（运动人体科学专业论文）耐力运动对icr小鼠心肌线粒体生物发生的影响.pdf

d i s s e r t a t i o no fm a s t e r , 2 011 77tllllllllllllll：j6|y|ll y 1 d 雀j 7 ， u n i v i d ：1 0 2 6 9 s t u d e n ti d ：5 1 0 8 1 0 0 0 0 3 l ea s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y e f f e c t so fe n d u r a n c ee x e r c i s eo n m i t o c h o n d r i a l b i o g e n e s i so f i c r m i c e ，h e a r tm u s c l e m l c ese au s c l e 二， d e p a r t m e n t ： m a j o r ： r e s e a r c hd i r e c t i o n ：m i t o c h o n d r i a la d a p t a t i o nt oe x e r c i s e a d v i s o r ： m a s t e rc a n d i d a t e ： h 曼q i 垒望g c o m p l e t e di nm a y , 2 0 11 郑重声明 生的影响， 华东师范大学学位论文原创性声明 指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的 个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 华东师范大学学位论文著作权使用声明 耐力训练对i c r 小鼠心肌线 学攻i 卖学位期间在导师指导下完成f l 发生的影响系本人在华东师范大 士( 消幺二j 选j 学位论文 i 论文的 研究成果归华东师范大学所有。本人i 司意华东师范大学根据相关规定保留和使用 此学位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学 位论文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查 阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进 行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理 复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文术， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( ) 2 不保密，适用上述授权。 新签名! 堑丝 一 日 一 沙热 月 ? f豇时 巫 阵 名 由 繇 弘 人 衄强硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 陈彩珍教授华东师范大学主席 卢健教授华东师范大学 徐波教授华东师范大学 论文摘要 研究发现，在规律性的运动锻炼之后，心肌的功能和形态发生了较大程度的 适应性变化，从微观角度来看，最显著的变化就是来自线粒体，线粒体的数量增 多，相关酶活性改善，从整体上增强了线粒体的功能和数目，即线粒体生物发生。 线粒体发生过程非常复杂，需要核d n a 与线粒体d n a 的协调控制。目前已有大 量研究表明，核呼吸因子( n r f ) 家族和雌激素受体( e r r ) 家族等核转录因子控 制着核呼吸基因以及线粒体呼吸基因的表达，线粒体转录因子t f a m 、t f b m s 等 调节着线粒体d n a 的转录和复制水平，以及p g c 1 家族等转录辅活化因子在这两 大类因子之间的整合调节作用。 p g c 1 家族在机体对长期运动的适应性变化过程中发挥着关键性的作用。 p g c 1 a 可以辅助激活核呼吸因子n r f s ，调节多种核编码的线粒体代谢相关基因 和t f a m 、t f b m s 等线粒体转录因子的表达。线粒体转录因子t f a m 、t f b l m 及 t f b 2 m 调节着m t d n a 的转录和复制，从而调控线粒体d n a 编码的多种线粒体能 量代谢相关因子的表达，促进线粒体的生物发生。 基于p g c 1 家族的重要生理功能及其与t f a m 、t f b m s 线粒体转录因子在线粒 体生物发生中的重要作用，本实验试图通过研究耐力运动对不同月龄小鼠心肌 线粒体中p g c 一1 酬d 、t f a m 、t f b m s 等基因表达及m t d n a 含量的影响，进而探讨 耐力运动对线粒体生物发生的影响，从而为耐力运动改善机体机能提供一定的理 论依据。 目的：比较耐力运动对二月龄和十月龄i c r 小鼠心肌线粒体中p g c l a 、 p g c 1 d 、t f a m 、t f b l 2 m 基因转录以及m t d n a 含量的影响，从基因转录水平 和线粒体d n a 含量的角度探讨耐力运动对心肌线粒体生物发生的影响。 方法：将3 2 只雄性i c r 小鼠进行适应性训练一周后，随机分成二月龄安静 组( y c ) 和二月龄运动组( y e ) 、十月龄安静组( o c ) 、十月龄运动组( o e ) 四组，每组各8 只。对不同月龄小鼠采用递增负荷运动能力测试，y e 、o e 两组 小鼠按最大负荷的6 5 7 5 进行4 周的跑台训练，每周训练6 天，每天一次， 每次训练l h 。所有小鼠末次运动2 4 h 后统一处死，取心肌组织，提取心肌总d n a ， 检测a t p a s e 6 、m t l 0 0 0 和c y t b 的拷贝量；提取取，t s , 肌总r n a ，检测p g c 1 a 、 p g c 一1d 、t f a m 、t f b l 2 m 基因转录水平；提取心肌线粒体，检测其中的r o s 水平。 结果： ( 1 ) y e 组与y c 组小鼠相比，o e 组与o c 组小鼠相比，体重均无显著差异。 ( 2 ) y e 组与y c 组小鼠相比，心肌线粒体r o s 水平上调；o e 组与o c 组小 鼠相比，心肌线粒体r o s 水平下调。 ( 3 ) y e 组与y c 组小鼠相比，o c 与y c 相比，心肌m t d n a 含量均无明显 差异：o e 组与o c 组小鼠相比，心肌m t d n a 含量显著上调。 ( 4 ) y e 组与y c 组小鼠相比，心肌中p g c 1 a 和p g c 1 1 3 的m r n a 表达无明 显差异；o e 组与o c 组小鼠相比，p g c 1 1 3m r n a 表达水平显著上调，而p g c 1 a m r n a 表达水平显著下降。 ( 5 ) y e 组与y c 组小鼠相比，心肌t f a m 、t f b l m 和t f b 2 m 的m r n a 转 录水平无明显差异；o e 组与o c 组小鼠相比，心肌t f a m 、t f b l m 和t f b 2 m 的 m r n a 转录水平上调。 结论： ( 1 ) 耐力训练可促进十月龄i c r 小鼠心肌线粒体的生物发生，小鼠心肌线粒 体的生物发生可能还受到年龄的影响。 ( 2 ) 耐力训练诱导的小鼠心肌线粒体的生物发生可能与p g c 1 a 、p g c 一1 p 、 t f a m 、t f b l m 和t f b 2 m 等基因有关。其中，p g c 1 a 可能起到维持心肌线粒体正 常稳态的功能，而p g c 1 p 更多参与了心肌对长期耐力训练的慢性适应，t f a m 、 t f b l m 和t f b 2 m 对m t d n a 的转录和复制在心肌线粒体生物发生的运动适应中 发挥重要的作用。 关键词：耐力训练；线粒体生物发生；p g c 1 1 3 ；t f a m ；t f b m s ；m t d n a 含量 a b s t r a c t s t u d i e sf o u n dt h a ta f t e rr e g u l a re x e r c i s e ，ag r e a t e rd e g r e eo fa d a p t i v ec h a n g eo f t h ef u n c t i o na n dm o r p h o g e n e s i so fc a r d i a cm u s c l eh a v eb e e no b s e r v e d f r o mt h e m i c r o s c o p i cp o i n to fv i e w ，t h em o s ts i g n i f i c a n tc h a n g ei sf r o mt h em i t o c h o n d r i a , t h e g r o w i n gn u m b e ro fm i t o e h o n d r i a , t h ei m p r o v e m e n t so fr e l a t e de n z y m e s a c t i v i t y ， e n h a n c e dt h eo v e r a l ln u m b e ra n df u n c t i o no ft h em i t o c h o n d r i a l ，a n dt h a t m i t o c h o n d r i a lb i o g e n e s i s m i t o c h o n d r i a lb i o g e n e s i so c c u r sc o m p l e x ，n e e d st h e c o o r d i n a t i o nc o n t r o lo ft h en u c l e a rd n aa n dm i t o c h o n d r i a ld n a a tp r e s e n t ，al a r g e n u m b e ro fs t u d i e sh a v es h o w nt h a t ，n r f sa n de r r s ，m e d i a t eg e n ee x p r e s s i o no f n u c l e a rr e s p i r a t o r yg e n e sa n dm i t o c h o n d r i a lr e s p i r a t i o nr e l a t e dg e n e s ，m i t o c h o n d r i a l t r a n s c r i p t i o n f a c t o rt f a m t f b m s r e g u l a t et r a n s c r i p t i o n a n d r e p l i c a t i o n o f m i t o c h o n d r i a ld n a ，a n dt r a n s c r i p t i o ne o a c t i v a t o r ss u c ha sp g c 一1f a m i l yi n t e g r a t e a n dr e g u l a t et h et w ot h a n s c r i p t i o nf a c t o r s p g c 一1f a m i l yp l a y e dak e yr o l ei nt h eb o d y sa d a p t i v ec h a n g e st ol o n g t e r m m o v e m e n t p g c lac a nc o a c t i v a t en u c l e a rr e s p i r a t o r yf a c t o rn r f s ，r e g u l a t i n gt h e g e n ee x p r e s s i o no fav a r i e t yo fn u c l e a r - e n c o d e dm i t o c h o n d r i a lm e t a b o l i s m r e l a t e d g e n e sa n dt f a m ，t f b m sg e n e s m i t o c h o n d r i a lt r a n s c r i p t i o nf a c t o rs u c ha st f a m ， t f b1ma n dt f b 2 mr e g u l a t e sav a r i e t yo fm t d n a c o d e dm i t o c h o n d r i a le n e r g y m e t a b o l i s m - r e l a t e d g e n ee x p r e s s i o n a n dm t d n ar e p l i c a t i o n ，a n d p r o m o t e m i t o c h o n d r i a lb i o g e n e s i s b a s e do np g c 一1f a m i l yp l a y i n gak e yr u l ei ni m p o r t a n tp h y s i o l o g i c a lf u n c t i o n s ， a n dm i t o c h o n d r i a lb i o g e n e s i sw i t ht f a m ，t f b m s ，t h i ss t u d ya t t e m p t st os t u d yt h e e f f e c t so fe n d u r a n c ee x e r c i s eo nm t d n ac o n t e n ta n dt h e g e n ee x p r e s s i o n o f p g c 一1 吖p ，t f a m ，t f b m si nd i f f e r e n tm o n t h so fm i c e sm y o c a r d i a lm i t o c h o n d r i a , a n dt h e nd i s c u s s e st h ee f f e c t so fe n d u r a n c ee x e r c i s eo nm i t o c h o n d r i a lb i o g e n e s i ss oa s t op r o v i d eat h e o r e t i c a lb a s i so ne n d u r a n c ee x e r c i s ei m p r o v i n gt h ef u n c t i o no ft h e b o d y o b j e c t i v e ：t oc o m p a r et h ee f f e c t so fe n d u r a n c ee x e r c i s eo nm t d n a c o n t e n ta n dt h e g e n ee x p r e s s i o n o fp g c l “p ，t f a m ，t f b m si nd i f f e r e n tm o n t h so fm i c e s m y o c a r d i a lm i t o c h o n d r i a ，a n dt h e nd i s c u s st h ei m p a c to fe n d u r a n c ee x e r c i s eo n 、 m y o c a r d i a l m i t o c h o n d r i a lb i o g e n e s i s ，i nt h ep e r s p e c t i v eo ft h el e v e lo fg e n e t r a n s c r i p t i o na n dm i t o c h o n d r i a ld n a c o n t e n t m e t h o d s ：a f t e raw e e k sa d a p t i v et r a i n i n g ，3 2m a l ei c rm i c ew e r er a n d o m l yd i v i d e d i n t oy c 、y e 、o ca n d o eg r o u p ，n = 8 m i c eo fd i f f e r e n tm o n t h s 谢t 1 1i n c r e m e n t a l e x e r c i s et e s t , y e ，o eg r o u p so fm i c et r e a d m i l lt r a i n e da tt h e6 5 t o7 5 m a x i m u m l o a df o r4 - w e e k s ，6d a y saw e e k ，o n c ead a y , r e m a i n i n gl h 2 4 ha f t e rt h el a s tt r a i n i n g ， a l lm i c ew e r ek i l l e d ，m y o c a r d i u mw a se x t r a c t e d ，e x t r a c t i o no ft o t a lm y o c a r d i a ld n a ， d e t e c tc o p yv o l u m eo fa t p a s e 6 ，m t l0 0 0a n dc y t b ；e x t r a c t i o no ft o t a lm y o c a r d i a l r n a ，d e t e c tt h em r n ae x p r e s s t i o no fp g c - la ，p g c - 19 ，t f a m ，t f b1 2 mg e n e ； e x t r a c t i o no fm y o c a r d i a lm i t o c h o n d f i a ，i nw h i c hr o sl e v e l sw a sd e t e c t e d r e s u l t s ： ( 1 ) t h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nm i c e sb o d yw e i g h tb e t w e e n t h ey ea n dy c g r o u p ，a sw e l la st h eo ea n do cg r o u p ( 2 ) c o m p a r e d 诵t ht h ey cg r o u p ，m y o c a r d i a lm i t o c h o n d d a lr o sl e v e li nt h ey e g r o u pi n c r e a s e d ；c o m p a r e dv v i 也t h eo cg r o u p ，m y o c a r d i a lm i t o c h o n d n a lr o s l e v e l i nt h eo eg r o u pd e c r e a s e d ( 3 ) t h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nm i c e sm y o c a r d i a lm t d n a c o n t e n tb e t w e e n t h ey ea n dy cg r o u p ，a sw e l la so ea n do cg r o u p ；c o m p a r e dw i t ht h eo cg r o u p ， m i c e sm y o c a r d i a lm t d n ac o n t e n to fo eg r o u pw a ss i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d ( 4 ) t h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nm i c e sm y o c a r d i a lm r n ae x p r e s s i o no f p g c laa n dp g c 一1db e t w e e nt h ey ca n dy eg r o u p ；c o m p a r e dw i t ht h eo cg r o u p ， m r n a e x p r e s s i o no fp g c - 1di nt h eo eg r o u pw a ss i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d ，w h i l e m r n a e x p r e s s i o no fp g c la i nt h eo eg r o u pw a ss i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e d ( 5 ) t h e r ew a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nm i c e sm y o c a r d i a lm r n ae x p r e s s i o no f t f a m ，t f b 1ma n dt f b 2 mb e t w e e nt h ey ca n dy eg r o u p ；c o m p a r e dw i t ht h eo c g r o u p ，m i c e sm y o c a r d i a lm r n ae x p r e s s i o no ft f a m ，t f b 1ma n dt f b 2 mi nt h eo e g r o u p i n c r e a s e d c o n c l u s i o n ： ( 1 ) e n d u r a n c et r a i n i n gc a np r o m o t et e nm o n t h so l di c r m i c em i t o c h o n d r i a l b i o g e n e s i s ，m i t o c h o n d n a lb i o g e n e s i so f m i c e sc a r d i a cm u s c l em a ya l s ob ea f f e c t e d b ya g e ( 2 ) e n d u r a n c et r a i n i n g i n d u c e dm i t o c h o n d r i ab i o g e n e s i so fl c r m i c e sc a r d i a c m u s c l em a yb er e l a t e dt op g c la ，p g c 一11 3 ，t f a m ，t f b1m 、t f b 2 mg e n e sa n ds oo n i nw h i c h ，p g c la m a yp l a y sar o l et om a i n t a i nt h en o r m a ls t e a d ys t a t eo fm y o c a r d i a l m i t o c h o n d r i a lf u n c t i o n ，a n dp g c 一11 3i sm o r ei n v o l v e di nt h ec a r d i a ca d a p t a t i o nt o c h r o n i cl o n g t e r me n d u r a n c et r a i n i n g t f a m , t f b1ma n dt f b 2 mm e d i a t e d t r a n s c r i p t i o na n dr e p l i c a t i o no fm t d n a ，w h i c hp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei na d a p t a t i o no f c a r d i a cm i t o c h o n d r i a lb i o g e n e s i st os p o r t s k e yw o r d s ：e n d u r a n c et r a i n i n g ；m i t o c h o n d r i a lb i o g e n e s i s ；p g c 一1p ；t f a m ；t f b m s ； m i t o c h o n d r i a ld n ac o n t e n t 目录 一、文献综述部分1 l 线粒体生物发生和线粒体d n a 概述l 1 1 线粒体生物发生1 1 2 线粒体d n a ( m t d n a ) 概述3 2p g c la 概述5 2 1 p g c 1 家族概述5 2 2p g c 1 a 的生理作用6 2 3 运动对p g c 1 a 的影响1 0 3 p g c - l b 概述。1 0 3 1 p g c 1 p 的生理功能一l o 3 2 p g c 1 a 和p g c 1 d 的相互作用1 3 3 3 p g c 1p 与运动1 3 4 线粒体转录因子概述。1 4 4 1 t r a m 、t f b i 2 m 的蛋白特征1 4 4 2t r a m 、t f b l 2 m 与线粒体生物发生1 6 4 3 运动对t f a m 、t f b l 2 m 的影响1 7 二、实验部分19 1 前言1 9 2 材料和方法一2 0 2 1实验对象2 0 2 2 实验方法_ 2 l 2 3 动物处死和取材2 2 2 4 主要试剂和仪器2 3 2 5 指标检测2 4 2 6 统计学分析3 0 3 实验结果- 3l 3 1 体重变化3l 3 2 小鼠心肌线粒体r o s 相对含量3 2 3 3 耐力训练对小鼠心肌m t d n a 含量的影响3 3 3 4 耐力训练对小鼠心肌p g c 1 a 、p g c 1 p 基因转录水平的影响3 5 3 5 耐力训练对小鼠心肌t f a m 、t f bi 2 m 基因转录水平的影响3 7 4 结果分析4 0 4 1 耐力训练对i c r 小鼠体重的影响4 0 4 2 耐力训练对小鼠心肌线粒体r o s 水平的影响4 0 4 3 耐力训练对小鼠心肌m t d n a 含量的影响。4 2 4 4 耐力训练对小鼠心肌p g c 1 a 、p g c 1 p 基因转录的影响4 4 4 5 耐力训练对小鼠心肌t f a m 、t f bl 2 m 基因转录的影响4 6 5 结论4 8 参考文献4 9 附录一5 8 后记6 0 文献综述部分 1 线粒体生物发生和线粒体d n a 概述 1 1 线粒体生物发生 自从1 8 5 0 年线粒体首次被发现以来，很多学者对线粒体进行了大量的研究， 提出了线粒体的内共生学说，发现了线粒体不是单一的、而是管网结构，线粒体 d n a ，线粒体的融合与分裂现象，线粒体的生物发生以及线粒体自噬等等，这 些研究大大增加了我们对线粒体的认识。而这其中，对线粒体生物发生的研究可 谓是一个研究的热潮，大量文献报道了线粒体生物发生的分子机制和各种干预因 素对其的影响。 目前学者们普遍认为，线粒体生物发生主要体现在线粒体功能的增强和功能 性线粒体数量的增加，然而，虽然有关线粒体生物发生的研究很多，但人们对线 粒体生长演化过程和机制的认识还十分模糊，在真正意义上对其下定义的文章却 很少。我国有学者对其做出了如下的定义：在一个细胞的生命周期中线粒体的增 殖、系统发生和个体发生过程【l 】；而另一学者则认为，上述表述过于笼统，线粒 体生物发生这个名词侧重于描述线粒体生长演化的过程、机制等分子环节的变化 口】 o 线粒体生物发生受核d n a 和线粒体d n a 的双重控制，由于细胞内的线粒体 一直处于融合和裂解的动态变化过程之中，所以尽管细胞的增殖需要一定的周 期，但线粒体的数目、形态和体积仍然具有高度的可塑性。在线粒体增殖的过程 中，主要在核基因的调节下，细胞内有超过1 0 0 0 个基因表达，新产生的蛋白量大 约占总蛋白量的2 0 。在新产生的蛋白中，绝大多数由核基因编码，经过转录、 翻译、线粒体跨膜转入机制等过程将蛋白质分选、锚定到特定区室，再经过进一 步的装配，形成多亚基的酶复合物，这些酶复合物位于呼吸链或者线粒体基质中。 在整个过程中，转录因子发挥了及其重要的级联调控作用，其中，转录起始复合 物是一个庞大的分子聚合体，至少有1 0 0 种蛋白质参与其中。p g c 1 ( 过氧化物酶 体增殖子激活受体1 ，辅激活因子1 ) 家族是核基因表达的核心转录激活因子，对多 种转录因子的激活起到重要的调控作用【2 】。 1 1 1 线粒体生物发生与r o s 自由基在化学本质上为含有一个未配对电子的原子团，根据原子团中是否含 氧，可以分为氧自由基和非氧自由基，在生物体内，自由基以氧自由基为主，它 占总自由基的9 5 ，又被称为活性氧( r o s ) 。 由于未配对电子的存在，自由基的化学性质非常活跃，因此，当机体内r o s 的生成超过其清除能力时，r o s 会攻击d n a 碱基、糖类以及脂质等机体代谢密 切相关的大分子物质，从而影响机体各项生理活动。过量r o s 的负面作用主要表 现在：l 、r o s 可攻击碱基的双键，尤其是胸腺嘧啶和鸟嘌呤，生成嘧啶、嘌呤 自由基，或者主链上该部位的断裂，从而引起碱基的破坏和缺失，导致d n a 损 伤：2 、多形核蛋白细胞等炎性细胞受到刺激后释放出o 卜，后者小仅损伤周围的 组织和细胞，使透明质酸解聚，而且促进细胞间隙中活性氧的产生，从而加重炎 症；3 、r o s 能将细胞膜上或者其他部位的脂质过氧化，从而影响细胞膜的正常 功能，线粒体氧化呼吸作用的发挥等；4 、r o s 还可直接或间接作用于蛋白上， 使多肽链断裂、氨基酸发生变化、蛋白质交联聚合【3 l 。 正是由于r o s 的这些负面作用，在研究之初，r o s 被认为是一种代谢废物， 对机体有害。但随着研究的深入，发现适量的r o s 在机体内扮演着重要的角色， 包括：1 、调控花生四烯酸的代谢，调控过程中产生的血栓素a 2 、前列环素等多 种化合物与血栓和炎症等的形成密切相关，同时，还会产生更多的r o s ；2 、r o s 参与了巨噬细胞等吞噬细胞吞噬异物的过程，与机体的杀菌作用密切相关；3 、 r o s 还能促进甲状腺激素的合成，甲状腺细胞在参与甲状腺激素的合成之前需要 经过h 2 0 2 氧化成活性状态；4 、r o s 参与体内多种物质的代谢，如胶原蛋白合成 等。并且，线粒体q b r o s 的产生对于衰老及疾病和损伤等发挥重要的作用【3 l 。 此外，大量研究表明，r o s 的产生也参与了运动引起线粒体生物发生的过程。 r o s 主要产生于线粒体中，在细胞信号转导中发挥着重要的作用，是机体应对氧 化应激时的重要调控因子，这可能主要是通过改变细胞氧化还原平衡状态来实现 的 4 1 。运动会显著增j j i j r o s 的水平，虽然急性剧烈运动中r o s 的大量产生会对机 体造成一定的损伤，但是长期的耐力运动会产生适量的r o s ，此时，肌肉收缩产 生的r o s 在运动诱导的线粒体发生中发挥着关键的作用，通过增力h p g c - 1 家族以 及核呼吸因子n r f - 1 、n r f - 2 等的表达，介导线粒体蛋白的表达以及功能的上调， 改善线粒体的数目和功能【5 】。 2 1 2 线粒体d n a ( m t d n a ) 概述 n a s s 于1 9 6 3 年通过鸡胚实验研究首次发现细胞核外的线粒体中也含有 d n a ，而作为高等动物体内唯一具有自己独立d n a 的细胞器，线粒体受到了核 基因( r l d n a ) 和线粒体基因( m t d n a ) 的双重控制，共同保证了线粒体乃至细 胞的功能的正常发挥。m t d n a 具有母系遗传、异质性、突变负荷，和隔离复制 等遗传特点。m t d n a 的复制过程是单独完成的，与细胞有丝分裂、减数分裂的 分裂周期并无相关。 1 9 8 1 年a n d e r s o n 和b i b b 等分别完成了对人类和大鼠mt d n a 分子序列的测 序。人类的m t d n a 呈闭合环状超螺旋结构，分子长度为1 6 5 6 9b p ，因其外环比 内环所含鸟嘌呤较多、胞嘧啶较少，从而使得外环分子量较大，故称为重链( h ) ， 内环则称为轻链( l ) 。人类m t d n a 基因组上总共有3 7 个基因，其中有2 个r r n a 基因，2 2 个t r n a 基因，余下1 3 个基因全部为编码线粒体呼吸链上亚基的基因。 编码的亚基包括细胞色素b ( 1 个) 、a t p 酶复合体组成成分( 2 个) 、细胞色素c 氧化酶亚单位( 3 个) 及呼吸链n a d h 脱氢酶亚单位( 7 个) 6 1 。 1 2 1 线粒体d n a 含量的稳定性 线粒体的基因组非常的保守，不同细胞中m t d n a 的拷贝数各不相同并且保 持相对稳定。线粒体d n a 含量的稳定性对于机体正常功能的维持具有非常重要 的意义，大量的研究显示出，m t d n a 的拷贝数发生变化，可能会导致很多种疾 病。例如，m t d n a 的拷贝数减少，会导致肾细胞癌、肝病、胆道闭锁、2 型糖 尿病、心肌症和乳腺癌等等【7 】。然而，因线粒体基因组缺乏像核基因组那样的损 伤修复机制以及核蛋白等的保护，所以更易受到攻击，导致损伤和变异。并且， 随着年龄的增加，由于越来越多的氧自由基的攻击，线粒体d n a 的损伤也在逐 渐的增加，因此我们可以将此应用于年龄推断中，通过测定线粒体d n a 损伤的 程度来推断出年龄。 1 2 2 年龄对m t d n a 含量的影响 m i k a m a s u y a m a 等人用2 周龄、4 周龄、8 周龄、5 月龄和1 5 月龄五个年龄 阶段的c 5 7 b l 6 小鼠做研究对象，取心脏、肝脏、肾脏、脾脏、脑、骨髓等多 3 种组织做研究发现，无论是2 周龄还是1 5 月龄的小鼠，同一年龄的小鼠体内不 同组织中线粒体的含量存在着显著性的差异，并且，心脏中线粒体的含量最多， 骨髓中线粒体的含量最少。而且，伴随着年龄的增加，小鼠心脏、。肾脏、脾脏、 肺和骨骼肌组织中线粒体的含量也会逐渐的增多【8 】。l e e 等人用4 9 位年龄在1 乱 8 5 岁的健康人作为研究对象也发现：相比于2 0 岁以下的人，8 0 岁以上的人肺中 m t d n a 的数量要多出很多倍，他提出了一个解释，认为这可能是机体衰老时肺 功能下降的一种补偿机制【9 1 。国内学者王学波等人以4 种年龄的健康人作为被试， 也证实了线粒体d n a 的含量随着年龄水平的增加而增多【10 1 。 目前关于m t d n a 含量增加的机制尚不完全清楚，可能的机制报道较多的主 要有以下三种：( 1 ) 代谢反馈机制，该机制认为衰老时，线粒体一方面通过增加未 受损的正常线粒体的工作量来代偿，一方面通过增加线粒体的数量来代偿；( 2 ) 快 速复制机制，较正常m t d n a 短而有缺失的m t d n a ，具有复制的优势性，造成 细胞内大量无功能的m t d n a 的堆积；( 3 ) 调节失控机制，野生型m t d n a 的控制 作用因基因突变而抑制或失活，突变型d n a 的量就超过野生型，导致与细胞能 量状态及代谢需要无关的突变型m t d n a 的堆积【l1 1 。 1 2 3 运动对m t d n a 含量的影响 赖红梅等人的研究表明，长时间有氧运动训练可以降低老年大鼠心肌 m t d n a 的含量，增加线粒体呼吸链复合酶活性，延缓衰老过程中线粒体功能的 退行性变化【l2 1 。而也有实验表明，运动能够提高m t d n a 的含量。国内学者丁树 哲等人用s d 大鼠做研究后发现，无论是运动训练3 天还是7 天，大鼠骨骼肌中 的m t d n a 含量都会显著性的增高，然而1 2 天的训练后，与对照组相比，骨骼 肌中的m t d n a 含量却并没有显著性的增加。这可能说明骨骼肌线粒体对一定的 有氧运动训练会产生基因适应，即在相同运动量的作用下，一段时间后便不再对 线粒体具有应激作用【l3 1 。最近一项研究也表明，无论是2 型糖尿病患者还是正 常对照组的被试，经过1 2 周的运动干预后，线粒体d n a 含量都明显升高【1 4 】。 对于不同研究得出的相反的结论，主要可能是由于实验对象的年龄、训练方式、 取材等方面的因素所造成的。对于青年个体而言，运动训练可能更多的会引起机 体的适应性变化，增加线粒体内呼吸链复合酶的活性和线粒体复制和含量的增 加；而对于老龄个体而言，运动训练可能更多的会引起机体通过自噬等方式清除 损伤线粒体、增加酶活性的作用，从而表现为线粒体d n a 含量的减少。总之， 4 无论实验对象如何，运动训练都会增加线粒体酶的活性，减少损伤线粒体的数量， 从整体上增加未低损伤线粒体d n a 的含量。 2p g c 1 a 概述 2 1p g c 1 家族概述 p g c 一1 全称过氧化物酶体增殖物激活受体丫共激活子1 ( p e r o x i s o m e p r o l i f e r a t o r sa c t i v a t e dr e c e p t o r 丫c o a c t i v a t o r1 ) ，该家族中的成员最先被发现具有 辅助激活核受体p p a r 7 ( p e r o x i s o m ep r o l i f e r a t o r sa c t i v a t e dr e c e p t o ry ) 的作用，因而 得此命名。但是，p g c 1 并不是转录因子，它并不含有d n a 结合域，因此不能 识别d n a 序列。但是该家族成员有一个非常罕见的特征，即在分子的n 端和 c 端分别含有一个转录激活区和一个r n a 结合的指针序列r m m 。目前已发现 该家族有3 个成员：p g c 1 a 、p g c 1 d 和p r c ( p g c 1 r e l a t e dc o a c t i v a t o r ) ，虽然 它们拥有许多相同的区域，但也有许多完全不同的区域，因此它们对机体各种代 谢过程的调控既有相似之处，也存在诸多差异，并且成员之间存在着相互作用。 p g c 1 家族成员具有组织表达的差异性。其中，p g c 1 a 主要在能量需求较 高或者富含线粒体的组织中表达，如心脏、骨骼肌、肾和肝等，在其它组织表达 较少或不表达，在以能量储存为主的白色脂肪组织中表达较低。在新生儿及哺乳 动物中，p g c 1 a 主要在棕色脂肪细胞表达，而白色脂肪细胞表达极少【l5 1 。心脏 中p g c l a 和p g c 1 p 表达量非常丰富，这是由于心脏对a t p 有极大的需求。虽 然葡萄糖是线粒体氧化的底物，但大多数的能量来源于脂肪酸d 氧化。诸多研究 已经证明，p g c 1 a 是心脏中氧化代谢的关键调节者，在新生的心脏中p g c 1 a m r n a 水平很高【1 6 1 。有关斑马鱼的研究表明，虽然在肌肉、心脏、鳃、腹腔脂 肪组织等多种组织中均有表达，但是p g