活性氧介导氧化应激在心血管应激及运动中对心肌线粒体和自噬作用的新进展

活性氧介导氧化应激在心血管应激及运动中对心肌线粒体和自
噬作用的新进展
原阳;潘珊珊
【摘要】采用文献综述法 ,在活性氧介导氧化应激的基础上 ,对氧化应激与心血管应激以及氧化应激与运动的研究现状进行了总结 ,对活性氧介导的心脏氧化应激损伤和保护机制的热点研究进行了梳理和分析 ,探讨了活性氧介导氧化应激在心脏损伤和保护之间的关系 ,以及应激中影响活性氧平衡的因素 ,表明线粒体自噬为运动与心脏保护机制的研究提供了新思路.%Through using the method of literature review ,this paper summarizes the status quo of the research on oxidative stress in cardiovascular and exercise on the basis of reactive oxygen species-mediated oxidative stress ,analyzes the hot researches of reactive oxygen species-media-ted oxidative stress damage and protection mechanisms in cardiac ,and probes into the relation-ship between cardiac damage and protection induced by reactive oxygen species-mediated oxida-tive stress ,and the factors which affect reactive oxygen species ' balance in stress ,indicating that mitophagy sheds a new light on researches of cardioprotection mechanism in exercise .
【期刊名称】《体育科学》
【年(卷),期】2015(035)005
【总页数】8页(P71-77,97)
【关键词】活性氧;氧化应激;心血管应激;运动;线粒体;自噬;心脏保护
【作者】原阳;潘珊珊
【作者单位】上海体育学院运动科学学院 ,上海 200438;上海体育学院运动科学
学院 ,上海 200438
【正文语种】中文
【中图分类】G804.7
氧化应激反映了机体过氧化和抗氧化的失衡状态，一方面，是活性氧主导的机体系统性表现，另一方面，涉及生物体对过氧化反应中间产物的解毒和氧化应激损伤的修复。

近年研究发现，在心血管应激(心肌缺血、缺血再灌注损伤、缺血预适应)运动中，心脏氧化应激现象普遍存在，绝对和相对缺血缺氧引起心脏供氧、供能下降，是造成氧化应激的最初因素。

心肌缺血、缺血再灌注与过量运动引起的氧化应激造成心脏炎性反应、梗死面积增加和心功能下降，但缺血预适应与适度运动引起的氧化应激可以促进心脏适应性[46,51]，为心脏保护机制研究提供了新思路。

线粒体
是进行氧化磷酸化的场所，在心肌细胞中数量多且发达，合成心脏活动所需大部分ATP。

线粒体功能完整对于心脏维持正常生理功能至关重要。

线粒体损伤一部分源于线粒体膜的改变，缺血缺氧诱导的细胞氧化应激和钙超载机制造成线粒体膜过氧化和渗透性增强。

线粒体损伤后，ATP合成受到影响，破坏ATP依赖的钙稳态调节，进一步加剧细胞损伤。

而线粒体自噬可对受损线粒体及时清除，抑制氧化应激加剧[56]。

在心脏氧化应激机制研究中发现，线粒体既是氧化应激的重要来源，又是氧化应激的靶向细胞器。

线粒体氧化应激涉及活性氧生成数量和清除能力的变化，以及受损线粒体清除能力的变化。

最近研究表明，氧化应激不仅直接造成线粒体本身出现结构、功能变化的氧化应激反应，也通过线粒体的改变影响细胞自噬、线粒体自噬，从而共同作用于细胞和线粒体的损伤或保护。

本研究就近些年有关活性氧
介导的心脏氧化应激损伤和保护机制的热点研究进行梳理和分析，通过总结氧化应激与心血管应激、氧化应激与运动的研究进展，探讨活性氧介导氧化应激在心脏损伤和保护之间的关系，为心脏保护的研究提供新的理论依据和参考。

1.1 氧化应激与活性氧平衡
内源性活性氧族(ROS)以羟自由基(·OH)、超氧阴离子和过氧化氢(H2O2)等形式存在，是造成氧化应激的直接引物，约90%来源于线粒体内膜呼吸链。

研究表明，1%～3%的氧在正常状态线粒体氧化磷酸化过程中生成了ROS[49]。

内源性ROS
过高与超量运动或缺血中氧化应激造成呼吸链电子漏升高，以及ATP消耗引起的
黄嘌呤机制和半醌机制等有关。

其过量堆积会造成膜脂质过氧化反应，引起细胞膜、线粒体膜、内质网膜等结构破坏。

应激状态下，异常胞内离子浓度改变线粒体膜电位(ΔΨm)，诱导线粒体渗透性转换孔道(mPTP)开放，内、外膜渗透性增强，引起线粒体内、外膜间细胞色素C (Cyt-c)释放入胞浆造成电子漏，加剧ROS生成。

ROS作为触发物时，细胞内可激活下游Akt、MAPK、AMPK、PKC等蛋白激酶，在线粒体上也能激活PKCε、p38MAPK、JAK/STAT等蛋白表达，因此，ROS对
诱导心脏信号传导有积极意义。

较小的ROS增多可能会增加氧化应激的缓冲能力，促进基因表达和蛋白质合成，从而扮演中介物角色，使心脏具有适应性以促进心肌保护[55]。

抗氧化酶在氧化应激的缓冲中扮演关键角色，ROS清除的“第一条防线”是超氧化物歧化酶(SOD)。

线粒体ROS清除主要依靠线粒体基质中的MnSOD。

抗氧化酶除了抑制氧化应激，还能促进DNA修复和阻滞心肌肥大[13]。

1.2 氧化应激与线粒体渗透性
线粒体膜以双层膜构成，正常状态内、外层膜对分子的渗透性不同。

外膜存在
Bcl-2家族形成的孔道，直径小于22A的分子可自由进出。

但内膜mPTP仅对不
带电荷的小分子有渗透作用。

mPTP是由多个亚基构成跨越线粒体内、外膜的电压门控离子通道，调节线粒体内
膜渗透性。

急性损伤中，大量产生的ROS以及胞内Ca2+浓度升高，造成线粒体
膜内、外离子浓度差平衡被破坏，引起ΔΨm升高，是mPTP打开并延长开放的
主要原因[46]。

mPTP异常开放造成线粒体膜通透性增强，大量物质顺应浓度差、电位差涌入或涌出，使线粒体膜去极化，线粒体肿胀或裂解，造成线粒体损伤，心脏对于应激耐受性下降[52]。

ATP合成减少进一步加剧ROS生成增多的氧化应激导致恶性循环[15]。

线粒体外膜存在Bcl-2家族介导的渗透性调节。

Bcl-2家族中Bax和Bak，是线粒体外膜的成孔蛋白，外膜孔道导致Cyt-c释放入胞浆造成电子漏和激活凋亡信号。

Bax也可与mPTP外膜亚基的电压门控阴离子通道(VDAC)结合扩大外膜孔道，加剧损伤[1]。

Bax/Bak造孔机制的形成依赖唯BH-3域(BH-3 only domain)同源蛋白的诱导，包括心脏线粒体外膜表达的Bnip3和Nix。

BH-3域蛋白异源的抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-x1对BH-3域同源蛋白存在抑制，阻滞了Bax/Bak造孔。

1.3 氧化应激与细胞自噬
细胞自噬(autophagy)是对细胞内物质的循环再利用，修复性适度自噬是细胞生长、发育与稳态中的常规步骤，帮助细胞产物在合成、降解以及接下来的循环中保持平衡状态，而过度自噬参与了细胞凋亡。

在自噬的几种类型中，大自噬(macroautophagy)与氧化应激联系紧密，基本过程如：1)自噬相关物质在PAS
结合位点的募集；2)自噬双层膜的形成和延伸对需降解物进行包含形成自噬体；3)自噬体向溶酶体移动，并与之融合形成自噬溶酶体，通过溶酶体酶(cathepsin)对
包含物酶解。

自噬相关蛋白(atg)是完成自噬过程主要功能蛋白。

Beclin1是atg6哺乳动物同系物，可起始自噬。

atg14L与 Beclin1+vps34复合物结合形成三聚体，调控3-磷
脂酰磷酸肌醇(PI3P)和atg蛋白向PAS募集，促进自噬体形成。

Beclin1是Bcl-2家族的BH-3域同源体，因此，常被用于衡量自噬的损伤性质。

与Bcl-2结合时，
阻止了Beclin1+vps34复合物形成，抑制了自噬性细胞死亡。

ROS可激活核转录因子NF-κB [57]。

NF-κB诱导Beclin1和Bnip3上调，Bnip3升高抑制了
Beclin1和Bcl-2的结合，促进自噬。

自噬体膜形成依靠atg8和atg12在泛素激活E1样酶atg7催化下，诱导泛素结
合蛋白与E2酶结合，在E3酶催化下对其进行泛素化修饰。

atg8哺乳动物同系物微管相关蛋白轻链3(LC3)泛素化修饰的LC3I/II参与膜延展。

LC3蛋白的共价键
C-末端，P62修饰后连接PE形成LC3II，移动并附着于自噬体内、外膜。

atg4参与LC3泛素化修饰暴露C-末端形成LC3I，也可将LC3从自噬膜解离进入新的自
噬过程。

atg4可能是氧化应激调控自噬的关键因素。

研究表明，ROS可使atg4
失活引起LC3II堆积，导致自噬体增多[32]。

因此，LC3II/I比值也在一定程度上
反映了自噬水平。

atg12+atg5+atg16L复合物是atg12泛素化修饰的产物，参
与自噬膜延伸，也介导LC3与磷脂酰乙醇胺(PE)结合。

1.4 氧化应激与线粒体自噬
线粒体自噬(mitophagy)属于选择性自噬的一种，通过大自噬途径对受损线粒体进行包裹。

过度氧化应激产生大量受损线粒体造成ROS急剧生成，通过自噬途径及时清除受损线粒体，可维持ROS在一个较低水平[56]。

研究表明，线粒体膜去极
化可诱导线粒体自噬[29]。

因此，线粒体自噬的激活与引起去极化的mPTP开放
存在联系。

ROS则对mPTP开放存在介导。

线粒体自噬程度既依赖大自噬蛋白水平，也依赖线粒体外膜蛋白的引导。

介导VDAC1泛素化修饰的泛素连接酶E3样蛋白Parkin，可被Pink1由胞浆募集到
ΔΨm降低的线粒体外膜，使P62募集至线粒体诱导自噬膜对线粒体包裹，启动
线粒体自噬。

线粒体外膜Bnip3、Nix 与LC3存在相互作用，除介导外膜渗透性，还作为线粒体的自噬识别蛋白。

Bnip3对mPTP的开放存在介导，引起线粒体膜
去极化[43]。

同时，mPTP开放、Ca2+、ROS也可反作用于Bnip3，上调线粒体
自噬水平。

Nix依赖的线粒体自噬通过γ氨基丁酸受体相关蛋白(GABARAP)与之
捆绑，诱导LC3对Nix识别。

但Nix介导的线粒体自噬可能与去极化作用无关[3]。

2.1 氧化应激与心肌缺血
血管类病变、过量运动等诱导的心肌缺血(myocardial infarction，MI)中，涉及ROS升高的氧化应激[4,48]。

心肌缺血伴随严重缺氧、酸中毒、能量胁迫、离子平衡改变等损伤，损害心功能。

ROS数量伴随缺血过程不断增长，直到氧耗竭[18]。

缺氧则诱导氧化应激，通过氧化应激介导心肌缺血反应加剧[44]。

缺血期间，mPTP的开放可能与缺血时长有密切联系。

急性缺血期间，35%～80%ATP转而被F1F0ATP酶消耗，以平衡氢离子梯度，而不是通过H+跨越内膜朝向基质的浓度梯度驱动合成ATP[41]。

ATP下降造成ATP依赖的Ca2+转运能
力下降，引起ΔΨm升高，诱导mPTP孔道开放，加剧氧化应激。

但糖酵解过程
引起代谢产物乳酸增多和mPTP开放，导致pH降低。

长期缺血诱导低pH有利
于线粒体钠氢交换体(NHX)和钠钙交换体(NCX)的活化，减少线粒体外Ca2+获取
和线粒体基质Ca2+释放，降低线粒体钙超载造成的线粒体损伤[41]。

研究发现，ROS引起的低pH还可激活解偶联蛋白(UCPs)，引起氧消耗过程中ATP合成的解偶联[19]。

虽然解偶联作用造成ATP合成效率降低，但线粒体内膜的UCP通过引起轻度质子回漏，使H+回到线粒体基质中，降低ΔΨm，抑制ROS生成[19]。

低pH也可抑制糖酵解和丙酮酸生成，以较少CoA完成三羧酸循环，降低的代谢水
平延缓了呼吸链氧化应激的生成速率。

总体上，缺血期间低pH抑制了mPTP开放，降低的pH也能够产生对缺血的记忆，从而作用于长期保护的形成和延长[41]。

但长期缺血诱导心肌肥大，通过线粒体外膜Bnip3和Nix，作用于过度线粒体自
噬和mPTP开放诱导的Cty-c释放，介导心肌细胞凋亡[17]。

缺血期间，存在AMPK介导的自噬与抗氧化作用参与心脏保护。

ADP/ATP比值
升高，钙信号增强等因素激活AMPK，其磷酸化下游结节硬化症复合物
1/2(TSC1/2)抑制雷帕霉素靶蛋白(mTOR)，并介导atg13磷酸化促进
atg1+atg13复合物形成，促进自噬[2]。

也上调了下游一氧化氮合酶(eNOS)和脂肪酸氧化酶(FFA)，抑制ROS生成[7]。

并作用于过氧化物酶体增殖物激活受体
γ(PPAR-γ)促进MnSOD表达。

2.2 氧化应激与缺血再灌注损伤
组织、器官长时间缺血后进行再灌注，大量涌入的血流往往不能引起缺血损伤恢复，反而进一步加剧组织、器官功能和结构的破坏。

研究表明，再灌注期间升高的血流量会抑制P13K/Akt/GSK-3β通路磷酸化水平，导致心脏炎性反应[34]。

再灌注引起组织O2、Ca2+供应增加，以及pH升高，引起线粒体内Ca2+，ROS增多，
诱导并延长mPTP开放，引起线粒体损伤[41]。

French等[23]发现，MnSOD通过降低缺血再灌注(ischemic reperfusion，I/R)
诱导的氧化应激，保护膜结构，下调Ca2+依赖蛋白的表达，维持Ca2+正常转运，提供保护。

糖原合酶激酶(GSK)是丝氨酸/苏氨酸激酶涉及心脏的I/R损伤，GSK-
3β高表达于心肌细胞，其上游Akt、PKC、MAPK等多条信号汇集于GSK-3β，
通过磷酸化ser9位点使其活性被抑制，降低ser9的磷酸化作用会激活GSK-3β，引起线粒体mPTP内膜亚基腺苷转位酶(ANT)与基质中的亲环蛋白D(CypD)结合，造成mPTP开放，损伤线粒体。

有研究通过转基因外显子抑制的大鼠模型降低GSK-3β的表达， I/R后，s6k磷酸化水平升高，梗死面积减小[58]。

但GSK-3β
也可通过激活TSC2抑制mTOR，激活修复性自噬，提供对I/R损伤的保护。

但
也有研究认为，在I/R损伤的左心室心肌风险区域(area at risk，AAR)，ROS激
活NF-κB，诱导Beclin1依赖的自噬水平升高，加重心肌损伤[57]。

氧化应激也引起Bnip3介导的线粒体自噬在I/R期间上调，Bnip3还介导了细胞凋亡和线粒体
功能障碍[43]。

因此，自噬在I/R中的性质有待进一步探讨。

2.3 氧化应激与缺血预适应
缺血预适应(ischemic preconditioning，IP)中，组织、器官通过短时间间歇I/R
过程之后，获得对长时间缺血的耐受，也对未经过处理的组织、器官存在远程保护作用。

对于心脏，多次间歇短时间I/R的IP不会引起I/R损伤的累积，相反，与
总时长相等的一次I/R对比，可以相对缩小梗死面积[35]。

IP处理后，ATP下降减慢，心脏获得保护[35]。

研究表明，IP可延迟mPTP开放，降低ROS过度生成，阻止线粒体肿胀[28]。

己糖激酶 1/2(HKI/II)，分布于心肌细胞基质内，是线粒体外膜蛋白，介导糖酵解途径第一步，可被Akt磷酸化，激活
后通过与CypD相互作用降低线粒体膜通透性，保护线粒体。

其本身也可反映能
量代谢水平。

IP中显著保持了HKII水平，参与心脏保护[24]。

研究表明，IP保护作用与再灌注损伤修复激酶(Akt/ERK/GSK-3β，RISK)的通路有关，
P13K/Akt/s6k信号表达量上调引起GSK-3β磷酸化失活，mPTP孔道被抑制，也引起线粒体ATP敏感钾通道(mitoKATP)激活，降低渗透压而利于维持线粒体膜内、外钙离子浓度梯度[34]。

同时，GSK-3β磷酸化也保存了HK，进一步降低mPTP
开放，获得心脏保护[41]。

另外，NADPH在ROS调节中据重要位置，在氧化磷
酸化中扮演递氢的角色。

有研究表明，IP中血管紧张素II(AngII)可以通过JNK和
p38MAPK通路介导NADPH升高，引起线粒体ROS生成增多[31]。

适度的ROS 升高可促进IP心脏氧化应激适应性，并介导线粒体保护的信号传导[26]。

外源注
入mPTP抑制剂环孢酶素 A(CsA)，通过与CypD相互作用，阻止Ca2+诱导的CypD与ANT结合，抑制Ca2+出线粒体，降低ΔΨm，阻滞了ROS生成，却丧
失了IP的心肌保护[46]。

所以，ROS对IP心脏保护的形成是不可或缺的。

IP处理后，观察到大量产生的自噬泡，LC3II水平升高，以及结合状态的Beclin1、Bcl-2增多，提示，IP通过抑制Beclin1依赖的过度自噬，阻滞I/R后自噬性细胞死亡[40]。

在IP中，Parkin、P62表达上调提供了心肌保护，基因敲除Parkin或基因敲低P62均丧失了保护效应[29]。

与ROS联系紧密的线粒体自噬上调可能通
过其线粒体保护机制而促进心脏保护。

3.1 运动性氧化应激与心血管应激
运动中，心血管对应激的内分泌反馈机制很大程度上影响了心脏氧化应激水平。

局部肾素-血管紧张素系统(RAS)参与了长期缺血和运动诱导的心肌重塑过程[5,14]。

在机制上存在AngII水平上调的共同点，而AngII对ROS存在诱导作用。

适度的运动主要通过下调心肌AngII受体水平，上调抗氧化酶活性，以延缓缺血性心肌重塑和维持平衡的ROS数量[5]。

一次亚极限运动作为应激上调eNOS、ANP等的旁分泌数量，刺激心脏内皮舒张，增加了心肌血液供应，满足心肌线粒体氧消耗及ATP合成，使ROS在可控水平[50]。

研究表明，在心脏舒张期AngII造成的NCX表达上调，使细胞钙外流增加，可能与运动强度之间成正比[14]。

提示，随着运动强度升高，收缩期钙储存愈发不足。

高强度时，尽管AngII分泌量增加，但心肌收缩能力无法满足需求引起心肌缺血和氧化应激失衡，长期则导致不良的心肌肥大和纤维化。

糖皮质激素(GC)对
Na+K+-ATP酶活性有显著影响，主要源于运动过程中GC的升高引起GC受体(GR)的降低，急性运动后，GR的过度下降可能抑制Na+K+-ATP酶活性，胞内Na+浓度较高可能会抑制舒张期钙外流，但也易造成胞内钙超载，诱导mPTP开放加剧氧化应激[39,45]。

持续长时间至力竭运动后，造成心肌绝对缺血缺氧，在恢复过程中可能存在与I/R类似的机制，如抗氧化酶和凋亡蛋白的表达上调[37]。

I/R中，NCX转为反向，造成胞内钙超载。

而适度的运动并不引起恢复过程中NCX的上调，可能与较高的氧利用率和平衡的ROS数量，引起线粒体NADH还原酶及ERK通路的应激敏感性降低至NHX的含量下降有关[21]。

NHX的下调对抑制恢复中Na+内流H+外流导致的pH升高和钙超载有实际意义，避免了因胞内Na+浓度过高而形成的氧化应激恶性循环。

此外，运动诱导的肾上腺素升高及心肌β肾上腺素能受体(β-AR)表达上调，作用
于ROS生成增多的氧化应激和钙流的增强[8]。

同时，对于长期低强度的运动，β-AR作用于eNOS合成，实际对心肌产生了保护[11]。

因此，β-AR水平可能也是不同运动强度影响ROS平衡的调控因素。

3.2 氧化应激与长周期运动
研究表明，长周期亚极限强度运动作用于心脏重塑，诱导心脏、体重比增加。

降低基础心率。

在不改变左心室末端舒张压(LVEDP)情况下，引起左心室发展压(LVDP)、等容收缩/舒张期压力最大变化速率(+/-dp/dt max)、冠脉血流量等升高的心功能改善，且不引起氧化应激加剧[4]。

Powers等[42]利用10周耐力训练，速度递增至30 m/min、坡度递增至18°，发现训练可显著增加Trx、热休克蛋白72(HSP72)、SOD、磷酸果糖激酶(PFK)、乳酸脱氢酶(LDH)活性。

运动有效改善左心室收缩能力、无氧酵解能力，并降低脂质过氧化作用，保护心脏免受I/R引起的氧化应激损伤。

研究表明，长期中等强度运动诱导心肌代谢水平增强，HK活性也相应增高[10]。

提示对线粒体可能存在保护。

长周期运动对心功能的改善可能通过提高氧利用率、减轻质子漏，以增加ATP合成效率来实现，而增强的ROS清除能力是其次[20]。

尤其ROS数量在运动前、后可能没有变化[4]。

因此，线粒体保护机制应当在长周期运动诱导心脏保护中发挥主要作用。

一些学者研究发现，自噬参与了长周期运动的心脏保护，Chen等[12]利用兔为运动模型，跑台训练4周，发现长周期运动显著提高了LC3II/I水平，并引起修复性的心脏型脂肪酸结合蛋白(h-FABP)升高，缺血后梗死面积降低。

长周期运动诱导心肌糖代谢增强，相关的酶调节依赖胰岛素和胰岛素样生长因子(IGF)水平升高，其受体IRS也相应高表达。

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)在自噬信号传导中扮演关键角色，在自噬过程中与多种自噬相关蛋白(Atg)结合进行负调控。

长周期运动中，mTOR抑制可通过IRS下游Akt通路，激活自噬[33]。

Akt也能通过胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)上调GSK-3β磷酸化水平，抑制mPTP开放保护线粒
体[54]。

Buss等[9]对大鼠进行4周中等强度训练，发现Akt阻滞剂鱼藤素(deguelin)引起运动后GSK-3β磷酸化水平降低，并造成缺血后病理性心肌肥大加剧，生理性心肌肥大被抑制。

提示长周期运动中，mTOR介导的修复性自噬与GSK-3β磷酸化提供的线粒体保护共用了Akt通路。

而ROS对Akt通路表达上调存在直接介导作用[13]。

推测长周期运动中，少量ROS生成的氧化应激可以同时诱导修复性自噬与线粒体保护。

He等[27]利用8周耐力训练转基因大鼠进行研究，发现基因敲入Bcl-2的磷酸化位点，阻滞了急性运动中Bcl-2与Beclin1复合物的分离与自噬的激活，引起转基因鼠耐力下降和糖代谢水平降低。

耐力运动可以激活LC3依赖的自噬提供心肌保护，其中Bcl-2发挥了关键作用。

同时也发现，耐力训练诱导UCP的升高作用于线粒体氧化磷酸化解偶联，与自噬水平增高有所联系[27]。

提示长周期运动中，解偶联诱导的线粒体去极化作用可能诱导自噬。

联系去极化作用与线粒体自噬之间的关联[29]。

推测修复性自噬能够以线粒体自噬的形式参与长周期运动的心脏保护，也对线粒体保护效果施加影响而抑制氧化应激。

3.3 氧化应激与短周期运动
短周期运动存在与长周期运动类似的心功能改善[4]。

在利用较大强度的运动，如Yamashita等[55]构建的一次27～30 m/min，坡度0°，20～30 min的运动模型，发现心肌保护效应的峰值分别位于运动后0.5 h和48 h，期间显著降低了梗死面积。

N-(2-疏基嘌呤)氨基丁酸(MPG)作为ROS清除剂在运动前外源注入，随即丧失了运动诱导的心肌保护效果，线粒体MnSOD活性也被抑制，说明ROS对诱导心脏线粒体适应性具有重要作用。

Taylor等[51]对连续2天，60 min/d，20 m/min，坡度6°的运动模型，在运动前外源注入MPG，发现在运动后24 h存在心脏保护，但期间ROS已不是形成心脏保护的因素。

运动中，NADPH对缺血恢复具有影响，在运动过程中提供了抗氧化剂，但运动也会增加心肌NADPH氧化
酶的活性，抑制ROS来源之一的NADPH活化，反而会阻止运动后的保护作用[53]。

Ascensao等[6]通过对大鼠进行一次60 min大强度跑台训练，发现运动可以抑制钙诱导的mPTP开放和引起激活态MnSOD升高，获得对心脏阿霉素损伤
的保护。

尽管运动后mPTP孔道开放被延迟，但过强的内源ROS清除能力，可能对延迟mPTP开放具有负面影响[22]。

Smuder等发现[49]，5天短周期大强度跑台训练，显著抑制阿霉素诱导的
Beclin1 mRNA、蛋白表达增强，Bcl-2水平下降，以及Beclin1/Bcl-2比值升高，提示，短周期运动可以诱导自噬。

短周期运动后，atg4升高，抑制了阿霉素诱导atg12、atg7、LC3、LC3II/I比值升高的过度自噬[49]。

之前研究表明，atg4增
高与ROS被抑制存在联系[32]。

另外还发现，短周期运动可能通过AMPK而不是Akt，介导了自噬上游关键蛋白mTOR磷酸化，促进修复性自噬[49]。

提示受ROS影响而下降的ATP和升高的Ca2+，可能激活AMPK参与了短周期运动提供的心脏保护。

Ogura等[36]在研究了一次30 min，30 m/min的大鼠跑台模型后不同时间点的变化规律，发现运动后即刻LC3II蛋白表达水平显著降低，而在1 h 时超量恢复超过运动前达到峰值，3 h时出现回落接近运动前。

提示，自噬水平与短周期运动诱导ROS依赖的心脏保护存在时间上的线性联系。

3.4 氧化应激与运动预适应
运动作为一种强烈的刺激因素，极大地提高了心肌耗氧量，造成心肌相对或绝对缺氧，反复短暂的运动则造成反复短暂的心肌相对或绝对缺血，与IP的过程类似。

已有研究表明，一次、短期(数天)、长期(数周)大强度间歇有氧运动均能诱导机体
产生内源性心肌保护效应，使心肌在后续的持续性缺血损伤中得到保护，这种通过运动诱导机体产生内源性心肌保护效应的方式称为运动预适应(exercise preconditioning，EP)[25,30,38]。

因此，EP与IP、长/短周期运动在心脏保护机制上有很强的关联。

ROS和钙超载是mPTP开放的诱导剂。

过量ROS造成细胞膜破坏使其渗透性升
高和线粒体损伤，对钙超载也有直接介导作用。

mPTP过度开放是ROS引起线粒
体和细胞损伤的间接途径，而ROS通过 NF-κB激活BH-3同源蛋白则是损伤的直接途径，造成线粒体渗透性增强的线粒体损伤和过度自噬。

尽管在急性缺血中，过量的ROS介导了mPTP开放，并诱导了自噬性和程序性细胞凋亡。

但IP中，少
量ROS除了通过上调HK表达和磷酸化GSK-3β来限制mPTP开放，也能对
PKCε存在介导。

通过PK Cε调控下游mitoKATP，间接影响线粒体Ca2+转运，
降低线粒体钙超载，抑制mPTP开放。

并能在IP引起HK过表达时磷酸化VDAC，诱导其适时开放[41]。

二者作用于mPTP调节使其开放得到延迟，获得心脏保护。

急性大强度运动是诱导心肌缺血应激的方法，而心脏损伤与缺血时长密切相关。

短时间缺血心脏损伤是可逆的，因此，急性运动后恢复一段时间以诱导心肌再灌注，并不会引起心脏损伤，反而促进心肌对应激的适应。

这可能是大强度运动也能诱导心脏保护的原因[6]。

短时间一次大强度运动的研究表明，ROS对心肌保护的形成是必要的[55]。

抑制ROS的产生，无论是IP还是短周期运动均丧失了心脏保护[46]。

与IP相同，间歇大强度的EP可以诱导PKC转位、合成、表达增强[25,47]。

其中，PKCε磷酸化水平升高参与了EP保护的形成[25]。

Domenech等[16,38]的研究发现，PKCε下游的mitoKATP磷酸化水平升高也介导了EP的心脏线粒体保护。

因此，适度的ROS在EP中可能发挥了重要调节作用。

IP与短周期运动中，ROS介导的自噬水平升高对保护的形成起到了关键作用。

尽
管还没有报道关于EP中是否存在自噬水平的变化，但IP和运动中，氧化应激可
以直接或通过影响线粒体而作用于修复性自噬机制，其中，PKC、AMPK、Akt可能扮演了同时引导氧化应激和自噬作用于心脏保护的上游中介物角色。

可以预见，通过对EP氧化应激联系自噬的研究，将促进心脏保护机制的理解和方法的探寻。

ROS并非单纯作为氧化应激的介导物质，还对线粒体功能和自噬起到重要调节作。