運動預(yù)處理影響線粒體形態(tài)變化以及相關(guān)因子表達(dá)干預(yù)力竭運動后大鼠額葉細(xì)胞凋亡

王璐 鄧文騫 袁瓊嘉 李雪

成都體育學(xué)院（成都 610041）

運動預(yù)處理影響線粒體形態(tài)變化以及相關(guān)因子表達(dá)干預(yù)力竭運動后大鼠額葉細(xì)胞凋亡

王璐 鄧文騫 袁瓊嘉 李雪

成都體育學(xué)院（成都 610041）

目的：從線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)變化以及檢測相關(guān)調(diào)控因子的表達(dá)，探討運動預(yù)處理干預(yù)力竭運動后大鼠額葉損傷的可能機(jī)制。方法：36只雄性SD大鼠隨機(jī)分為對照組（C組，n=12）、力竭運動組（EE組，n= 12）、運動預(yù)處理組（EP組，n=12）。EP組進(jìn)行持續(xù)4周的無負(fù)重60 min/day游泳訓(xùn)練后，EE組和EP組進(jìn)行無負(fù)重一次性力竭游泳運動。運動結(jié)束后24 h，采用灌注取材和直接斷頭取材。用HE染色和透射電鏡觀察額葉神經(jīng)元及神經(jīng)元線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)；用TUNEL法檢測細(xì)胞凋亡指數(shù)（AI），分析各組大鼠額葉神經(jīng)元凋亡情況；用Real-Time PCR和Western blotting檢測線粒體分裂和融合相關(guān)因子——Drp1和Mfn2 mRNA和蛋白表達(dá)水平。結(jié)果：一次性力竭運動引起了大鼠額葉神經(jīng)元及神經(jīng)元線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)的異常。TUNEL法檢測發(fā)現(xiàn)EE組大鼠大腦額葉神經(jīng)元AI較EP組顯著增加（P<0.05）。一次性力竭運動引起了Drp1和Mfn2 mRNA轉(zhuǎn)錄和蛋白的高表達(dá)，其中，EP組大鼠大腦額葉Mfn2表達(dá)強(qiáng)度較EE組顯著升高（P<0.05），EP組大鼠大腦額葉Drp1表達(dá)強(qiáng)度較EE組顯著下降（P<0.05）。結(jié)論：Drp1的表達(dá)水平與力竭運動后額葉細(xì)胞凋亡程度密切相關(guān)，而Mfn2的表達(dá)增加能夠減輕力竭運動引起的腦細(xì)胞凋亡水平。4周的游泳訓(xùn)練運動預(yù)處理，能夠相對減少Drp1表達(dá)而上調(diào)Mfn2基因表達(dá)，影響大鼠額葉線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化，增強(qiáng)腦對運動性缺血缺氧的耐受力，減輕一次性力竭運動造成的大鼠額葉缺血缺氧性損傷。

運動預(yù)處理；額葉；線粒體；力竭運動；Drp1；Mfn2

腦作為機(jī)體中對低氧或缺氧非常敏感的器官，其耗氧量占機(jī)體總耗氧量的23%，當(dāng)發(fā)生低氧或缺氧時，往往對腦造成比較嚴(yán)重的損傷，特別是在社會老齡化進(jìn)程中，提高腦對缺血缺氧的耐受力，維持腦的正常功能，對于提高生存質(zhì)量具有非常重要的意義[1]。運動作為一種刺激可引起機(jī)體血氧的重新分配，不同負(fù)荷強(qiáng)度的運動均會引起一定程度的腦缺血缺氧。大量研究表明，適宜的運動可以對機(jī)體產(chǎn)生良好的影響，增進(jìn)健康[2-4]；而不適宜的運動則對機(jī)體產(chǎn)生不良的影響，甚至造成機(jī)體的損傷，如：力竭運動造成大鼠大腦發(fā)生缺血缺氧性損傷[5，6]，然而運動產(chǎn)生的這種“雙刃劍”效果的機(jī)制目前尚未十分明了。因此，研究運動性缺氧或運動預(yù)處理對腦缺血缺氧損傷的應(yīng)答機(jī)制具有十分重要的意義，也成為了運動醫(yī)學(xué)和預(yù)防醫(yī)學(xué)關(guān)注的熱點。

線粒體（Mitochondrion，MT）是細(xì)胞內(nèi)非常重要的細(xì)胞器，近期研究表明，線粒體也是一種高度動態(tài)變化的細(xì)胞器，線粒體的形態(tài)、數(shù)量和質(zhì)量，在細(xì)胞不同的生命時相、生理過程和環(huán)境條件下，具有高度可塑性，各種生理刺激都會引起線粒體的自噬[7]、分裂與融合[8-11]等。運動醫(yī)學(xué)界研究表明，無論是短時間運動還是長期運動，均會通過調(diào)節(jié)肌細(xì)胞線粒體分裂融合基因的轉(zhuǎn)錄，對肌細(xì)胞內(nèi)線粒體的分裂融合產(chǎn)生影響，提高能量代謝耦聯(lián)效率，為適應(yīng)骨骼肌對能量的需求作出應(yīng)答。腦，作為對能量變化以及缺氧低氧極其敏感的器官，在運動中會受到能量代謝短缺以及缺血缺氧的雙重影響。適宜的運動鍛煉提高腦能量代謝水平，使其產(chǎn)生運動性缺血缺氧耐受力；而力竭性運動則會影響腦的供能，甚至導(dǎo)致缺血缺氧性腦損傷。線粒體作為腦細(xì)胞主要耗氧和供能的細(xì)胞器，當(dāng)經(jīng)歷不同強(qiáng)度的運動時，線粒體的形態(tài)會發(fā)生什么樣的變化？尤其是運動的積極效應(yīng)能否對運動的消極效應(yīng)產(chǎn)生干預(yù)？干預(yù)的機(jī)制如何？是否也涉及腦線粒體融合分裂的變化？目前少見報道。

本實驗建立運動預(yù)處理模型，通過觀察大鼠額葉線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)變化，檢測相關(guān)因子——Drp1和Mfn1的表達(dá)情況，探討運動預(yù)處理對力竭運動引起大鼠額葉缺血缺氧損傷的干預(yù)作用，為科學(xué)運動健腦提供實驗室數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1實驗動物及分組

6周齡的SPF級雄性SD大鼠36只，體重225± 20 g。大鼠購于：成都市達(dá)碩實驗動物有限公司。實驗動物生產(chǎn)許可證號：SCXK（川）2013-24。使用許可證號：SCXK（川）2013-34，動物批號：20130624。國家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動物，實驗室常規(guī)飼料，環(huán)境溫度22℃左右，相對濕度50%～70%。將大鼠隨機(jī)分組，分為空白對照組（Control Group，C組），力竭運動組（Exhaustive Exercise Group，EE組）和運動預(yù)處理組（Exercise Preconditioning Group，EP組），各組大鼠均為12只。

1.2造模

C組：常規(guī)飼養(yǎng)；EE組：前3天進(jìn)行無負(fù)重10 min適應(yīng)性游泳，隨后和C組一樣常規(guī)飼養(yǎng)，4周后，進(jìn)行無負(fù)重一次性力竭游泳；EP組：前3天進(jìn)行無負(fù)重10 min適應(yīng)性游泳，從第4天開始進(jìn)行無負(fù)重游泳訓(xùn)練，每天白天游泳訓(xùn)練60 min，每周游泳訓(xùn)練6 d，休息1 d，持續(xù)4周，最后一次游泳訓(xùn)練結(jié)束24 h后，進(jìn)行無負(fù)重一次性力竭游泳，游泳運動至力竭。力竭標(biāo)準(zhǔn)[12]：（1）大鼠沉入水中，超過10 s無法返回水面透氣；（2）大鼠在水中運動時，動作協(xié)調(diào)性消失，無方向性地亂竄，水下時間雖未達(dá)到10 s，亦判斷為力竭。

1.3取材

根據(jù)后期實驗方法的不同要求，分別采用斷頭處死取材和灌注取材兩種取材方法。斷頭處死取材：EE組和EP組的大鼠分別于力竭游泳后24 h，各組隨機(jī)選取5只大鼠進(jìn)行斷頭處死，處死后迅速破壞其頭蓋骨取出大腦組織，剝離出額葉部分，隨即放入液氮中冷凍保存，備用。灌注取材：EE組和EP組剩余的大鼠分別于力竭游泳后24 h，按2.3 ml/kg體重腹腔注射剛配制的2%的戊巴比妥鈉，進(jìn)行麻醉。麻醉成功后，各組隨機(jī)選取4只大鼠進(jìn)行4%多聚甲醛灌注，3只進(jìn)行2.5%戊二醛灌注。灌注成功后，用斷頭鍘將頭取下，自枕骨大孔兩側(cè)沿耳朵稍后上方各剪一刀，翻起顱骨，將大腦輕輕取下，剝離出大腦額葉分別放入裝有4%多聚甲醛固定液和2.5%戊二醛固定液的小瓶中浸泡固定，4℃冰箱貯存，備用。C組大鼠不進(jìn)行游泳運動，按以上方法提前一天取材。

1.4HE染色方法

取出4%多聚甲醛固定大鼠額葉標(biāo)本，常規(guī)石蠟包埋，蠟塊置4℃冰箱中備用。從4℃冰箱中取出蠟塊，制成4 μm的額狀切片，每個額葉標(biāo)本取3張切片，二甲苯脫蠟，梯度酒精脫水，蘇木素染色，沖洗，伊紅染色，梯度酒精脫水，二甲苯透明，封片，以備觀察。

1.5TUNEL法檢測方法

從4℃冰箱中取出蠟塊，制成4 μm額狀切片，每個額葉標(biāo)本取4張切片，參照J(rèn)iamay公司說明書進(jìn)行實驗。脫蠟去水；用Proteinase K工作液處理標(biāo)本；封閉液中室溫封閉10 min；加100 μL TdT酶反應(yīng)液避光，放入37℃孵箱60 min；用SSC終止反應(yīng)；用0.3%H2O2/ PBS封閉內(nèi)源性過氧化物酶活性；加100 μL Streptavidin-HRP工作液避光，放入37℃孵箱60 min；加90 μlDAB顯色液顯色；不復(fù)染，脫水，中性樹膠封片，顯微鏡下觀察計數(shù)，拍照。

TUNEL法結(jié)果判斷方法：整個細(xì)胞核被標(biāo)記為黃褐色的細(xì)胞，或者是胞漿中整個凋亡小體被標(biāo)記為黃褐色的細(xì)胞，則可視為凋亡細(xì)胞。選取每張切片5-10個視野，在400倍鏡下，計數(shù)每個視野的100個細(xì)胞中，凋亡細(xì)胞和凋亡小體數(shù)目，取其平均值作為凋亡指數(shù)（apoptosis index，AI）。

1.6透射電鏡檢測方法

取出2.5%戊二醛固定大鼠額葉標(biāo)本，將制備好的標(biāo)本電鏡切片用，醋酸鈾及枸櫞酸鉛雙重染色，然后用透射電鏡進(jìn)行觀察、拍片。

1.7Real-Time PCR檢測方法

取部分液氮保存額葉組織，按60～100 mg/mlTrizol劑量加入Trizol提取總RNA。采用紫外分光光度計測定RNA含量、純度；采用Thermo Scientific RevertAid First Strand cDNA Synthesis Kit逆轉(zhuǎn)錄試劑盒進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄得到cDNA；采用Thermo Scientific SYBR-Green PCR mix進(jìn)行Real-Time PCR。引物序列：Drp1（擴(kuò)增長度222bp）上游：5′-gtgggaagagctcagtgctggaaa gc-3′，下游：5′-cttgtcgaatttcat caaaatctgtgtaaag-3′；Mfn2（擴(kuò)增長度135 bp）上游：5′-gatgtcaccacggagctgga-3′，下游：5′-aga gacgctcactcactttg-3′；β-actin（擴(kuò)增長度200bp）上游：5′-cacccgcgagtacaaccttc-3′，下游：5′-cccataccc accatcacacc-3′。待PCR擴(kuò)增結(jié)束后，觀察溶解曲線是否為單一峰，以確定PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的特異性；查看Drp1、Mfn2和β-actin標(biāo)準(zhǔn)曲線的擴(kuò)增效率E是否接近1。用Bio-Rad CFX Manager system自動處理分析出數(shù)據(jù)，采用2－△△CT（Livak）方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)CT值，計算Drp1、Mfn2基因的相對表達(dá)量。

1.8Western blotting檢測方法

取部分液氮保存的額葉組織，80 μl的裂解液（1 ml RIPA裂解液+10 μl PMSF溶液）中（蛋白裂解液購自北京百泰克生物試劑公司），加入4 mg組織樣本，混合后加到玻璃勻漿管中充分勻漿至組織塊完全碎裂，再用超聲破膜，大約10 s，然后靜止于冰上40 min，使其充分裂解。放入到4℃低溫離心機(jī)中14000 rcf離心5 min，取上清，分裝于EP管中，－80℃保存，待用。

采用碧云天BCA蛋白定量試劑盒定量檢測各標(biāo)本總蛋白濃度和胞漿蛋白濃度。各標(biāo)本取20 μg總蛋白加入上樣緩沖液后于熱板上煮10 min，隨后進(jìn)行SDS-PAGE電泳，電泳后轉(zhuǎn)至PVDF膜，X線膠片曝光進(jìn)行免疫印記信號檢測。Western blotting所用抗體：鼠單克隆一抗（英國Abcam公司），山羊抗大鼠l gG/辣根酶（英國Abcam公司）。電泳結(jié)果采用Quantity One圖像分析軟件進(jìn)行定量分析。

1.9統(tǒng)計學(xué)分析

實驗數(shù)據(jù)均用SPSS13.0進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”的形式進(jìn)行表示，用T檢驗組間差異。統(tǒng)計學(xué)分析差異性，用P<0.01表示非常顯著性差異，用P<0.05表示顯著性差異。

2 結(jié)果

2.1HE染色結(jié)果

各組大鼠額葉HE染色切片在光鏡下觀察結(jié)果：C組：100倍鏡下觀察，額葉神經(jīng)元排列整齊有序，細(xì)胞間質(zhì)致密、勻稱（見圖1），400倍鏡下觀察，額葉神經(jīng)元細(xì)胞形態(tài)規(guī)則，細(xì)胞核清晰可辨，細(xì)胞質(zhì)均勻（見圖2）；EE組和EP組：100倍鏡下觀察，額葉神經(jīng)元排列紊亂，多數(shù)細(xì)胞出現(xiàn)染色加深，細(xì)胞間質(zhì)疏松，甚至出現(xiàn)空泡（見圖1），400倍鏡下觀察，額葉神經(jīng)元細(xì)胞染色加深，細(xì)胞核無法辨認(rèn)。見圖2。

圖1　各組大鼠額葉HE染色結(jié)果（×10）

圖2　各組大鼠額葉HE染色結(jié)果（×40）

2.2TUNEL法結(jié)果

2.2.1TUNEL法染色結(jié)果

在400倍光鏡下觀察各組大鼠額葉TUNEL法切片：與C組相比較，可見EE組和EP組的額葉中多數(shù)神經(jīng)元胞核和胞漿中凋亡小體被標(biāo)記呈黃褐色，而C組幾乎沒有。見圖3。

圖3　各組大鼠額葉TUNEL法染色結(jié)果（×40）

2.2.2細(xì)胞凋亡指數(shù)（AI）檢測結(jié)果

與C組比較：EE組和EP組大鼠額葉的AI非常顯著性上調(diào)（P<0.01，P<0.01）；EP組較EE組大鼠額葉的AI顯著性下降，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。見表1、圖4。

表1　各組大鼠額葉細(xì)胞AI比較（±s）

表1　各組大鼠額葉細(xì)胞AI比較（±s）

注：▲：P<0.01，與C組比較；★：P<0.05，與EE組比較。

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圖4　各組大鼠額葉細(xì)胞AI比較

2.3大鼠額葉超微結(jié)構(gòu)

通過透射電鏡對大鼠額葉進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)C組大鼠額葉的神經(jīng)元形態(tài)正常，細(xì)胞核大且圓；細(xì)胞質(zhì)均勻，細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器較豐富，可見線粒體、核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等多種細(xì)胞器；線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)正常，如圖中箭頭所指（詳見圖5）。力竭運動后24 h，發(fā)現(xiàn)EE組和EP組大鼠額葉的神經(jīng)元形態(tài)和細(xì)胞核出現(xiàn)不規(guī)則，細(xì)胞核染色質(zhì)凝集、邊緣化；部分線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)正常，部分線粒體腫脹變形明顯，嵴結(jié)構(gòu)模糊或斷裂，甚至產(chǎn)生空泡狀，線粒體的完整性遭到損傷，如圖中箭頭所指。見圖5。

圖5　各組大鼠額葉神經(jīng)元和線粒體透射電子顯微鏡結(jié)果

2.4Drp1和Mfn2 mRNA轉(zhuǎn)錄Real-time PCR檢測結(jié)果

與C組比較：EE組和EP組大鼠額葉的Drp1和Mfn2 mRNA轉(zhuǎn)錄水平非常顯著性上調(diào)（P<0.01，P<0. 01，P<0.01，P<0.01）；EP組較EE組大鼠額葉的Drp1mRNA轉(zhuǎn)錄水平下降，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）；EP組較EE組大鼠額葉的Mfn2 mRNA轉(zhuǎn)錄水平上升，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。見表2、圖6。

表2　各組大鼠額葉Drp1和Mfn2mRNA轉(zhuǎn)錄水平比較（±s）

表2　各組大鼠額葉Drp1和Mfn2mRNA轉(zhuǎn)錄水平比較（±s）

注：▲：P<0.01，與C組比較；★：P<0.05，與EE組比較。

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圖6　各組大鼠額葉Drp1和Mfn2 mRNA轉(zhuǎn)錄水平比較

2.5Drp1和Mfn2蛋白表達(dá)Western blotting檢測結(jié)果

與C組比較：EE組和EP組大鼠額葉的Drp1和Mfn2蛋白表達(dá)水平非常顯著性上調(diào)（P<0.01，P<0.01，P<0.01，P<0.01）；EP組較EE組大鼠額葉的Drp1蛋白表達(dá)水平下調(diào)，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）；EP組較EE組大鼠額葉的Mfn2蛋白表達(dá)水平上調(diào)，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。見圖7、8。

圖7　各組大鼠額葉Drp1和Mfn2蛋白的表達(dá)

圖8　各組大鼠額葉Drp1和Mfn2蛋白表達(dá)量比較

3 討論

運動醫(yī)學(xué)界研究表明，運動存在“雙刃劍”效果，適宜的運動增進(jìn)健康，預(yù)防疾病的發(fā)生發(fā)展，延年益壽；而過度劇烈運動或力竭運動，則會引起機(jī)體不適，甚至造成機(jī)體的損傷。前期研究表明，4周60 min/day的運動預(yù)處理存在著類似于缺血預(yù)處理和低氧預(yù)處理的作用，能有效增強(qiáng)大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)對運動性缺血缺氧的耐受力，減少一次性力竭運動引起的大鼠大腦皮質(zhì)和海馬細(xì)胞凋亡的發(fā)生，減輕對神經(jīng)系統(tǒng)造成傷害[5，6]，然而其中的機(jī)制尚未闡明。

近期研究發(fā)現(xiàn)線粒體是具有高度動態(tài)變化的細(xì)胞器，當(dāng)受到外界刺激，易出現(xiàn)超微結(jié)構(gòu)上的異常改變[13]。研究表明在急性低氧和運動性缺氧條件下，電鏡觀察發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的染色質(zhì)凝集、邊緣化，線粒體腫脹變形，嵴結(jié)構(gòu)模糊，線粒體的完整性遭到損傷，電子傳遞鏈上的電子漏增加[14，15]；在低氧的環(huán)境下或者是運動造成運動性缺氧都會損傷大鼠大腦神經(jīng)元，甚至影響線粒體的超微結(jié)構(gòu)，造成線粒體電子傳遞鏈結(jié)構(gòu)的不完整，從而使線粒體的呼吸功能下降，導(dǎo)致能量代謝障礙。本研究中同樣觀察發(fā)現(xiàn)，一次性力竭運動引起了EE組和EP組大鼠額葉的神經(jīng)元形態(tài)異常，線粒體腫脹變形明顯，嵴結(jié)構(gòu)模糊或斷裂，甚至產(chǎn)生空泡狀。研究表明，線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化深刻影響其功能，線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)是其功能可見的外在表現(xiàn)形式，本實驗中一次性力竭運動破壞了線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)的完整性，勢必會影響線粒體的功能，從而造成額葉神經(jīng)元的功能障礙。

線粒體的形態(tài)變化受控于保守的蛋白裝置[16，17]，分別為作用于線粒體外膜融合的Mfn1/2，和作用于線粒體內(nèi)膜融合的OPA1；觸發(fā)線粒體分裂的Fis1和Drp1。近期研究表明，調(diào)節(jié)線粒體形態(tài)變化的因子在不同運動方式和運動強(qiáng)度中做出不同的應(yīng)答反應(yīng)。Cartoni等[18]發(fā)現(xiàn)，一次中等強(qiáng)度運動可增加人體骨骼肌線粒體融合基因的轉(zhuǎn)錄及其蛋白表達(dá)水平。長期有氧訓(xùn)練可以提高骨骼肌線粒體的氧化磷酸化能力，以及促進(jìn)調(diào)控線粒體形態(tài)變化的Mfn2和Drp1的表達(dá)[19]。漆正堂等[20]研究表明，大強(qiáng)度間歇性運動可能通過調(diào)控Mfn2、Drp1 mRNA與蛋白表達(dá)水平，影響骨骼肌線粒體的融合與分裂；而長時間低強(qiáng)度耐力運動，可能通過調(diào)控Mfn1 mRNA發(fā)揮類似作用。Ding等[21]研究發(fā)現(xiàn)，運動誘導(dǎo)骨骼肌線粒體融合與分裂mRNA水平變化，以提高線粒體能量代謝耦聯(lián)效率，為能夠適應(yīng)機(jī)體對能量需求作出快速應(yīng)答，使線粒體呼吸鏈的電子傳遞能力始終能夠滿足氧化磷酸化耦聯(lián)合成ATP的要求。也有研究表明：低氧復(fù)合運動能夠增加骨骼肌線粒體的數(shù)量、體積，提高線粒體的網(wǎng)格化程度，從而通過增加骨骼肌的有氧代謝能力[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，一次性力竭運動上調(diào)Drp1和Mfn2的表達(dá)，使線粒體分裂融合增加，以滿足運動中機(jī)體對能量的需求和對運動性低氧的適應(yīng)；然而EE組中Drp1表達(dá)極度上調(diào)，打破了線粒體分裂融合的平衡，使線粒體分裂融合平衡紊亂，反而使線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)異常，導(dǎo)致其功能障礙。研究表明Drp1對細(xì)胞凋亡的有調(diào)控作用，在凋亡刺激下線粒體總是從網(wǎng)格結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚頪23]。線粒體的分裂是在細(xì)胞凋亡過程中不斷發(fā)生的事件[24]。也有研究認(rèn)為細(xì)胞凋亡是分裂事件引發(fā)的下游事件[25]。推測，一次性力竭運動引起額葉細(xì)胞凋亡的發(fā)生，可能是通過核基因上調(diào)Drp1的表達(dá)所引起的。

而在對運動預(yù)處理組相關(guān)基因的檢測發(fā)現(xiàn)，4周60 min/day的游泳訓(xùn)練通過相對上調(diào)Mfn2的表達(dá)，有效抑制了細(xì)胞凋亡的發(fā)生。推測運動預(yù)處理誘導(dǎo)了Mfn2表達(dá)的增加，一方面是線粒體網(wǎng)格化程度增加，加強(qiáng)了線粒體與線粒體之間的交流，提高線粒體能量代謝效率，有利于能量和信息在不同線粒體中傳遞，線粒體內(nèi)容物及mtDNA交換互補(bǔ)[26]。另一方面，研究表明Mfns的高表達(dá)有利于抑制細(xì)胞凋亡的發(fā)生[27]。

4 總結(jié)

運動通過調(diào)節(jié)額葉線粒體形態(tài)變化相關(guān)因子——Drp1和Mfn2 mRNA和蛋白表達(dá)，促使線粒體分裂融合改變，影響線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，對運動性缺血缺氧做出應(yīng)答；Drp1的表達(dá)水平與力竭運動后腦細(xì)胞凋亡程度密切相關(guān)，而Mfn2的表達(dá)增加能夠減輕力竭運動引起的腦細(xì)胞凋亡水平。4周的游泳訓(xùn)練運動預(yù)處理，能夠相對減少Drp1表達(dá)而上調(diào)Mfn2基因表達(dá)，影響大鼠額葉線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能，增強(qiáng)了腦對運動性缺血缺氧的耐受力，減輕了一次性力竭運動造成的大鼠額葉缺血缺氧性損傷。

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Exercise Preconditioning Ameliorates the Cell Apoptosis in Lobus Frontalis of Rats after Acute Exhaustive Exercise

Wang Lu，Deng Wenqian，Yuan Qiongjia，Li Xue Chengdu Sports University，Sichuan，China 610041 Corresponding Author：Deng Wen Qian，Email：deng_wen_qian@163.com

Objectives To explore the effect of exercise preconditioning on the acute exhaustive exerciseinduced ischemia anoxic injury in lobus frontalis of rats.Methods 36 male SD rats were randomly and equally divided into sedentary control group（C），exhaustive exercise group（EE）and exercise preconditioning group（EP）.Rats in group EP carried out 4-week swimming，60 min per day.Thereafter，rats in groups EP and EE underwent an acute exhaustive swimming.The morphological structure and mitochondria of neurons in lobus frontalis were observed through HE staining and transmission electron microscopy，and the apoptosis index（AI），mRNA and protein level of Drp1 and Mfn2 were detected by TUNEL method，real time RT-PCR and Western blot respectively.Results The neurons in lobus frontalis and their mitochondria became irregular after exhaustive exercise.There was a significant reduction of AI in group EP as compared with group EE（P<0.05）. The transcription and protein expression of Drp1 and Mfn2 increased significantly in both groups EE and EP after exhaustive exercise.Whereas，the transcription and protein expression of Drp1 decreased（P<0.05），andthe transcription and protein expression of Mfn2 increased（P<0.05）in group EP as compared with EE group. Conclusion 4-week exercise preconditioning enhances the tolerance ability of rats against toward the exhaustive exercise-induced ischemic injury in lobus frontalis by decreasing the expression of Drp1 and increasing the expression of Mfn2.

exercise preconditioning，lobus frontalis，mitochondria，exhaustive exercise，Drp1，Mfn2

2016.01.07

四川省教育廳基金資助項目（16ZA0317）；國家自然科學(xué)基金資助項目（81301195）；國家體育總局項目（2014B014）；四川省教育廳青年基金資助項目（14ZB0262）；成都體育學(xué)院青年科研基金（15YJQN07）；國家體育總局運動醫(yī)學(xué)重點實驗室暨運動醫(yī)學(xué)四川省重點實驗室資助基金（2015CTYY008）

鄧文騫，Email：deng_wen_qian@163.com