运动:一种双向调控疾病中自噬异常的手段

自噬(autophagy)是一种进化上高度保守的细胞降解过程,它可以完成细胞成分的基本周转,并提供能量和大分子前体以维持生物体的代谢与平衡。近年研究发现,细胞自噬水平的失调与多种疾病的发生和发展密切相关,这一点已在多种疾病动物模型中得到验证。过高或不足的自噬水平都可能导致疾病。运动作为一种与能量代谢及细胞内环境变化密切相关的活动,与细胞自噬过程之间有密切关联。而运动对自噬的调节是一个双向的过程。对于自噬不足或过度引起的疾病,运动可以恢复其正常的自噬功能,并起到改善、延缓疾病进展的作用。当前,对于运动调控疾病背景下异常的自噬水平的理论及机制尚缺乏充分的阐述。深入探索和讨论运动对疾病中异常自噬水平的调节,将有助于我们拓展视野,为更全面地理解运动在预防和改善各种与自噬相关的疾病过程中的潜在机制和作用。因此,本综述分析概括总结了运动改善疾病中过高或不足的自噬水平及运动对疾病的缓解效果,梳理了运动与自噬的双向调控关系,并进一步提炼归纳了运动调控异常自噬水平所涉及的相关信号通路。这为探究运动促进健康的机制及理清运动调控自噬之间的关系提供理论依据与参考。

认知功能障碍:运动、孤独症和脑源性神经营养因子的相互作用

综述脑源性神经营养因子(Brain-derived neurotrophic factor,BDNF)在运动改善孤独症谱系障碍(Autism spectrum disorder,ASD)海马认知功能中的潜在作用。从BDNF的生物功能和参与SIRT1-PGC1a/FNDC5/Src/PLC-γ1、Ras/MAPK、PI3K/Akt信号通路,ASD患者认知功能相关的脑区改变以及BDNF在ASD不同病理下的表达调控等方面阐述其在促进神经元突触可塑性,提高学习记忆能力,最终改善海马认知功能方面的作用,进一步探讨BDNF在运动改善ASD海马认知功能中可能扮演的重要调控作用,为理解运动通过诱导BDNF表达,改善ASD海马认知功能间复杂的因果关系提供新的视角。最后展望以BDNF为靶点为孤独症疾病临床诊断提供可能的生物学标志物和药物开发提供广阔前景,为运动改善ASD的临床治疗和运动康复提供理论依据和新思路。

8周有氧运动对孤独症小鼠核心行为的改善作用

目的探讨8周有氧运动对丙戊酸钠(sodium valproate,VPA)诱导的雌雄孤独症小鼠核心行为的改善作用。方法将实验动物随机分为对照组(CTL)、丙戊酸诱导孤独症组(VPA)和VPA+有氧运动组(VEX),每组10只。孕鼠在E12.5时腹腔单次注射VPA,其子代可作为孤独症模型。子鼠出生28 d后开始有氧运动训练。运动结束后次日通过行为学检测方法考察小鼠进行社交能力、重复刻板行为、认知和学习记忆能力、探索行为、情绪等。结果CTL组小鼠与社会伙伴互动时间长,对新社会伙伴有明显社交倾向(P<0.01);VPA组雌雄小鼠对新旧社会伙伴均无明显差异;有氧运动可显著改善孤独症小鼠这一缺陷。与CTL组相比,VPA组小鼠认知指数、目标象限停留时间、穿台次数、中心区域活动距离、开放臂停留时间和白箱活动的距离、时间均显著性降低(P<0.01),而寻找平台潜伏期,埋珠颗数和自梳理时间均显著性增加(P<0.01);与VPA组相比,VEX组小鼠在有氧运动干预后认知指数、目标象限停留时间、穿台次数、中心区活动距离、开放臂停留时间均显著性增高(P<0.05),埋珠颗数和自梳理时间显著性降低(P<0.01,P<0.05)。结论孤独症小鼠存在社交和认知能力障碍、重复刻板行为、活动量下降和焦虑情绪现象。8周有氧运动可改善孤独症小鼠社交和认知能力,缓解刻板重复行为,提高活动量,积极调节焦虑情绪。推测有氧运动在孤独症的运动康复中具有重要作用,可能为临床研究提供理论基础。

外泌体miRNAs在缺血性心脏保护及其运动干预中作用研究进展

外泌体(exosomes,EXs)是细胞间信号传递的重要囊泡,在维持机体稳态中发挥重要作用。外泌体微小核糖核酸(microRNAs,miRNAs)是EXs保护心肌梗死(myocardial infarction,MI)的关键元件之一。MI是威胁人类健康的主要杀手,具有高发病率、高致残率和高死亡率特点。缺血-再灌注是MI的主要治疗手段,心肌缺血(myocardial ischemia)环境进一步改变外泌体内容物,而运动可刺激外泌体的分泌,促进其内容物发挥生物学效应,发挥心脏保护效应,改善MI的病理进程。本文通过梳理外泌体miRNAs在MI中的作用,提出运动改善心脏功能的可能机制,这将为运动防控冠心病的实验研究及临床治疗提供新思路和新靶点。

心梗大鼠通过有氧运动激活PI3K-Akt-PKG-1/p-PLN-SERCA2a通路抑制心肌细胞凋亡改善心功能

为探讨有氧运动对心梗大鼠心功能的影响,将3月龄SD雄性大鼠适应性喂养1周后随机分为正常组(C组)、假手术组(S组)、心梗安静组(MI组)、正常+运动组(CE组)、心梗+运动组(ME组),每组8只.MI组结扎左冠状动脉前降支制备心梗模型;S组只穿线不结扎;CE组与ME组术后1周开始有氧训练,运动方式为依次以10 m/min×10 min,13 m/min×10 min,16 m/min×40 min进行跑台训练,60 min/d,每周5 d,连续4周.训练结束后次日,采用血流动力学检测左室收缩压(left ventricular systolic pressure,LVSP)、左室舒张末压(left ventricular end-diastolic pressure,LVEDP)和收缩/舒张速率(±dp/dtmax)等心功能相关指标,单细胞可视化动缘探测系统(IonOptix)测定[Ca^(2+)]i变化百分数([Ca^(2+)]iamplitude)、[Ca^(2+)]i荧光比率(ratio)、达峰速率(departure velocity)、达峰时程(time to peak,TTP)、达峰50%时程(time to peak50%,TTP50%)、达基线50%时程(time to baseline50%,TTB50%)、达基线速率(return velocity)以及ratio改变幅度(ratio amplitude)等钙瞬变指标和肌节最大收缩及舒张速率(±dl/dtmax)、肌节长度(sarcomere length,SL)、肌节收缩幅度(peak twitch amplitude,PTA)、肌节缩短分数(SL shortening%)等心肌细胞收缩指标,蛋白质印迹(Western blotting)方法检测PI3K-Akt-PKG-1/p-PLN-SERCA2a信号通路及细胞凋亡相关蛋白.与S组相比,MI组PI3K-Akt-PKG-1/p-PLNSERCA2a信号通路被显著抑制,心肌细胞凋亡显著增加,LVEDP显著升高,LVSP和±dp/dtmax显著降低,[Ca^(2+)]i amplitude、ratio amplitude、departure velocity和return velocity均显著下降,TTB50%、TTP和TTP50%均显著增加,心肌细胞SL shortening%、PTA、±dl/dtmax均显著减少;与MI组相比,ME组PI3K-Akt-PKG-1/p-PLN-SERCA2a信号通路显著被激活,细胞凋亡显著被抑制,LVEDP显著降低,LVSP和±dp/dtmax显著升高,ratio amplitude、[Ca^(2+)]iamplitude、ratio velocity和departure velocity均显著提高,TB50%、TTP和TTP50%均显著缩短,心肌细胞SL Shortening%、PTA、±dl/dtmax均显著提高.上述结果表明,有氧运动改善MI大鼠梗死周边区心肌细胞的钙瞬变和收缩功能异常,并激活PI3K-Akt-PKG-1/p-PLN-SERCA2a信号,抑制心肌细胞凋亡,改善心梗心功能,且心梗心功能的改善与PI3K-Akt-PKG-1/p-PLN-SERCA2a信号通路激活和心肌细胞凋亡抑制关系密切.

慢性非传染性疾病的心磷脂重塑及其运动干预展望

心磷脂(cardiolipin,CL)重塑是指心磷脂的四条脂肪酸酰基链的主要组成分子丢失和紊乱,慢性疾病普遍存在CL结构重塑,因此称为CL重塑。CL重塑是造成肥胖症、糖尿病、巴氏综合征和病理性心肌肥厚等慢性非传染性疾病引起线粒体结构与功能障碍的核心靶点之一。心磷脂酰基转移酶ALCAT1调控CL重塑,ALCAT1通过对CL支链结构进行重塑性修饰,加速活性氧产生导致CL重塑。因此,抑制CL重塑是防治慢性非传染性疾病的有效策略。目前未见有运动防治慢性非传染性疾病与CL重塑的报道。积极开展运动与CL代谢、运动防治心血管疾病、糖尿病与改善CL重塑研究,以及CL重塑与老年病防治手段和方法筛选等研究,将为运动防治慢性非传染性疾病的手段和方法筛选提供新思路和新靶点。本文综述慢性非传染性疾病的CL重塑研究进展,并对其运动干预进行展望。

有氧运动通过降低孤独症小鼠心肌损伤提高心功能

目的:探讨有氧运动对丙戊酸(valproic acid, VPA)诱导的孤独症(autism spectrum disorder, ASD)小鼠心脏功能的改善作用。方法:42只4周龄C57/BL6雌性和雄性小鼠分别随机分为对照组(Control, CTL),VPA诱导孤独症组(valproic acid, VPA),VPA+有氧运动组(VPA+Exercise, VPE),每组7只。采用VPA对胚胎第(E)12.5怀孕小鼠进行单次腹腔注射制备孤独症小鼠模型,VPE组雌雄小鼠进行为期8周的有氧运动干预。运动结束后进行空旷场实验、高架十字迷宫实验和新物体识别实验的行为学检测;采用心动超声检测心功能。Elisa试剂盒检测心肌和血清总抗氧化能力(T-AOC)、超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)活性,评价心脏抗氧化能力;乳酸脱氢酶(LDH)、脑钠肽(BNP)、肌酸激酶(CK)和肌酸激酶同工酶(CKMB)活性,评价心脏损伤;采用TUNEL染色检测心肌细胞凋亡。结果:孤独症雌雄小鼠自由活动度显著降低,焦虑情绪显著增加并存在显著认知功能缺陷;8周有氧运动干预后雌雄小鼠自由活动度显著增加,焦虑情绪和认知功能缺陷显著改善(P<0.01,P<0.05),表明孤独症造模成功。与CTL组比较,VPA组雌雄小鼠FS%和EF%显著降低(P<0.01),LVEDV、LVESV、LVIDd、LVIDs和E/e′显著增大(P<0.01),心肌局部和血清T-AOC和SOD均显著下降(P<0.01,P<0.05),MDA、LDH、BNP、CK和CKMB均显著上升(P<0.01,P<0.05),TUNEL染色阳性颗粒显著增加(P<0.01);与VPA组比较,VPE组雌雄小鼠EF%和FS%均显著升高(P<0.01),LVEDV、LVESV、LVIDd、LVIDs和E/e′显著降低(P<0.01,P<0.05),心肌局部和血清T-AOC和SOD均显著上调(P<0.01,P<0.05),MDA、LDH、BNP、CK和CKMB均显著下降(P<0.01,P<0.05),TUNEL染色阳性颗粒显著下降(P<0.01)。结论:孤独症谱系障碍可严重损害雌雄小鼠自由活动量和认知功能,增加焦虑情绪,损害心肌抗氧化能力,增加心肌损伤,降低心功能。有氧运动干预可改善孤独症雌雄小鼠心肌抗氧化能力,减轻心肌损伤,抑制心肌细胞凋亡,提高心功能,改善孤独症行为。推测,缓解心肌氧化应激损伤和抑制心肌细胞凋亡可能是有氧运动改善孤独症心功能的重要靶点。