心肌梗塞后心力衰竭大鼠心臟AMPK 表達上調:長期有氧運動的作用

王 紅

(鄭州牧業工程高等專科學校，河南 鄭州 450011)

心肌梗塞(myocardial infarction，MI)是造成心力衰竭(heart failure，HF)的主要原因。運動康復療法可改善HF 患者臨床癥狀、提高生活質量、降低死亡率［1］，但其具體分子機制尚不明了。AMP 激活的蛋白激酶(AMP－activated protein kinase，AMPK)可通過調節下游的靶分子如乙酰輔酶A 羧化酶(acetyl coenzyme a carboxylase，ACC)［2］、葡 萄 糖 轉 運 體4(glucose transport－4，GLUT4)［3］等進而調控能量代謝，在心臟的生理和病理過程中發揮關鍵作用。研究表明，一次急性運動可上調正常心臟AMPK 表達［4］，但長期有氧運動對HF 心臟AMPK 表達的影響尚無報道。本研究以MI 后HF 大鼠為模型，觀察長期有氧運動對心臟結構和功能、AMPK 及其下游的靶分子ACC和GLUT4 蛋白表達的影響，探討運動防治心衰的分子機制，為HF 患者最佳運動康復處方的制定提供依據。

1 實驗資料

1.1 動物建模、分組及訓練方案

雄性Wistar 大鼠45 只，體重250 ～280g，10 周齡。隨機分為心梗組(30 只)和假手術組(Sham，15 只)，心梗組大鼠麻醉后，行氣管插管，連接動物呼吸機，監測心電圖。于胸骨左側第3 肋與第4 肋之間開胸，由左心耳下方2 ～3 mm 處用0 號絲線結扎左冠狀動脈前降支。QRS 波增高增寬，sT 段弓背上抬0.2 mV 以上持續30 min 為結扎成功。迅速放回心臟，關閉胸腔，縫合胸壁。假手術組只栓線，不結扎，其他操作同心梗組。大鼠休息4 周后，心梗阻再隨機分為心梗安靜組(MI)和心梗運動組(MI+E)，各15 只。MI+E 組進行為期10 周的跑臺有氧運動，訓練模式為5°，10 m/min(相當于45%VO2max，即有氧運動)。

1.2 血流動力學參數測定［5］

腹膜麻醉后，仰臥固定，游離右側頸總動脈，插入充滿1%肝素生理鹽水導管(PE－50)至左心室，連接壓力換能器后，輸入Medlab 生物信號采集處理系統，穩定20 min，記錄左心室收縮期壓力(left ventricular systolic pressure，LVSP)、左心室舒張末期壓力(left ventricular end－diastolic pressure，LVEDP)、左心室壓力最大上升速率(maximal developing rate of left ventricular pressure，+dp/dtmax)和左室壓力最大下降速率(maximal descending rate of left ventricular pressure，－dp/dtmax)。

1.3 心肌細胞膜的分離

按照王東等［6］的方法以差速離心法分離心肌細胞膜。將心肌細胞用PBS 沖洗后，加入1 ml 裂解液，勻漿40 次，4℃700 g 離心10 min，取上清，4℃14000 rpm 離心30 min，取沉淀加入1 ml 抽提buffer，混勻后4℃靜置15 min，再以3000 rpm 離心5 min，37℃水浴5 min，室溫13000 rpm 離心5 min，取下層液體，加入500 μL 雙蒸水，4℃靜置5 min，下層液體即為心肌細胞膜提取物，－80℃保存待測肌膜GLUT4 蛋白表達水平。

1.4 Western blot 測 定 心 肌 總AMPKα、磷 酸 化AMPKα(p－AMPKα)、總ACC、磷酸化ACC(p－ACC)、總GLUT4 和肌膜GLUT4 蛋白表達水平

分別提取心肌細胞總蛋白和心肌細胞膜總蛋白，采用BCA 法進行蛋白定量。灌制10%的分離膠和5%的濃縮膠，恒壓120 V、80 mA 預電泳10 min，上樣，進行SDS－PAGE 電泳，轉移至PVDF 膜上。5%脫脂奶粉室溫封閉1h，兔抗大鼠AMPKα、p－AMPKα、ACC、p－ACC 和GLUT4 多克隆抗體于4 ℃孵育過夜，TBST 洗滌PVDF 膜。加二抗后室溫孵育1 h，暗室中滴加發光底物混合物2 mL 于PVDF 膜上，曝光、顯影、定影。對目的蛋白進行光密度分析，以β－actin 為內參。目的蛋白相對含量=目的蛋白灰度值/β－actin蛋白灰度值。

1.5 心肌組織學觀察

心室肌組織常規固定脫水后，從結扎線下垂直于心臟長軸橫切左心室，取心尖部分石蠟包埋，自心底部向心尖部連續切取厚4 μm 的標本，Masson 染色。

1.6 統計學分析

所有數據使用SPSS15.0 統計軟件進行數據分析。數據以“平均數±標準差”表示，使用單因素方差分析進行統計學檢驗，各組兩兩比較使用Bonferroni 檢驗。顯著性水平定為P ＜0.05，非常顯著水平定為P ＜0.01。

2 結果

2.1 血流動力學參數變化

表1 大鼠血流動力學參數變化

實驗結束后，與Sham 組比較，MI 組LVEDP 升高(P＜0.01)，LVSP 和±dp/dtmax 顯著性降低(均為P ＜0.01)，表明MI 大鼠出現了心室收縮和舒張功能的下降。與MI 組比較，MI+E 組LVSP 和+dp/dtmax顯著性升高(均為P ＜0.01)，而LVEDP 則顯著性降低，提示10 周有氧運動改善了MI 后HF 大鼠的心功能。(見表1)

2.2 心肌組織學變化

Masson 染色示膠原纖維呈淺藍色，心肌纖維呈紅色。Sham 組心肌細胞著色均勻，無明顯膠原成分。MI組心肌纖維化程度明顯，只有少量心肌細胞。MI+E 組較MI 組心肌細胞增多，膠原纖維顯著減少(見圖1)。

圖1 各組心肌組織學變化

2.2 蛋白表達的變化

與Sham 組比較，MI 組總AMPKα(P ＜0.01)、p－AMPKα(P ＜0.05)、總ACC(P ＜0.01)、p－ACC(P ＜0.01)、總GLUT4(P ＜0.01)和肌膜GLUT4(P ＜0.05)蛋白水平均顯著性下降，但p－AMPKα/總AMPKα、p－ACC/總ACC、肌膜GLUT4/總GLUT4 比值則均顯著性升高(均為P ＜0.01)。與MI 組比較，MI+E 組總AMPKα(P ＜0.01)、p－AMPKα(P ＜0.01)、總ACC(P ＜0.01)、p－ACC(P ＜0.01)、總GLUT4(P ＜0.05)和肌膜GLUT4(P ＜0.01)蛋白水平以及p－AMPKα/總AMPKα(P ＜0.01)、p－ACC/總ACC(P ＜0.01)、肌膜GLUT4/總GLUT4(P ＜0.01)比值均顯著性升高(見圖2)。

圖2 心肌各蛋白水平的變化

3 討論

本研究的發現是，長期有氧運動在改善MI 后HF大鼠心臟功能的同時，促進AMPK 及其下游靶分子ACC 表達上調和GLUT4 向肌膜轉位，提示AMPK 在HF 運動康復中起關鍵作用。

AMPK 是一種異源三聚體(αβγ)蛋白激酶，其中α 為催化亞基，βγ 為調節亞基。它是細胞能量代謝變化的感受器(即感受胞漿內AMP/ATP 的變化)，在機體能量代謝過程中起著中心調控作用［7］。AMPK 可磷酸化ACC 使其失活［2］，減少丙二酸單酰輔酶A 合成，解除了對脂肪酸(fatty acid，FA)進入線粒體的限速酶——肉堿棕櫚酰轉移酶－1(CPT－1)的抑制作用［8］，增加FA 氧化［3］;通過增加GLUT4 向肌膜轉位而促進葡萄糖攝取并增強糖酵解作用［9］。

大量證據顯示，AMPK 在心臟的正常發育以及心肌代謝過程中起重要作用，同時對心肌缺血－再灌注損傷起保護作用［10，11］。活化AMPK 可抑制病理性心肌肥大［12］，AMPK 缺失后在壓力過負荷下更易造成病理性心臟肥大和HF［13］。Tian 等［14］通過結扎大鼠腹主動脈建立壓力過負荷HF 模型發現，術后17 周心肌p－AMPKα 活性顯著增加，這與本研究結果一致，即MI 組p－AMPKα/AMPKα 較Sham 組有所增加。可見，當心臟應激(特別是心肌缺血)、有氧代謝受到破壞時，AMPK 代償性升高可保證心肌能量的產生并對心肌損傷起保護作用。但AMPK 在HF 時的這種代償能力有限，雖然可使心肌ACC 和肌膜GLUT4 相對含量升高［14］，但由于各蛋白總量均顯著降低，因此無法滿足HF 時心肌的能量供應，心功能(血流動力學參數)不可避免的進一步下降。

正常心臟的主要供能物質是FA，可產生60 ～70%ATP，其余大約30%ATP 由葡萄糖代謝供給。HF時心臟能量代謝特點是FFA 氧化減少、葡萄糖酵解增加，即代謝性重塑。這是心臟保護機制，即消耗單位氧分子可產生更多的ATP［15］，但乳酸和脂質堆積造成心臟毒性又加重的HF 的進程。運動可改善心肌能量代謝，但機制未明。研究證實，運動是影響AMPK 活性的主要因素之一。運動時AMP/ATP 比值升高并上調心肌p－AMPK 表達［4］，因此一次急性運動可活化AMPK［16］，并呈現運動強度依賴性，長期運動則可提高骨骼肌、脂肪與肝臟AMPK 活性［17，18］，提示AMPK 在調節能量底物代謝以及對運動適應中起重要作用。但長期運動訓練對病理心臟AMPK 表達的影響尚無報道。在本研究中，經過10 周運動訓練，MI+E 組較MI組心功能(血流動力學參數)改善，p－AMPKα 顯著升高，同時其下游的靶蛋白ACC 活性(即p－ACC)升高，ACC 通過增強CPT－1 的活性促進FA 氧化;肌膜GLUT4 含量升高，提示運動誘導的AMPK 增加促進GLUT4 向肌膜轉位，葡萄糖攝取增加。上述結果說明，長期訓練可持續上調AMPK 表達水平，FA 氧化、葡萄糖利用均增加，同時提示，AMPK 在運動改善MI后HF 大鼠代謝性重塑中扮演重要角色。

4 結論與建議

長期有氧運動通過上調AMPK 表達改善了MI 后HF 大鼠的心功能。今后的研究應深入探討HF 運動康復中AMPK 介導的信號通路的作用，進一步揭示運動防治心衰的分子機理，以期為HF 患者制定最佳運動康復處方提供理論依據。

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