耐力训练对大鼠心肌组织SOD同工酶活性和mRNA表达的影响

耐力训练对大鼠心肌组织SOD同工酶活性和mRNA表达的
影响
李进华
【摘要】为了解耐力训练对大鼠心肌组织抗氧化防御系统SOD同工酶活性和mRNA表达的变化,运用分光光度法对6周耐力训练及一次性定量负荷运动后大鼠心肌组织主要抗氧化酶活性检测,并用RT-PCR法检测SOD同工酶mR-NA表达.结果显示:耐力训练及一次性定量负荷运动大鼠心肌MDA水平显著下降(P＜
0.05),T-AOC显著升高(P＜0.05),CuZn-SOD mRNA、Mn-SODmRNA表达增加,SOD活性和CuZn-SOD活性明显升高(P＜0.05).结论:耐力训练激活了心肌SOD同工酶mRNA表达,进而引起SOD活性和总抗氧化能力的提高,增强了机体清除自由基的能力,有效地起到氧化预适应的作用;耐力训练后再进行一次性定量负荷运动时,机体抗氧化能力明显提高,清除自由基的能力增强,减少了自由基对机体的损伤,提高机体抗运动疲劳能力.
【期刊名称】《沈阳体育学院学报》
【年(卷),期】2015(034)002
【总页数】5页(P87-91)
【关键词】耐力训练;自由基;超氧化物歧化酶(SOD);SOD mRNA
【作者】李进华
【作者单位】宁德师范学院体育系,福建宁德352100
【正文语种】中文
【中图分类】G804.23
随着自由基生物医学理论和技术向运动医学的渗透，运动与自由基的研究已成为运动医学的一个热点问题。

近年来，在不同组织、运动强度和运动方式下，机体抗氧化酶活性、含量和mRNA表达方面均有研究。

但以往研究主要集中在一次急性运动对自由基代谢的影响，而有关长期耐力训练后一次性定量运动对大鼠心肌组织抗氧化酶mRNA表达影响的研究尚未见报道。

为了解耐力训练对机体运动应激时自由基代谢及抗氧化防御系统的影响，本研究通过检测一次性定量运动对6周耐力
训练和未训练大鼠心肌组织MDA、T-AOC、SOD同工酶活性及mRNA表达，观察耐力训练与未训练组运动应激时大鼠心肌组织自由基代谢系统的影响，探讨6
周耐力训练对大鼠心肌抗氧化系统适应性机制，为运动健身、体育康复提供理论依据和参考。

1.1 实验动物与分组
选用健康雄性Wistar大鼠36只，4周龄，体重为（90±10）g。

饲养环境为室温22℃～25℃，相对湿度40%～60%，自然光照，通风良好，分笼饲养。

适应性喂养1周后，随机分安静组（未训练）和耐力训练组两大组，经过6周游泳训练后，各组又抽取一半进行一次性定量负荷运动（无负重游泳3 h），即安静对照组（UR）、安静定量运动组（UE）、耐力训练对照组（TR）、耐力训练定量运动组（TE）。

1.2 耐力训练方案
本实验模型参照Vebditti大鼠游泳训练模型［1］。

大鼠适应性喂养1周后，适游泳3 d，每天10～20 min，训练组大鼠进行6周渐增游泳训练，5 d／周；第1
周30 min，然后每周增加10 min，直至第5周；第6周保持70 min。

耐力训练组休息48 h，最后TE组、UE组均进行一次定量负荷运动（运动时间3 h）。

大
鼠在玻璃水池中游泳，水池为100×60×70 cm，内壁光滑，水深50 cm，水温
（34±2）℃，每只大鼠游泳面积＞300 cm2。

1.3 组织匀浆的制备
取各组大鼠心肌组织，用生理盐水制成10%心肌组织匀浆。

1.4 指标测定
1）总抗氧化能力（T-AOC）的测定。

2）MDA的测定。

3）蛋白定量测定采用考马斯亮兰（CBBG250）染料。

4）总SOD与分型SOD活性测定。

总抗氧化能力
的测定（T-AOC）、MDA、CBB250及分型SOD的测定试剂盒均构自南京建成
生物工程研究所，以分光光度计法测定，测试方法严格按照试剂盒说明书进行。

5）CuZn-SOD、Mn-SOD基因表达的测定。

①提取RNA和鉴定RNA纯度。

②PCR 引物。

根据参考文献和基因文库（J03808）设计，由沈阳联星生物技术有限公司
合成。

③RT-PCR反应。

按表1组成配制反转录反应液：MgCl22μL，10×RT Buffer 1μL，GAPDH作为“看家基因”监控RNA使用量，消除不同样本间加样
误差。

④PCR产物电泳。

取5μL的PCR产物，加入4 μL上样缓冲液，于1.8%琼脂糖凝胶，130 V电压下进行电泳。

电泳30 min后，用EB染色5 min，在紫外
灯下用电泳凝胶成像分析系统观察拍照。

⑤图像处理和分析。

用Scion Image进
行图像光密度扫描和分析。

CuZn-SODmRNA和Mn-SODmRNA的量用各自的PCR产物量分别与内参GAPDH的PCR产物量的比值来表示。

1.5 统计分析
实验数据用SPSS 15.0统计软件进行统计学分析。

实验结果用均值±标准差
（¯X±S）的形式表示，P＜0.05有显著性差异，P＜0.01具有极显著差异。

2.1 耐力训练对大鼠心肌组织MDA、分型SOD活性及总抗氧化能力的影响
表2显示，6周耐力训练组大鼠心肌MDA含量比安静组显著降低（P＜0.05）；
一次性定量运动后，安静定量运动组大鼠心肌MDA水平较安静对照组显著下降（P＜0.05），6周耐力训练组与安静定量运动组相比也显著降低（P＜0.05）。

总抗氧化能力较安静组显著升高（P＜0.05），进行一次性定量运动后，训练组大鼠心肌总抗氧化能力比安静组显著升高（P＜0.05）。

安静组一次性定量运动后虽有升高，但无统计学意义。

由表2可见，各组大鼠心肌组织CuZn-SOD活性，6周耐力训练组CuZn-SOD
活性较安静组明显上升（P＜0.05）。

进行一次性定量运动后，较对照组均有不同程度的下降。

安静组下降10.03%，而训练组下降6.65%。

6周耐力训练定量运动组比安静定量运动组明显升高（P＜0.05）。

各组大鼠心肌组织Mn-SOD活性，6周耐力训练组Mn-SOD活性较安静组升高，但无统计学意义。

一次性定量运动后，安静定量运动组较安静组上升45.74%，训练定量运动组较训练对照组上升22.81%，但无统计学意义。

2.2 耐力训练对大鼠心肌组织CuZn-SOD mRNA表达的影响
图1、图3、图4和表4显示，心肌组织CuZn-SOD mRNA表达量由多到少依次为：TE＞UE＞TR＞UR。

与安静对照组相比，安静定量运动组大鼠心肌组织
CuZn-SOD mRNA表达量是安静对照组的1.658倍，训练对照组比安静对照略有升高，增幅为7.2%，而耐力训练后的一次性定量运动组CuZn-SOD mRNA表达量是安静定量运动组的1.08倍。

耐力训练组大鼠心肌组织CuZn-SOD mRNA表达量比安静对照组略有升高，说
明运动训练对提高大鼠心肌组织CuZn-SOD mRNA有一定作用。

一次性定量运
动后即刻，大鼠心肌组织CuZn-SOD mRNA表达量有很大的升高，未训练组升
高1.658倍，而训练组为1.665倍，说明一次性运动对大鼠心肌CuZn-SOD mRNA的表达有很大的影响。

2.3 耐力训练对大鼠心肌组织Mn-SOD mRNA表达的影响
图2、图3、图4和表4显示，心肌组织Mn-SOD mRNA表达量由多到少依次为TR＞TE＞UE＞UR。

与安静对照组相比，安静一次性定量运动后大鼠心肌组织
Mn-SOD mRNA表达量略为上升，是安静对照组的1.05倍，训练对照组大鼠心肌组织Mn-SOD mRNA表达量是安静对照的1.35倍。

6周耐力训练后一次性定量运动组是安静定量运动组的1.27倍。

耐力训练大鼠心肌组织Mn-SOD mRNA表达量比安静对照组有很大的提高，增幅为34.6%，说明耐力训练对提高大鼠心肌组织Mn-SOD mRNA表达有很大的作用。

安静组一次性运动后，大鼠心肌组织Mn-SOD mRNA表达量也出现不同程度的变化，未训练组上升4.93%，训练组几乎没有变化。

3.1 耐力训练对大鼠心肌组织MDA、分型SOD及总抗氧化能力的影响
一般情况下，机体内自由基的产生与清除处于平衡状态，急性运动使机体产生大量的氧自由基，它们可攻击生物膜中的多不饱和脂肪酸，引发脂质过氧化（LPO）作用，因此形成脂质过氧化物。

而丙二醛（MDA）是LPO的代谢产物，通过测试MDA的含量可反应机体内脂质过氧化的水平和细胞损伤情况。

总抗氧化能力（T-AOC）是体内酶类和非酶类抗氧化物总水平，其变化可反映机体自由基抗氧化系统的整体水平，其中超氧化物歧化酶（SOD）是机体主要的抗氧化酶，哺乳动物有两种SOD同工酶，CuZn-SOD、Mn-SOD。

研究报道，长期中等强度的运动训练可以使机体的抗氧化系统对运动产生适应性变化，提高了机体的抗氧化能力，促进体内过氧化脂质的排泄［2］。

耐力训练对自由基的影响文献报道较多。

刘丽萍等［3］研究不同时间游泳训练对大鼠肝组织过氧化脂质发现，15天游泳运动组自由基产生与清除基本达到动态平衡，30天游泳运动组MDA含量下降，而力竭组MDA含量显著增加。

Suzuki等报道，适量的运动训练可增加大鼠体内过氧化脂质的排泄。

韩立明［4］报道，小鼠70min游泳运动后心肌MDA显著下降，SOD有上升趋势。

本研究发现，6周耐力训练组大鼠心肌MDA含量比安静组显著降低（P＜0.05）；一次性定量运动后，运动组大鼠心肌MDA水平较对照组显著下降（P＜0.05）。

而T-AOC较安静对照组显著升高（P＜0.05）。

说明6周
耐力训练后的一次性应激在对抗自由基和激活总抗氧化能力方面有明显作用。

根据其动力学特征，底物浓度增加时，抗氧化酶能够相应地提高自身活性，而不是通过合成新的酶分子来完成［5］。

耐力训练对提高大鼠总抗氧化能力和清除机体内的脂质过氧化物有很大的积极作用。

目前许多研究表明，运动训练可上调组织SOD活性，表现出很强的运动适应性。

Higineihil［6］报道了3个月耐力训练后大鼠骨骼肌SOD活性增加14%～37%。

Kanter等报道，经21周耐力训练小鼠心肌组织SOD活性显著性升高。

隋波等［7］研究不同时间游泳训练对大鼠肝组织SOD活性的影响，长时间运动组训练
时间越长，自由基产生与清除达到动态平衡越显著。

肖建原等［8］研究发现，小负荷的耐力训练可以增强机体的抗氧化能力，MDA含量下降，SOD活性升高，
改善红细胞膜特性，使其有氧代谢能力及抗疲劳能力得到提高。

本研究发现，6周耐力训练后，大鼠心肌组织CuZnSOD和MnSOD的活性都有
很大的增加。

训练对照组CuZn-SOD活性较安静组明显上升，差异显著（P＜
0.05）。

两种SOD的在增量上差不多，但增幅有很大的差异，CuZn-SOD上升14.08%，而Mn-SOD增幅达46.6%，表明耐力训练对心肌组织Mn-SOD的活性影响更大，这可能与心肌组织含有丰富的线粒体有很大关系。

根据人体重组SOD的研究表明，CuZn-SOD的半衰期为6～10 min，而Mn-SOD的半衰期较长，为5～6 h。

Mn-SOD主要存在于线粒体间质中，而CuZn-SOD主要存在于胞浆中。

心肌组织中线粒体丰富，这是造成运动后心肌组织中CuZn-SOD和Mn-SOD活性变化差异的一个重要原因。

运动对SOD同工酶有不同的作用，SOD同工酶对运动的反应性不同，部分由于它们的亚细胞定位和／或
各自的特性的不同。

此外，SOD两种同工酶位于不同的细胞结构，为不同的基因
所编码，被不同的机制调节。

3.2 耐力训练对大鼠心肌组织SOD mRNA表达的影响
体育锻炼在调节抗氧化物酶的作用以及基因表达上仍有很大的争议。

Shuji等［9］人报道耐力训练可以上调大鼠膈肌中抗氧化物酶的水平，还可增加MnSOD、CuZn-SOD的含量和活性，然而耐力训练对两种形式SOD mRNA基因表达没有
显著的变化。

Oh-ishi等［10］发现CuZn SOD活性虽然伴随运动训练而增加，
但酶蛋白和mRNA水平没有改变。

相反，Mn SOD的活性和蛋白含量均增加，而mRNA水平没有改变。

Hollander等［11］研究发现，训练对Mn SOD mRNA
的影响，主要发生在每次运动后的24h内，而通常训练取样都在48h后以避免急性效应，这就错过了Mn SOD基因表达最活跃的时间。

然而，反复运动所产生的抗氧化酶的适应是由每次运动后基因表达快速激活所造成的效果积累而成的［12］。

静息状态下，CuZn-SOD的基因表达的调控发生在翻
译前。

真核细胞中Mn-SOD由细胞核基因编码，在胞浆中合成较大的前体酶，然后通过一个耗能过程转运到线粒体中，Mn-SOD基因表达受到氧化应激诱导，并
至少部分受转录机制调节。

Gore M等［13］研究发现耐力训练组与安静对照组
大鼠比较，股外侧深层肌（DVL）中CuZn SOD的活性增加35%（P＜0.01），
并且训练组DVL和心肌CuZn SOD mRNA的丰度分别增加了25%（P＜0.05）
和112%（P＜0.01）。

这表明，耐力训练能增量调节骨骼肌、心肌中CuZn SOD mRNA的丰度，并具有纤维特异性。

Somani等［14］通过实验发现，大鼠9周
耐力训练后，测定心肌中编码Mn SOD mRNA水平比对照组的Mn SOD mRNA 水平提高126%。

表明耐力训练导致编码这些酶的DNA转录水平提高。

黄丽英［15］研究了游泳训练对高脂膳食大鼠超氧化物歧化酶基因表达的作用，结果运
动对照组心肌和骨骼肌的CuZn SOD及Mn SOD mRNA基因表达最高，而且高
脂膳食运动组心肌和骨骼肌的CuZn SOD及Mn SOD mRNA基因表达明显高于
高脂膳食组。

本研究发现，耐力训练大鼠心肌CuZn-SOD mRNA表达比安静对照组高7.2%。

而一次性定量运动后，大鼠心肌组织CuZn-SOD mRNA表达量有较大的提高，安静定量运动组较安静对照组升高1.658倍，训练定量运动组是训练对照组的1.665倍，说明一次性运动对大鼠心肌组织CuZn-SOD mRNA的表达有很大的影响。

一次性运动后即刻大鼠心肌组织CuZn-SOD mRNA的表达增加，CuZn-SOD含量也暂时增加，但是其半衰期短只有6～10min，故运动后，CuZn-SOD 衰减，CuZn-SOD的生成速度低于消除速度，引起CuZn-SOD含量下降，CuZn-SOD活性降低。

长期耐力训练，大鼠心肌组织CuZn SOD活性和mRNA表达均升高，表明CuZn SOD mRNA的表达发生转录前水平。

6周耐力训练大鼠心肌组织Mn-SOD mRNA表达量比安静对照组有较大的提高，增幅为27.8%，说明耐力训练对提高大鼠心肌组织Mn-SOD mRNA表达有很大的作用。

一次性定量运动后，安静运动组大鼠心肌组织Mn-SOD mRNA表达上升了4.93%，而训练运动组几乎没有变化。

可能受训练因素的影响，未训练大鼠一次性运动应激更大，产生的ROS足以激活Mn-SOD mRNA表达，而训练定量运动所受应激产生ROS不足以刺激Mn-SOD mRNA表达。

长期耐力训练为机体适应更大的运动应激有很大的好处，可以提高机体内抗氧化防御系统和清除体内自由基的能力。

耐力训练增加的总SOD是以Mn SOD为主，CuZn SOD的训练效应是由转录后机制所引起的，而Mn SOD的运动训练适应则由转录调控，主要是被由运动时线粒体产生的ROS所影响。

1）耐力训练激活了心肌组织SOD同工酶的mRNA表达，进而引起SOD活性和总抗氧化能力的提高，增强了机体清除自由基的能力，有效地起到氧化预适应的作用。

2）耐力训练组3h的定量负荷运动后即刻机体心肌SOD同工酶mRNA表达的被激活，提高了SOD的活性，总抗氧化能力也得到明显的提高，清除自由基的能力
增强，减少了自由基对机体的损伤，提高了机体抗运动疲劳的能力。

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