不同運動方式對大鼠異檸檬酸脫氫酶和磷酸果糖激酶-1的影響

王麗艷，張 敏，趙曉麗，郭彥青，曹 穎，于公元，康英姿

（1.天津醫科大學生物化學教研室，天津300070；2.武警醫學院生物化學教研室，天津 300162）

目前運動療法普遍用于糖尿病和高血壓的治療，而且運動鍛煉可以延緩或逆轉由于衰老引起的神經肌肉和運動功能的減退[1]。現在人們也越來越重視運動在疾病預防中的作用。所以選擇何種運動方式及強度指導人們進行鍛煉是個關鍵問題。本研究以健康雄性SD大鼠為實驗對象，設計不同方式的跑臺運動，檢測大鼠骨骼肌中糖有氧氧化關鍵酶—異檸檬酸脫氫酶（IDH）和糖酵解關鍵酶—磷酸果糖激酶-1（PFK）的活性變化，探討不同運動方式和運動時間限速酶的變化特點和規律,以期為人們運動訓練提供指導。

1 對象與方法

1.1 研究對象 健康雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠72只，體重175～225g，購自北京大學醫學部實驗動物科學部（許可證號：SCXK2002-0001)，按國家標準嚙齒類動物干燥飼料喂養。處死前進行體重稱量。

1.2 動物分組及運動模型制備 大鼠適應性飼養1周后，進行3d適應性跑臺訓練（坡度為0度，速度8.2m/min，10min/d）后，將大鼠按體重（組間體重無顯著性差異）隨機分為3組，對照組（C），無氧運動組（E1），有氧運動組（E2）。其中每組的24只大鼠再隨機分為3組，分別為運動2周組，運動4周組，運動6周組，每周運動6d。參照Bedford標準[2]建立無氧運動組和有氧運動組模型。其中無氧運動組：50m/min跑5min，休息5min，如此反復3次。有氧運動組：起始速度為15m/min，每間隔5min速度遞增3m/min，至運動速度達20m/min后維持此速度并使跑臺坡度變為5%，持續60min。以上訓練過程均使用毛刷刺激，維持大鼠在跑道前1/3位置，以保證訓練強度的恒定。正常對照組養于籠內，不進行任何運動訓練。

1.3 實驗儀器與試劑 ST-200三通道大鼠跑步機（成都泰盟科技有限公司），電動玻璃勻漿器（寧波新芝科技研究所），UV-2450紫外/可見分光光度計（島津）。所需試劑為ATP、NADH、NADP、6磷酸果糖、醛縮酶、磷酸烯醇式丙酮酸等均購自美國Sigma公司。

1.4 實驗取材的方法及操作過程 大鼠于運動結束后處死，取大腿骨骼肌1g左右的肌肉，用電子天平精確稱量，按1∶7比例加入蔗糖咪唑（300mmol/L蔗糖，10mmol/L咪唑，pH 7.4，4℃），冰上剪碎，勻漿器勻漿（冰上進行）。勻漿液在4℃條件下差速離心，3000r/min離心10min后棄沉淀留上清，上清液10000r/min離心20min兩次，沉淀即為線粒體。其中上清液超速離心24000r/min，30min后棄沉淀留取上清液，上清及線粒體-70℃冷凍備用。應用Folin酚法測定各組上清和線粒體液蛋白含量。

1.5 酶活性測定

1.5.1 異檸檬酸脫氫酶活性測定[3]反應體系包含EDTA 0.33mmol/L，二硫蘇糖醇0.1mmol/L，Tris-HCl 33mmol/L，pH 7.0，MgSO41.4mmol/L，NADP 0.1mmol/L，異檸檬酸1.5mmol/L，線粒體原液做為啟動液，30℃340nm處讀取吸光度的變化值。

1.5.26 -磷酸果糖激酶-1測定[4]反應體系包含50mmol/L Tris-HCl（pH7.5），5mmol/L MgCl2，0.5U醛縮酶，1U磷酸丙糖異構酶，1U α-磷酸甘油脫氫酶，1mmol/L 6-磷酸果糖，0.15mmol/L NADH，0.5mmol/L ATP，上清液做為啟動液，25℃讀取340nm吸光度的變化值。

2 結果

2.1 不同運動方式對異檸檬酸脫氫酶活性的影響 由表1可見，本實驗在大鼠無氧運動2周組和4周組的IDH活性與對照組相比分別增加為59%和134%（P<0.05），有氧運動4周組IDH活性與對照組相比增加49%（P<0.05）。在運動6周各組中酶活性與對照組相比無差異。酶出現的活性高峰無氧運動組和有氧運動組均在4周。在運動2周和運動4周的實驗中可見無氧組酶活性均高于有氧組酶活性（P<0.05）。

表1 各組大鼠異檸檬酸脫氫酶活性變化（U/mgpro）Tab 1 Changes of activity of IDH in groups（U/mgpro）

2.2 不同運動方式對磷酸果糖激酶-1活性的影響 由表2可見，本實驗在無氧運動組中2周組、4周組、6周組酶活性與對照組相比增加分別為31%、28%、28%（P<0.05），不同的運動時間使酶活性增加的量差異不明顯（P>0.05）。有氧運動組酶活性在2周組、4周組與對照組相比分別降低28%、21%（P<0.05）。

表2 各組大鼠磷酸果糖激酶-1活性變化（U/mgpro）Tab 2 Changes of activity of PFK in groups（U/mgpro）

3 討論

運動對機體的影響是多方面的，規律的運動能降低心血管疾病和癌癥的發生率，然而不適當的收縮肌肉產生的大量自由基又會損傷細胞[5]，所以選擇合適的運動方式是非常必要的。運動的過程中需要動員大量的能量物質進入分解代謝為肌肉組織提供能量，葡萄糖是提供能量的主要物質之一。葡萄糖的代謝主要為糖酵解和有氧氧化。在缺氧情況下，葡萄糖以糖酵解形式供能，其第一個階段是葡萄糖分解成丙酮酸。糖酵解途徑有3種關鍵酶，分別為PFK、丙酮酸激酶、已糖激酶。PFK以ATP作為磷酸基團的供體，催化6-磷酸果糖（F-6-P）的1位磷酸化，生成1,6-二磷酸果糖（F-1，6-BP）；PFK是糖酵解途徑的關鍵酶，催化的反應是不可逆的。PFK擁有四聚體結構，由于糖酵解發生于胞漿中，必然受到多種變構效應劑的影響。目前普遍認為調節酵解途徑最重要的是PFK[6]。在有氧條件下代謝物被充分氧化，最終匯聚的代謝途徑是三羧酸循環（又稱Krebs循環），是三大營養素的最終代謝的共同通路。三羧酸循環發生在線粒體中，三羧酸循環的調節點為IDH和α-酮戊二酸脫氫酶復合體[6]。其中IDH是限速酶之一，催化異檸檬酸氧化脫羧生成α-酮戊二酸。

隋波[7]研究結果顯示：經過9周的跑臺訓練，有氧訓練組大鼠血清IDH和腓腸肌IDH活性與對照組相比都有不同程度的增加，而PFK活性無變化。無氧訓練組血清和腓腸肌的PFK活性增加，而IDH活性無變化。本實驗在有氧運動4周組IDH活性與對照組相比增加49%，而無氧運動2周組和4周組IDH活性與對照組相比增加分別為59%和134%，這一結果與文獻報道并不完全一致，可能是由于運動強度、訓練時間及個體差異所造成的。本實驗結果顯示，有氧運動組和無氧運動組均能增加IDH的活性。IDH活性在運動2周組后明顯升高，4周時各組酶活性均升高到頂點，6周后各組酶活性逐步恢復正常。即無氧運動和有氧運動IDH的活性高峰均出現在運動4周組。PFK的酶活性在無氧組隨運動時間延長而增加，有氧組在2周和4周時降低，6周恢復正常。說明相同運動方式下酶活性與運動訓練時間的長短有關。由于細胞線粒體IDH活性增強,組織氧利用能力提高,有利于骨骼肌的有氧代謝,保證了肌組織收縮時的能量供應,提高肌肉的工作效率和運動持久能力。在運動2周和運動4周的實驗中可見無氧組酶活性均高于有氧組酶活性（P<0.05），這說明無氧運動組能動員更多的ATP來維持運動。在運動2周組和4周組，隨著運動時間的延長，需要產生更多的能量，所以酶活性增加。而在運動6周組酶活性降至正常，可能的原因是由于時間的積累，酶發生了適應性變化。

關于運動對PFK的影響，Gillespie等[8]的研究表明,在耐力訓練后所有肌纖維的PFK的活性無變化。李開剛[9]通過設計不同運動強度的有氧訓練，發現長期耐力訓練后PFK的活性除36m組外，其余均顯著低于對照組。Serrano等[10]對有氧耐力訓練的馬進行研究，訓練8個月后酵解酶（磷酸果糖激酶和乳酸脫氫酶）活性降低。以前也有研究報道，無氧運動訓練增加PFK的活性[11-12]。本實驗在無氧運動組中2周組、4周組、6周組PFK活性與對照組相比增加分別為31%、28%、28%（P<0.05）。無氧運動組PFK的活性增加的結果說明無氧運動增強了糖酵解的供能系統提供能量的能力，且隨著時間的延長，酶的活性持續增高。但是PFK活性的增高會持續幾周，還有待進一步研究。有氧運動組酶活性在2周組、4周組分別降低28%、21%（P<0.05），6周組無明顯變化，這與之前的報道一致。

無氧運動組IDH活性高于有氧運動組（P<0.05），PFK活性也高于有氧運動組（P<0.05）。這說明無氧運動組在提高有氧氧化關鍵酶-IDH和糖酵解酶PFK的活性方面強于有氧運動組，而關鍵酶活性的提高加速了糖代謝的速度，因此能產生大量的ATP供機體利用。所以無氧運動是能提高酵解和有氧氧化能力的一種有效方式。本實驗動態的觀察了運動不同時間的大鼠糖代謝中IDH和PFK的酶活性，結果可以為疾病的預防和日常運動訓練提供理論參考。在以后人們的運動訓練中除了有氧運動也可以考慮選擇進行無氧運動即間歇性速度訓練，來提高肌肉的運動效率。但是間歇性速度訓練的合理強度尚需進一步研究。

［1］ 周立英，王鑫，洪樂風,等.有氧運動訓練對老年人運動功能的影響[J].中國康復醫學雜志，2008，23（9）：812

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［3］ Cleland WW,Thompson VM,Barden RE.Isocitrate dehydrogenase (TPN specific)from pig heart[J].Methods Enzymol,1969,13:30

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［6］ 查錫良.生物化學[M].第7版.北京：人民衛生出版社，2008：90-100

［7］ 隋波，姜萍.跑臺訓練對大鼠糖酵解、有氧氧化供能系統限速酶影響的實驗研究[J].山東體育學院學報，2009，25(8):54

［8］ Gillespie AC,Fox EL,Merola AJ.Enzyme adaptations in rat skeletalmuscleaftertwointensities of treadmill training[J].MedSci Sports Exerc,1982,14(6):461

［9］ 李開剛，陸紹中，馮連世，等.不同強度耐力訓練后大鼠骨骼肌酶活性適應性變化的研究[J].中國運動醫學雜志，2002，21(2):166

［10］Serrano AL,Quiroz-Rothe E,Rivero JL.Early and long-term changes of equine skeletal muscle in response to endurance training and detraining[J].Pflugers Arch,2000,441(2/3):263

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