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线粒体融合与分裂的动态变化在增龄和耐力训练适应中的生理作用

刘子泉  
【摘要】:目的:线粒体是细胞能量代谢的调控中心,其形态结构是可以形成网络化或发生分裂的动态变化过程,与细胞生理功能对能量的需求相适应。本研究观察老年化过程中参与线粒体融合-分裂的骨骼肌线粒体融合基因Mfn1、Mfn2和分裂基因Fis1、Drp1的mRNA和蛋白表达的变化,以及有氧耐力训练对增龄过程中骨骼肌线粒体Mfn1、Mfn2、Fis1、Drp1的mRNA和蛋白表达的作用,探讨增龄及耐力训练中影响线粒体能量转换的可能机制,为耐力训练在抗衰老方面的积极作用提供理论支持和实验依据。 方法:48只雄性SD大鼠分为6组:5月龄对照组(5MC),5月龄训练组(5MT),15月龄对照组(15MC),15月龄训练组(15MT),20月龄对照组(20MC)和20月龄训练组(20MT)。训练方式为跑台运动,中等运动强度(64%VO2max,5°,15m/min,60分钟,每周5天),分别从2月龄、12月龄和17月龄开始训练,各自训练12周。相同月龄对照组正常饲养。12周后于末次训练后24小时测量体成分,然后取大鼠Ⅰ型和Ⅱ型骨骼肌肌纤维分别进行线粒体形态学指标、功能学指标、酶学指标的检测,并进行线粒体融合基因Mfn1、Mfn2和分裂基因Fis1、Drp1的mRNA和蛋白表达的检测。 结果:1.增龄过程中,体重和体脂百分比增加;耐力训练对各年龄组体重影响较小,但可以显著降低大鼠体脂百分比。2.增龄过程中骨骼肌线粒体生物合成增加,耐力训练可以显著增加各年龄组肌膜下线粒体的数密度和肌原纤维间线粒体的体密度及网络化程度。3.增龄过程中骨骼肌线粒体呼吸功能下降,耐力训练可以显著减缓其随增龄的显著下降。4.增龄过程中线粒体活性氧生成增多,耐力训练可以改善线粒体氧化还原状态。5.增龄过程中线粒体融合蛋白Mfn1、Mfn2 mRNA表达减少,蛋白表达也减少,而经耐力训练后Mfn1,Mfn2的mRNA和蛋白表达均增加。6、增龄和耐力训练后分裂蛋白Drp1、Fis1 mRNA表达增加,蛋白表达也增加。 结论:1.增龄过程中骨骼肌(Ⅰ型肌纤维和Ⅱ型肌纤维)线粒体融合蛋白mRNA表达减少,蛋白表达也减少,而分裂蛋白mRNA表达增加,蛋白表达也增加,提示增龄过程线粒体动态平衡被打破,动力学变化趋向分裂,网络化程度减低。2.经有氧耐力训练的大鼠骨骼肌(Ⅰ型肌纤维和Ⅱ型肌纤维)线粒体融合和分裂蛋白mRNA表达和蛋白表达均增加,提示线粒体经训练后建立更适度水平的分裂-融合-分裂的动态平衡,使融合分裂更加活跃。3.增龄和长期耐力训练过程中大鼠骨骼肌线粒体ROS可能参与诱导线粒体动力学基因表达。4.有氧耐力训练不仅能促进线粒体的生物合成,同时能提高线粒体的融合分裂的动态平衡。


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