急性运动中骨骼肌线粒体活性氧生成与解偶联的反馈调节

目的:线粒体呼吸链电子漏是运动性内源活性氧(ROS)生成的重要机制之一。目前的研究表明,线粒体呼吸链“温和解偶联”机制也参与了线粒体内的抗氧化防御过程。本研究拟证实运动是否也不同程度地诱导和/或启动了线粒体呼吸链“温和解偶联”生物抗氧化机制,并探讨其可能的分子调节作用和生理意义。方法:以SD大鼠三级递增负荷跑台运动为实验模型,分别选取安静态、运动45、90、120和150min为实验观察点(timecourse),测定骨骼肌线粒体ROS生成、线粒体态4呼吸速率、骨骼肌解偶联蛋白3(UCP-3)mRNA和线粒体UCP-3蛋白表达。结果:运动过程中ROS生成呈先上升后下降的变化趋势,其中运动至45、90、120min时均较安静时显著升高(分别为P<0.05、P<0.001和P<0.001),于120min达到峰值,随后(150min时)显著下降(与120min组相比,P<0.001);态4呼吸速率亦呈先上升后下降的并行性变化趋势,其中运动90、120min较安静时显著增加(分别为P<0.01和P<0.001),并于120min达到峰值,随后(150min时)显著降低(与120min组相比,P<0.001);UCP-3mRNA在运动至90、120、150min时均较安静时显著升高(分别为P<0.001、P<0.01和P<0.01),其蛋白表达水平则相对滞后1个时间段,先后在运动至120、150min时较安静时显著增加(均为P<0.001)。结论:线粒体态4呼吸速率、ROS生成和UCP-3表达随运动时间的变化表明,ROS可能贡献于运动中骨骼肌线粒体UCP-3的激活和/或诱导表达;运动中UCP-3表达增加的意义在于抑制ROS生成,并且由ROS→UCP-3→质子漏→ROS形成一个复杂而精确的激活、诱导表达与抗氧化的反馈调节环路,使线粒体能够尽早预防运动可能引发的氧化应激和脂质过氧化,维持线粒体及细胞内的氧化还原状态。