等釋放增加，細(xì)胞內(nèi)鈣超載，炎性細(xì)胞聚集等，出現(xiàn)缺血、缺氧性損傷，從而引起腦組織細(xì)胞凋亡，神經(jīng)系統(tǒng)功能下降。細(xì)胞凋亡在腦缺血損傷中起到重要作用，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程的激活是啟動(dòng)細(xì)胞凋亡的前提，JAK（Janus kinase，JAK激酶）-STAT（signal transducers and activators oftranscription，信號傳導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄活化子）通路是與腦缺血損傷后細(xì)胞凋亡密切相關(guān)的重要細(xì)胞存活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之一[1]，是近年來分子生物學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。腦組織缺血時(shí)引起大量細(xì)胞因子和生長因子的釋放，能夠激活JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，繼而對缺血后神經(jīng)細(xì)胞的存亡有非常重要的意義，能夠調(diào)控腦缺血引起的細(xì)胞凋亡，而JAK1/STAT1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是其中的一條重要路徑，與神經(jīng)細(xì)胞凋亡的關(guān)系較為密切，STAT1可活化促凋亡caspase級聯(lián)反應(yīng)發(fā)揮直接的促凋亡作用。

傳統(tǒng)的中醫(yī)藥在運(yùn)動(dòng)疲勞的消除方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。中醫(yī)藥在運(yùn)動(dòng)疲勞的恢復(fù)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。在本人的前期研究中已經(jīng)證實(shí)[2-3]，復(fù)方中藥益氣養(yǎng)血補(bǔ)腎方可以通過抗氧自由基，調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)水平，提高神經(jīng)營養(yǎng)因子水平等發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。本研究以JAK/STAT信號通路為切入點(diǎn)，通過建立大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)模型，觀察長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)下大鼠海馬神經(jīng)細(xì)胞凋亡及JAK/STAT信號通路相關(guān)分子p-JAK1、p-STAT1和casepase-3蛋白表達(dá)水平的變化，研究該運(yùn)動(dòng)方式對JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的影響，探討大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)引起的腦缺血后神經(jīng)細(xì)胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。并用復(fù)方中藥益氣養(yǎng)血補(bǔ)腎方進(jìn)行干預(yù)，從細(xì)胞凋亡及JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路層面進(jìn)一步探討其對運(yùn)動(dòng)疲勞的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物分組

雄性SD（Sprague-Dawley）大鼠30只，7周齡，清潔級，體重（189.2±16.7）g，由北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司提供。適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后，以20 min/d的運(yùn)動(dòng)量篩選大鼠，將不適應(yīng)跑臺訓(xùn)練的淘汰，剩余的隨機(jī)分為對照組、大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組和中藥組，每組10只。

1.2 運(yùn)動(dòng)模型的建立

對照組不進(jìn)行任何運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組和中藥組在小動(dòng)物跑臺上進(jìn)行跑臺訓(xùn)練。采用的運(yùn)動(dòng)方案參考 Bedford[4]和Wisloff[5]的遞增負(fù)荷跑臺運(yùn)動(dòng)（并略加修改），時(shí)間為7周（具體方案見表1）。力竭標(biāo)準(zhǔn)為：大鼠不能保持預(yù)定速度，3次以上滯留于跑道后1/3處，刺激驅(qū)趕無效。行為特點(diǎn)表現(xiàn)為神精倦怠、呼吸深大，俯臥位，對刺激反應(yīng)不明顯。

3 討論

3.1 長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對大鼠海馬神經(jīng)元凋亡的影響

細(xì)胞凋亡是是一種受基因調(diào)控的程序性死亡[6]，是機(jī)體維持自身穩(wěn)定和適應(yīng)環(huán)境必需的生理過程[7]。運(yùn)動(dòng)引起機(jī)體的細(xì)胞凋亡作為組織的一種自我保護(hù)機(jī)制，能夠完成組織更新、細(xì)胞替換和清除損傷等正常的生理過程。而不適當(dāng)?shù)鼗蜻^度地細(xì)胞凋亡則會(huì)造成組織器官、系統(tǒng)功能失調(diào)與障礙，是引發(fā)運(yùn)動(dòng)疲勞的可能機(jī)制之一。過度或長時(shí)間力竭運(yùn)動(dòng)的應(yīng)激反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致大腦的缺血缺氧，能量代謝障礙、興奮性氨基酸、氧自由基、一氧化氮等釋放增加，細(xì)胞內(nèi)鈣超載，炎性細(xì)胞聚集，導(dǎo)致原癌基因和促凋亡蛋白的表達(dá)，啟動(dòng)凋亡程序[8]。本研究用TUNEL 方法來觀察長期大強(qiáng)度訓(xùn)練對大鼠海馬神經(jīng)元凋亡的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對照組只有少量的凋亡細(xì)胞（3.12±0.67），大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組的大鼠海馬神經(jīng)元凋亡細(xì)胞數(shù)明顯高于對照組（15.38±3.56），具有顯著性差異（P<0.01）。由此可見，長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可能通過誘導(dǎo)大鼠海馬的細(xì)胞凋亡引起神經(jīng)系統(tǒng)功能失調(diào)與障礙，這可能是運(yùn)動(dòng)疲勞的中樞機(jī)制之一。

3.2 長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對JAK/STAT信號通路的影響

JAKs 激酶（ Janus kinase，JAKs）及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子（ signal transducer andactivator of transcription，STATs） 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是一條廣泛存在于組織中的、完整的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，對細(xì)胞的生長、活化和凋亡等生理功能起重要的調(diào)節(jié)作用，是Darnell J E Jr等在研究干擾素（IFN）對細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)的。細(xì)胞膜上的信號可以通過JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)直接傳遞到細(xì)胞核內(nèi)并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄，作用直接并且傳遞速度快，其轉(zhuǎn)導(dǎo)過程大致如下：細(xì)胞外信號識別并結(jié)合細(xì)胞膜上的細(xì)胞因子受體，誘導(dǎo)受體聚化形成二聚體或三聚體，在胞漿內(nèi)形成高親和性JAKs結(jié)合位點(diǎn)，與JAKs結(jié)合，并發(fā)生酪氨酸磷酸化而活化，活化后的JAKs進(jìn)一步募集胞漿內(nèi)相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和STATs，并使其一個(gè)羥基酪氨酸磷酸化而活化，活化后的STATs與受體親和力降低，與受體分離，形成二聚體并轉(zhuǎn)移到核內(nèi)，與目的基因的特定反應(yīng)元件相結(jié)合，誘導(dǎo)目的基因表達(dá)，促進(jìn)多種蛋白質(zhì)的合成，完成細(xì)胞因子受體介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)過程，從而發(fā)揮細(xì)胞因子的多種生物學(xué)效因[9]。JAK/STAT信號途徑廣泛參與了多種細(xì)胞因子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，如白介素-2、4、6（IL-2、4、6）、集落刺激因子（CSF）、生長激素等，通過調(diào)控該因子的細(xì)胞分化、增殖和凋亡等生理過程，實(shí)現(xiàn)免疫調(diào)節(jié)、生成造血細(xì)胞、神經(jīng)和胚胎發(fā)育等多種生物學(xué)功能[10]。JAK/STAT 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對缺血后神經(jīng)細(xì)胞的存亡有非常重要的意義，能夠調(diào)控腦缺血引起的細(xì)胞凋亡，JAK1/STAT1 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是其中的一條重要路徑，與神經(jīng)細(xì)胞凋亡的關(guān)系較為密切。大量研究表明，STAT1在通過發(fā)揮促凋亡作用，參與腦缺血的神經(jīng)元損傷。West等[11]在對腦缺血再灌注損傷大鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，局灶性腦缺血可以通過促進(jìn)STAT1的表達(dá)，誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞的凋亡。李文濤等[12]發(fā)現(xiàn)慢性腦缺血大鼠STAT1蛋白在大腦皮層和海馬的陽性細(xì)胞數(shù)明顯多于非缺血大鼠，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），并由此推論，STAT1可能參與慢性腦缺血大鼠神經(jīng)細(xì)胞死亡的誘導(dǎo)。此外，STAT1還可以促進(jìn)Casepase-3、Casepase-7、Casepase-9等的表達(dá)。Stephanou等[13]發(fā)現(xiàn)STAT1還可以通過抑制腦缺血再灌注損傷后抗凋亡基因Bcl-x及Bcl-2的活化和表達(dá)，發(fā)揮促凋亡作用。以上研究結(jié)果表明，STAT1可能處于信號通路級聯(lián)反應(yīng)的中心環(huán)節(jié)，通過調(diào)控其下游的眾多凋亡相關(guān)基因的表達(dá)促進(jìn)凋亡發(fā)生，參與腦缺血損傷。Casepase-3 是 Caspase家族中的重要成員，是哺乳動(dòng)物凋亡程序中的關(guān)鍵蛋白酶，是凋亡級聯(lián)反應(yīng)通路上的核心調(diào)控因子，故被稱為死亡蛋白酶[14]。Caspase-3 是細(xì)胞凋亡蛋白級聯(lián)反應(yīng)的必經(jīng)之路，是凋亡的關(guān)鍵酶和執(zhí)行者，在凋亡程序中起最后的樞紐作用[15]。

為了探討長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)引起的腦缺血是否可激活JAK1/STAT1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，參與腦缺血的病理生理過程，我們建立了長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)模型，觀察大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組p-JAK1、p-STAT1、Casepase-3蛋白表達(dá)水平的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組p-JAK1、p-STAT1、Casepase-3蛋白表達(dá)水平均較對照組顯著升高，并且細(xì)胞凋亡水平也顯著高于對照組。因此我們推測，長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的腦缺血能引起大量細(xì)胞因子和生長因子的釋放，可能激活JAK1/STAT1信號通路，通過調(diào)節(jié)與凋亡相關(guān)蛋白Caspase-3等的轉(zhuǎn)錄與磷酸化和其他途徑參與了缺血性腦損傷的過程，發(fā)揮了其促凋亡作用。

3.3 益氣養(yǎng)血補(bǔ)腎方對細(xì)胞凋亡及JAK/STAT信號通路的影響

我國傳統(tǒng)的中醫(yī)藥注重辯證施治，在抗運(yùn)動(dòng)疲勞方面具有顯著的優(yōu)勢。長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)疲勞屬于中醫(yī)“勞倦”、“虛勞”的范疇。中醫(yī)理論認(rèn)為，腎藏精，主骨、生髓，為先天之本，腦為髓海。勞則傷腎，因此長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可致腎精不足，髓?？仗摗庋侨梭w最基本的生命物質(zhì)，腦離不開氣血的溫煦、儒養(yǎng)。勞則耗傷氣血等精微物質(zhì)，腎精不足不能化生氣血，都可導(dǎo)致氣血虧虛，腦失濡養(yǎng)，引起缺血性腦損傷等病理生理過程。由此可見，長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后引起的腎精不足，氣血虧虛是運(yùn)動(dòng)疲勞的主要病因病機(jī)。為此，本研究選用復(fù)方中藥益氣養(yǎng)血補(bǔ)腎方進(jìn)行干預(yù)，旨在探討該方對運(yùn)動(dòng)疲勞的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制，從而為該方藥延緩或消除運(yùn)動(dòng)疲勞提供分子水平的理論依據(jù)。益氣養(yǎng)血補(bǔ)腎方由八珍湯和肉桂、補(bǔ)骨脂等14味中藥組成，共奏補(bǔ)腎益精、氣血雙補(bǔ)之效。

本研究結(jié)果表明，中藥組的細(xì)胞凋亡水平及p-JAK1、p-STAT1、Casepase-3蛋白表達(dá)水平較大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組均顯著降低（P<0.05，P<0.01）。因此說明，復(fù)方中藥益氣養(yǎng)血補(bǔ)腎方可能通過抑制p-JAK1、p-STAT1和Casepase-3的過度表達(dá)發(fā)揮抗凋亡作用，從而減輕缺血性腦損傷，達(dá)到神經(jīng)保護(hù)作用。

綜上所述，長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的腦缺血可能引起p-JAK1、p-STAT1、Casepase-3的過度表達(dá)，激活JAK1/STAT1信號通路，并發(fā)揮促凋亡作用，說明JAK1/STAT1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可能參與了腦缺血損傷后的病理生理過程，但JAK1/STAT1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在長期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的腦缺血損傷中的具體作用機(jī)制尚未完全闡明，仍需進(jìn)一步研究。復(fù)方中藥益氣養(yǎng)血補(bǔ)腎方可能通過抑制p-JAK1、p-STAT1和Casepase-3的過度表達(dá)發(fā)揮抗凋亡作用，減輕缺血性腦損傷，從而達(dá)到神經(jīng)保護(hù)作用。

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