8周中等强度低负荷量运动对增龄大鼠骨骼肌蛋白质组差异表达的影响

2024年5月5日发(作者：穆惜儿)

8周中等强度低负荷量运动对增龄大鼠骨骼肌蛋白质组差异表

达的影响

李方晖;杨海平;覃飞

【摘要】目的:运用比较蛋白质组学方法研究8周中等强度低负荷量运动对增龄大

鼠腓肠肌蛋白质组表达图谱的影响,初步筛选出体育运动延缓骨骼肌衰老的差异蛋

白.方法:将12只18月龄雌性SD大鼠随机分为实验组(n=6)和平行对照组(n=6).

实验组经中等强度(60％～75％VO2 max)、低负荷量(每天每次15 min,5天/周)

跑台运动,与对照组一起提取腓肠肌全蛋白,进行蛋白质固相-pH梯度聚丙烯酰胺凝

胶电泳(2-DE)分离,随后采用PDQuest软件进行图像分析和数据采集.选择运动后

差异表达量大于2倍的备选目标蛋白点进行胶内原位酶解与质谱鉴定.结果:运动后

腓肠肌重量增加30.0％ (P＜0.05),腓肠肌指数增加37.5％ (P＜0.01)；差异表达量

大于1倍的蛋白点共19个,取大于2倍的6个蛋白点经质谱鉴定为热应激同源蛋

白70(HSC70)、26S蛋白酶体调节亚基6B分子(S6B)、肌动蛋白结合蛋白

(Cofilin)、线粒体乙醛脱氢酶2(ALDH2)、α-酮戊二酸脱氢酶复合体(a-KG-DHC)、

细胞膜修复相关蛋白(TRIM72).结论:1)8周中等强度低负荷量运动后增龄大鼠腓肠

肌蛋白质组发生显著性变化；2)成功筛选出6种目标差异蛋白,其表达量发生的适

应性变化表明,8周中等强度低负荷量运动可能通过同时调控3个途径保护

Sarcopenia:①调控衰老骨骼肌的线粒体代谢酶、肌动蛋白结合蛋白、热休克同源

蛋白70的表达来抑制肌细胞凋亡；②下调26S蛋白水解酶表达抑制蛋白质分解,

进而拮抗Sarcopenia的骨骼肌蛋白质丢失；③促进细胞膜修复蛋白表达改善

Saroopenia的肌细胞膜修复功能.

【期刊名称】《体育科学》

【年(卷),期】2013(033)008

【总页数】9页(P64-72)

【关键词】中等强度;低负荷;增龄;骨骼肌;蛋白质组;差异表达;鼠;动物实验

【作者】李方晖;杨海平;覃飞

【作者单位】肇庆学院体育与健康学院,广东肇庆526061;肇庆学院体育与健康学

院,广东肇庆526061;华南师范大学体育科学学院,广东广州510006

【正文语种】中文

【中图分类】G804.2

前言

肌肉衰减征（Sarcopenia）作为一种以骨骼肌质量和肌力衰减为主要特征的增龄

性机能退化征，长期以来为人们所忽视［2，5］。Sarcopenia引发的骨质减少、

运动平衡能力下降将增加肢体残疾、Ⅱ型糖尿病、心血管病变、关节炎、心理疾病

等发生几率［38］。流行病学调查显示，近13%的60岁以上老年人受

Sarcopenia所困扰，该比例在80岁以上老人高达50%［50］。Sarcopenia发

生机制与肌肉蛋白质合成下降和分解增加及肌细胞凋亡增加有关［4，33，43］。

体育运动是保持骨骼肌整体功能、延缓骨骼肌衰老的最有效方法［4］。文献报道，

只有较大强度的力量训练才能增加骨骼肌蛋白合成，弱化衰老骨骼肌凋亡信号，从

而阻止肌细胞大范围地进入凋亡程序而导致Sarcopenia加剧，逆转老年人骨骼肌

质量和力量下降［4，33，53］。然而，大强度的抗阻训练易增加老年人受伤几率，

且运动即刻心率增加、血压升高易引发老年人心血管疾病。由于耐力运动会减损力

量练习积累起来的骨骼肌质量，使得人们对耐力运动是否可用于Sarcopenia的防

治仍存在争议［14］。但鉴于耐力运动具有增强骨骼肌的线粒体功能、提升细胞

抗氧化水平、抑制细胞凋亡信号等作用，近年来，国内、外学者相继研究了耐力运

动对Sarcopenia的防治作用［4，41，47］。漆正堂等［4］通过对8月龄老年

小鼠进行为期4周大强度耐力运动后发现，运动组小鼠股四头肌和腓肠肌的活性

氧含量及其诱导的DNA 氧化损伤显著性降低，线粒体膜电位显著增加。但运动强

度较大会加剧DNA 氧化损伤和肌细胞凋亡［4］。Pasini等［41］研究发现，8

周中等强度耐力运动上调16月龄老年大鼠骨骼肌线粒体细胞色素氧化酶C

（cytochrome c oxidase，COX）活性的同时，老年大鼠骨骼肌蛋白质合成途径

也得到明显强化。Song 等［47］进一步研究发现，8周中等强度耐力运动后16

月龄老年大鼠比目鱼肌的凋亡明显减少，这跟骨骼肌抗氧化酶活性水平得到提升有

关。

尽管人们通过聚合酶链式反应、蛋白质免疫印迹等分子生物学技术发现了多种与体

育运动改善Sarcopenia有关的基因和蛋白，初步揭示出改善骨骼肌线粒体功能、

提升细胞抗氧化活性、促进蛋白质合成可能是长期运动训练防治Sarcopenia潜在

机制。但由于基因表达调控机制的复杂性及蛋白质功能多样性，其中任何一种方法

都不能获得对疾病发生和整体代谢过程的全面认识［4，5，41，47］。蛋白组学

技术以其高分辨率、高流通量等优点，已被广泛应用于对疾病相关蛋白标示物的筛

查及其机制研究。尤其近年来在骨骼肌生物学领域的应用较为普遍［8，24，55］。

本实验采用蛋白组学技术，通过双向凝胶电泳（2－DE）串联质谱技术，研究8

周中等强度低负荷量运动（60%～75%˙VO2max，每天每次15min，5天／周）

对16月龄増龄大鼠腓肠肌蛋白质组表达图谱的影响，从系统生物学角度深入揭示

长期训练延缓Sarcopenia的分子机制。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器设备：固相pH 梯度等电聚焦千胶条（Immobilise dry strip pH3－10、长度

18cm，购自Amersham 公司）、IPGphor等电聚焦电泳系统（购自Amershan

Pharmacia公司）、聚丙烯酰胺凝胶电泳垂直平板电泳槽（购自bio－rad 公司）、

MDLDI－TOF MS质谱仪（购自Bruker Daltonics公司）、图像扫描仪（购自中

晶科技）。

试剂：尿素、NP－40、载体两性电解质（Parmalyte 3－10）、PMSF、

CHAPS、SDS、溴酚蓝、丙烯酰胺、BIS均为Amersham Pharmacia公司；低分

子量标准蛋白混合物（兔磷酸化酶B97400、牛血清白蛋白66700、兔肌动蛋白

43000、牛碳酸配酶31000、胰蛋白酶抑制剂20300、鸡蛋清溶菌酶14400）、

AP购自Bio－rad公司；硫代硫酸钠购自Fluka公司；Bradford试剂盒、考马

斯亮蓝G－250、巯基乙醇、甘氨酸、乙腈、碳酸氢氨、铁氰化钾、乙醇、乙酸钠、

硝酸银、甲醛、碳酸钠、硫脲等均购自美国Sigma公司。

1.2 动物分组与运动方案

12只18月龄雌性Sprague－Dawley大鼠购于广州中医药大学动物中心，体质

量为378±11g，清洁级。在室温20℃～24℃、光照时间7：00—19：00 条件下

分笼饲养，每笼4只，自由进食和饮水。适应性喂养1周后，12只大鼠随机分为

对照组和运动实验组，每组6只。负荷强度参照Bejma等［18］实验中増龄大鼠

训练负荷进行。运动组进行8周中等强度低负荷量运动（速度15 m／min，跑台

坡度5°，每组15min，5 天／周），负荷强度相当于60%～70%˙VO2max

［18］。

1.3 取材与样品制备

运动训练方案结束后6h，运动组和对照组同时麻醉，对大鼠体重和腓肠肌组织进

行称重。计算腓肠肌指数＝腓肠肌重量（mg）／体重（g）。随后取腓肠肌80

mg，用液氮碾成粉末状，按1∶4 比例加入裂液，组内合并上清。用Bradford法

对样品蛋白定量。蛋白浓度按每管1mg分装。4 ℃振摇30min，组织悬液12

000r／min，4 ℃离心30min，吸取上清－70 ℃冰箱保存待用。

1.4 双向凝胶电泳（2－DE）与图像、质谱分析

参考张松江等［8］方法进行蛋白质固相－pH 梯度聚丙烯酰胺凝胶电泳（2－

DE），扫胶后进行图像分析，随后酶解并进行质谱分析。

1.5 数据库查询

依据NCBI蛋白数据库，将质谱所测肽质量指纹谱数据峰的列表通过Matrix

Science网站提供的搜索引擎Mascot进行查询。查询参数：物种来源鼠；胰蛋白

质酶水解；酶解片段不完全选择为1；肽片段相对分子质量最大允许误差控制在

±0.1Da等。

1.6 实验数据统计学分析

采用SPSS 17.0统计软件分析实验数据，FIN 采用独立样本t检验。用Image

Master 2DPlatinum V 5.0分析软件检验差异蛋白点相对含量的差别是否有统计

学意义。差异性检验显著性水平设定为P＜0.05。

2 结果

2.1 运动大鼠腓肠肌指数的改变

表1显示，8周中等强度低负荷量运动后，与对照组相比，运动组腓肠肌重量增加

了30.0%（P＜0.05），腓肠肌指数增加37.5%（P＜0.01），但体重没有显著性

差异（P＞0.05）。

表1 本研究体重、腓肠肌重量及腓肠肌指数一览表Table 1 Weight，

Gastrocnemius Weight（GW）and Gastrocnemius Weight Index（GWI）

（n＝6）注：＊表示P＜0.05，＊＊表示P＜0.01，与对照组比较。

2.2 双向凝胶电泳图谱分析结果

将电泳所得的凝胶扫描，以对照组右腓肠肌蛋白质2－DE 代表图谱作为参考胶进

行PDques软件分析。结果表明，运动组和对照组的蛋白质斑点数目分别是（1

943.5±23）和（1 821±35）个，匹配率分别为77.15%±3.87%和

76.67%±3.91%，相关系数分别为0.856 和0.909。表明本次实验获得了较好的

重复性，已达到软件分析的要求。

图1为对照组和运动组大鼠右腓肠肌总蛋白在pH3－10固相胶条上等电聚焦后再

经SDS－PAGE 分离，并通过硝酸银染色得到的代表图谱。

图1 本研究对照组（左）和运动组（右）大鼠右腓肠肌蛋白质2－DE图谱Figure

2－DE Maps of Right Gastrocnemius Proteins from the Control

Group（left）and the Exercise Group（right）

2.3 腓肠肌蛋白质组差异表达的定量分析结果

由图2可见，蛋白质分子量多集中在10～130kDa；蛋白质等电点（pI）多集中

在4.0～7.0，极酸性和极碱性的蛋白很少。经PDquest软件分析，8周中等强度

低负荷量运动后，运动组有19 个蛋白质点的表达发生1 倍以上变化（表2），并

在图2中绿色标出，其中，变化倍数在2 倍以上有6个；上调和下调的2 倍以上

的蛋白质点分别有3 个，未见新增与缺失的蛋白质点（图2，表2）。

图2 本研究运动8周后表达量差异点的位置示意图Figure Histograms of

Protein Spots Changed after 8－week Exercise

2.4 图谱分析和鉴定

表3显示了对表达量变化2 倍以上6 个蛋白斑点用质谱进行鉴定，并于NCBI数

据库检索获得的肽谱和肽段氨基酸的结果。A02 号点鉴定出为热应激同源蛋白70，

等电点为5.41，相对分子量为69.961kDa；运动后下调2.29倍；A07号点定为

26S蛋白水解酶的调节亚基6B，等电点为5.17，相对分子量44.548kDa，运动后

下调2.36倍；A15号点为肌动蛋白结合蛋白，等电点为5.81，相对分子量

16.884kDa，运动后下调2.06倍；B01号点为线粒体乙醛脱氢酶2，等电点为

5.88，相对分子量130.361 kDa，运动后上调2.67倍；B02号点为α－酮戊二酸

脱氢酶复合体，等电点为6.30，相对分子量106.451kDa，运动后上调2.51倍；

B03号点为细胞膜修复相关蛋白，等电点为6.26，相对分子量53.402kDa，运动

后上调2.54倍。

3 讨论

文献报道［4，41，47］，不同强度、不同方式的体育运动均能增加増龄大鼠不同

肌纤维类型的骨骼肌质量，包括比目鱼肌、股四头肌、腓肠肌等。本研究表1 显

示，8周中等强度低负荷量运动（60%～75%˙VO2max）后腓肠肌重量也增加

30.0%，腓肠肌指数增加37.5%。提示，该运动方案能防止Sarcopenia的肌肉质

量下降。因此，本研究在此运动模型的基础上选取腓肠肌进一步研究骨骼肌蛋白质

组图谱的变化。2－DE 联合质谱技术能灵敏的反映不同生理或病理刺激下的骨骼

肌蛋白质组变化［8，24，55］。近年来，人们应用2－DE联合质谱技术研究

了不同强度长期训练诱导骨骼肌适应性应答机制［24］、一次性离心运动导致肌

纤维微损伤及其运动性疲劳的分子机制［55］、体育运动改善Ⅱ型糖尿病患者骨

骼肌胰岛素敏感性的分子机制［1］。为深入揭示骨骼肌生物学调控机制提供新的

思路［8，24，55］。本研究应用蛋白质组学方法首次分析了中等强度低负荷量运

动对增龄大鼠腓肠肌蛋白质组差异表达，并对差异2 倍以上的6种蛋白进行质谱

鉴定，鉴定出了热应激同源蛋白70、26S 蛋白酶体调节亚基6B、肌动蛋白结合蛋

白Cofilin、线粒体乙醛脱氢酶2、α－酮戊二酸脱氢酶复合体、细胞膜修复相关蛋

白TRIM72，分别参与细胞凋亡、蛋白质水解、线粒体功能、肌细胞膜修复等功能

调控。同时，结合已有文献报道，本研究将对这6种蛋白是否由长期训练引起适

应性改变进行分析，进而有利于揭示体育运动延缓骨骼肌衰老的分子机制。

表2 本研究运动后差异表达大于1倍的蛋白质点一览表Table 2 The Protein

Spots Whose Expression Different＞1Folds after Training

表3 本研究运动后部分差异表达蛋白点质谱鉴定结果一览表Table 3

Identification of Differential Expressed Protein Spots by MS／MS after

Exercise

3.1 热休克同源蛋白70

热休克同源蛋白70（heat shock cognate 70kDa protein，HSC70）也称为组

成型热休克蛋白70（HSP70），与诱导型热休克蛋白70（HSP70）共同组成

HSP70 家族，两者氨基酸序列近85%相似。尽管在结构上相似，但氨基酸序列的

氨基末端差异使两者呈现功能特异性。HSC70 在大多数细胞都有较高的含量。非

折叠蛋白产生后，HSC70 迅速迁移核中，与非折叠核糖体前体和变性蛋白质特异

性的结合，参与维持其底物蛋白正常的空间构象。然而，对于无法进行修复的错误

折叠蛋白，HSC70 和HSP70 形成二聚体后再与其结合，从而有利于26S蛋白酶

体的识别并对错误折叠蛋白进行特异性水解［34］。因此，HSC70 对于胞内蛋白

质“质量控制”及蛋白质内稳态的维持起重要作用。

文献也报道［16，21，46］，HSC70可调控细胞程序性死亡过程。细胞实验发现

［46］，体外高浓度葡萄糖培养或培养过程中添加蛋白激酶抑制剂处理诱导的神

经元细胞凋亡过程中发现HSC70 蛋白表达显著性增加。动物实验表明，肌萎缩侧

索硬化症诱导的神经元细胞凋亡过程中HSC70 蛋白表达也明显上调［21］。

Boyd－Kimball等［16］用2－DE 联合质谱研究了神经退行性疾病患者的不同脑

区的蛋白差异表达，结果表明，神经退行性疾病相关的神经元细胞凋亡与HSC70

表达增加有关。Burté等［17］研究发现，HSC70 表达增加与线粒体功能失调所

引发的氧化应激及错误折叠蛋白积累有关。Matsui等［35］在红细胞实验中进一

步发现了HSC70可维持促凋亡因子Bim（bcl－2interacting mediator of cell

death，Bim）信使核糖核酸（message RNA，mRNA）的结构稳定性。值得指

出的是，Bim 在骨骼肌细胞凋亡过程中起重要作用［3］。

Chen等［19］研究了18个月的自愿锻炼和耐力运动对5月龄大鼠海马神经元的

蛋白质组影响，结果表明，长期耐力运动的大鼠认知功能得到改善的同时，海马神

经元的HSC70蛋白表达显著降低。尽管Chen 等［19］没有观察海马神经元细胞

凋亡，但Chen等［19］实验中安静组大鼠是23月龄。Chen G 等［20］研究发

现，18月龄SD大鼠海马神经元凋亡率明显增加，后者诱发认知功能障碍。提示，

长期体育运动可预防老龄大鼠的认知功能障碍与抑制海马神经元凋亡有关，而后者

与HSC70 蛋白表达降低相关。由于Chen等［19］实验模型中的大鼠经历了18

个月长期跑台运动，说明HSC70 蛋白表达降低是长期训练带来的适应性改变。本

研究表3 显示，8周中等强度低负荷量运动大鼠腓肠肌的HSC70蛋白表达减少。

结果说明，8周中等强度低负荷量运动引起的骨骼肌HSC70 蛋白表达减少同样是

长期训练所引起的适应性改变。由此推测，长期中等强度低负荷量运动通过诱导

HSC70 表达减少来弱化HSC70／Bim 轴活性，进而抑制Sarcopenia 肌细胞凋亡；

此外，作为适应性应激因子，HSC70 表达适应性下调可能与细胞氧化应激及错误

折叠蛋白相关的内质网应激程度减轻有关。从下文鉴定的α－酮戊二酸脱氢酶、线

粒体醛脱氢2、26S蛋白酶体调节亚基6B间接证实这一假设。

3.2 26S蛋白酶体调节亚基6B分子

26S蛋白酶体由圆桶状的20S 蛋白酶体和多种调节复合物组成。调节复合物中最

常见的有19S调节复合体。ATP 存在情况下，19S调节复合物与20S蛋白酶体组

装成有活性的26S蛋白酶体。19S调节复合体至少有20 多个亚基组成，其中包含

两个亚结构，分别是“盖子”和“基底”。26S蛋白酶体调节亚基6B 分子

（26Sprotease regulatory subunit 6B，S6B）是19S调节复合体的基底部成员

之一，具有ATP 水解酶活性。在识别并结合泛素化的底物之后，S6B水解ATP 打

开折叠结构、改变构象和去除泛素，主动转运展开的蛋白到20S蛋白酶体，使底

物蛋白质进入20S降解复合体，进行靶蛋白特异性酶解［10］。

蛋白质合成减少、分解增加导致蛋白质大量丢失是Sarcopenia重要机制［43］。

Bardag－Gorce等［15］研究发现，18～32月龄大鼠19S 调节复合体的mRNA

表达持续性增加，但介导蛋白质水解过程的泛素mRNA 没有增加。提示，26S蛋

白酶体在Sarcopenia蛋白质过度水解过程中起更重要的作用。Altun等［11］研

究证实，与4月龄青年大鼠相比，30月龄大鼠骨骼肌26S蛋白酶体表达增加3 倍。

尽管单次损伤性的离心运动可使26S蛋白酶体途径活性增加［51］，但重复性耐

力和力量训练具有抑制泛素蛋白酶体活性的作用［10，27］。说明骨骼肌26S 蛋

白酶体的活性变化与运动强度和运动方式相关。Willoughby 等［52］让脊髓损伤

患者做12周被动腿部自行车康复训练，结果显示，肌球蛋白重链mRNA 含量显

著增加，26S 蛋白酶体mRNA 水平却下降。Kee等［27］对大鼠进行连续5 天

递增负荷运动，并于24h后取材，结果表明，骨骼肌26S 蛋白酶体蛋白表达减少。

结合Willoughby等［52］和Kee等［27］不难看出，运动训练下调骨骼肌26S

蛋白酶体蛋白表达是适应性过程。本研究表3显示，8周中等强度低负荷量运动后，

大鼠腓肠肌S6B蛋白表达也呈现适应性地减少。提示，长期中等强度低负荷量运

动能抑制衰老骨骼肌26S蛋白酶体活性水平，有利于减少蛋白质过度水解。结合

Pasini等［41］研究发现的体育运动上调16月龄老年大鼠骨骼肌蛋白质合成途径

可推测，中等强度低负荷量运动从抑制蛋白质分解和促进蛋白质合成两个途径共同

拮抗Sarcopenia的骨骼肌蛋白质丢失。

3.3 肌动蛋白结合蛋白

作为一种低分子量（21kD）的肌动蛋白结合蛋白，Cofilin基本功能是结合并解聚

F肌动蛋白（F－actin），通过影响F－actin骨架重组调节细胞内多种信号转导通

路。哺乳动物的cofilin基因分别编码Cofilin1 和Cofilin2 两种亚型，在肌肉发育

以及胚胎期到出生早期都有表达。在肌原纤维形成早期促进肌动蛋白丝重组。研究

发现［13］，cofilin基因缺失将导致新生小鼠肌节Z线在第7 天起出现明显断裂。

另，cofilin表达减少导致F－actin无法解聚，引发骨骼肌肌病［41］。

文献报道［49］，cofilin蛋白从胞浆中转运进入肌细胞线粒体中将诱导细胞色素

C 释放，后者导致促凋亡因子半胱氨酸蛋白酶3（caspase－3）及其线粒体依赖

的凋亡途径活化，引发肌细胞凋亡。Donoghue等［23］比较青年和老龄大鼠腓

肠肌的蛋白差异表达，结果发现，骨骼肌衰老过程中骨骼肌的Cofilin蛋白表达显

著增加。提示，Cofilin可能介导Sarcopenia的骨骼肌凋亡过程。Vainshtein等

［49］研究发现，10周自愿转轮运动抑制Cofilin进入线粒体，从而降低c－jun

氨基末端激酶的磷酸化水平及其下游线粒体相关的凋亡诱导因子（apoptosis

inducing factor，AIF）表达、Bax／bcl－2 比值；同时上调线粒体COX 活性，

最终抑制氧化应激诱导的肌细胞凋亡。Vainshtein等［49］研究说明，抑制老龄

大鼠骨骼肌Cofilin蛋白表达、阻止Cofilin转运进入线粒体是长期运动训练诱导

骨骼肌适应性应答的过程。本研究表3 结果显示，8周中等强度低负荷量运动后老

龄大鼠腓肠肌Cofilin蛋白表达显著性减少。结合前文发现的HSC70，说明长期

中等强度低负荷量运动通过共同调节Cofilin 和HSC70适应性表达来保护

Sarcopenia肌细胞凋亡；另，从下文看出，中等强度低负荷量运动还通过上调线

粒体代谢酶的适应性表达来促进肌细胞存活，如α－酮戊二酸脱氢酶和线粒体醛脱

氢2表达。这也得到Vainshtein等［49］研究的证实。Vainshtein等［49］研

究揭示了线粒体COX 活性在10周耐力运动后明显适应性上调。

3.4 线粒体乙醛脱氢酶2

线粒体乙醛脱氢酶2（aldehyde dehydrogenase 2，ALDH2）是NAD（P）＋

依赖的醛脱氢酶超家族的成员之一，具有脱氢酶和脱酯酶催化活性。现已发现的人

体中共表达19种线粒体乙醛脱氢酶（Aldehyde dehydrogenase，ALDHs）亚

型，常见的有ALDH1－ALDH4 4种。其中的ALDH2位于线粒体，而ALDH1、

ALDH3、ALDH4 则位于胞浆［36］。Stewart等［45］通过Northern杂交技

术分析人体不同组织器官的ALDHs分布，结果显示，ALDH2 在心肌、骨骼肌、

脾脏以及肝脏表达丰度最高。ALDH2 结构为四聚体蛋白，每个亚基前体由517 个

氨基酸残基组成，成熟亚基由500个氨基酸组成。ALDH2可分解乙醛及其衍生物

4－氢壬烯醛（4－HNE），减轻醛类对细胞的氧化损伤。ALDH2活性降低可使乙

醛向乙酸盐的分解过程受阻，使体内乙醇代谢中间产物乙醛浓度增高，导致细胞内

乙醛积聚，由于醛类物质具有很强的氧化性和细胞毒性，故引起ALDH2失活的因

素均可导致醛类物质堆积，对机体组织造成不可逆的损伤。研究发现［39］，除

了将进入体内乙醇氧化为无毒性的乙酸之外，ALDH2 还具有抗氧化和抗凋亡的效

应。

ALDH2在心肌、皮肤、神经、肝脏、晶状体等组织的功能基本清楚，但在骨骼肌

中鲜见报道。机体衰老过程常伴有ALDH2活性降低或表达下降［40］。通过转

基因技术、给予ALDH2兴奋剂及长期训练等手段来增加ALDH2 活性水平能拮抗

衰老导致的心肌细胞和海马神经元凋亡，延缓衰老［9，12］。Alvarez－López

等［12］采用基因芯片技术分析了6周自由轮转运动对快速老化小鼠海马神经元

基因组差异表达的影响，结果显示，ALDH2表达上调可能介导长期训练延缓快速

老化小鼠海马的衰老过程。Alvarez－López等［12］进一步说明，6周自由轮转

运动刺激海马神经元ALDH2基因表达是适应性过程。本研究表3 证实，8周中等

强度低负荷量运动刺激老年大鼠骨骼肌ALDH2蛋白同样也可能是骨骼肌适应性应

答过程。然而，ALDH2 是否具有抗骨骼肌凋亡的作用有待深入研究揭示。

3.5 α－酮戊二酸脱氢酶复合体

α－酮戊二酸脱氢酶复合体（α－ketoglutarate dehydrogenase complex，α－

KGDH）主要由3个酶（α－酮戊二酸脱氢酶、琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢

酶）和5 个辅助因子（焦磷酸硫胺素、硫辛酸、辅酶A、辅酶Ⅰ、黄素腺嘌呤二

核苷酸）共同组成。α－KGDH 是三羧酸循环的限速酶，主要通过催化α－酮戊二

酸氧化脱羧后生成琥珀酰辅酶A。衰老相关的氧化应激能导致机体的α－KGDH

活性和基因表达下调，进而引发神经、骨骼肌及心肌线粒体功能失调和细胞凋亡。

Hansford等［25］研究发现，与青年大鼠（6月龄）相比，老龄大鼠（24月龄）

的比目鱼α－KGDH 活性显著降低。人体实验进一步表明，老年人（61～74岁）

有氧耐力下降与骨骼肌α－KGDH活性降低有关［28］。Kim 等［29］应用蛋白

质组学手段研究缺血／再灌注大鼠心肌损伤的差异蛋白表达，结果表明，α－

KGDH 蛋白表达降低与缺血诱导心肌细胞凋亡有关。Yan等［54］分析了年轻与

老龄猴子的左心室肌蛋白差异表达，结果同样发现，衰老引发的心肌病变与左心室

肌α－KGDH 蛋白表达减少有关。然而，补充肉碱可上调老龄大鼠骨骼肌α－

KGDH 活性，后者有利于增强线粒体电子传递链耦合，进而改善老龄大鼠骨骼肌

能量状态［31］。

表3显示，8周中等强度低负荷量运动老龄大鼠腓肠肌α－KGDH蛋白表达增加

2.5倍。Tikkanen等［48］的人体实验证实，以家庭为基础的12月运动训练能

增加中老年男性的骨骼肌α－KGDH 活性。动物实验发现［30］，长期低强度运

动可增加Duchenne型肌营养不良模型小鼠（mdx小鼠）骨骼肌α－KGDH 活性，

后者可降低mdx小鼠骨骼肌的氧化应激损伤。说明，α－KGDH 表达改变是长期

训练导致骨骼肌适应性应答的结果。结合3.4 推测，α－KGDH 与ALDH2表达的

适应性改变可能在长期训练改善増龄大鼠骨骼肌线粒体功能、抑制肌细胞凋亡的过

程中起协同作用。但有待进一步研究证实。

3.6 细胞膜修复相关蛋白

细胞膜修复相关蛋白（tripartite motif－containing protein 72，TRIM72）是

TRIM 家族蛋白之一，也称为MG53（mitsugumin 53）。Trim 72 主要表达在

骨骼肌和心肌中，介导肌肉细胞膜损伤的正常修复及骨骼肌胰岛素抵抗、心肌缺血

／再灌注损伤等病理过程［7］。作为骨骼肌胰岛素信号的负性调控因子，

TRIM72 通过与E3 泛素连接酶结合来调节胰岛素受体和IRS1泛素依赖的降解过

程［44］。细胞膜损伤修复过程中，TRIM72 直接转位到膜损伤的部位，与磷脂

酰丝氨酸和另一种参与细胞膜自身修复有关的跨膜蛋白Dysferlin特异性结合，从

而加速膜修复过程［37］。Jung等［26］研究发现，TRIM72启动子区的E－

box元件上具有促进成肌调节因子（MyoD）和肌增强因子2（MEF2）基因转录

的保守位点。提示，TRIM72 可通过增加MyoD 和MEF2基因转录来促进成肌细

胞分化，加速肌肉损伤后的再生过程。然而，TRIM72 基因缺陷会导致小鼠的运动

能力降低、膜修复功能缺陷，并引发骨骼肌萎缩［32］。Cao等［22］对心肌研

究发现，缺血／再灌注会导致心肌TRIM72 表达下调；缺血预适应或TRIM72过

表达能抑制氧化应激诱导心肌细胞凋亡，但缺血预适应对敲除TRIM72 基因的心

肌细胞保护作用则完全消失。推测，TRIM72 在促进骨骼肌膜损伤位点修复的同时，

也可能抑制肌细胞凋亡。

尹苗苗等［6］研究发现，6周大强度耐力运动可使14周龄小鼠股四头肌的

TRIM72 表达增加2.1 倍。尹苗苗等［6］进一步表明，骨骼肌TRIM72 表达增加

是长期训练引起的适应性过程。本研究表3 同样显示，8周中等强度低负荷量运动

后，大鼠腓肠肌TRIM72 表达增加2.5 倍。说明体育运动可通过诱导TRIM72 适

应性表达来加速骨骼肌损伤的修复过程［6］，进而维持肌细胞膜的完整性。然而，

TRIM72是否介导体育运动保护Sarcopenia骨骼肌凋亡有待进一步研究。图3 总

结了体育运动可能通过调控以下3个途径保护Sarcopenia。

图3 8周中等强度低负荷量运动保护sarcopenia的可能机制示意图Figure 3.A

Hypothesis for Explaining how 8 Weeks Low－loads of Medium Intensity

Exercise Protecting Sarcopenia注：⊕表示促进作用；⊖表示抑制作用Note：

⊕represent accelerating；⊖represent inhibiting

4 结论

1.8 周中等强度低负荷量运动后增龄大鼠腓肠肌蛋白质组发生了显著性地变化。

2.成功筛选鉴定出6种目标差异蛋白，其表达量发生适应性变化提示，8周中等强

度低负荷量运动可能通过同时调控以下3个途径保护Sarcopenia：1）通过调控

衰老骨骼肌线粒体代谢相关酶、肌动蛋白结合蛋白、热休克同源蛋白70以及细胞

膜修复相关蛋白表达来抑制骨骼肌细胞凋亡过程；2）通过下调26S 蛋白水解酶表

达抑制蛋白质分解，进而拮抗Sarcopenia骨骼肌蛋白质丢失；3）促进细胞膜修

复相关蛋白表达改善Sarcopenia的肌细胞膜修复功能。

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