（运动人体科学专业论文）运动训练对肌腱细胞外间质及igfimrna和蛋白表达的影响.pdf

运动训练对肌腱细胞外间质及i g f i m r n a 和蛋白表达的影响 中文摘要 中文摘要中又捅要 研究目的：本实验以雄性s d 大鼠为研究对象，通过动态观察运动训练过程中 肌腱羟脯氨酸含量以及i g f i 基因和蛋白表达情况，结合肌腱超微结构的观察，从 肌腱的组织结构、生物化学以及生长因子等方面对肌腱进行综合性的研究，以明 确肌腱组织中内源性i g f - i 在运动中的变化规律。 研究方法：一次性跑台运动组：雄性s d 大鼠3 0 ；只，随机分为大鼠对照 组( 1 1 - 1 5 ) 、一次性跑台运动组( n 子1 5 ) 。长期跑台运动组：雄性s d 大鼠3 0 只， 随机分为对照组( n = 1 5 ) 和长期跑台运动组( n = 1 5 ) ，长期跑台运动组大鼠在跑台 上共训练1 2 周。测试指标与方法：胶原纤维结构及肌腱细胞功能状态通过光镜和 电镜进行形态学观察；羟脯氨酸含量的测定采用试剂盒测试法；i g f i m r n a 和蛋 白含量的测定分别采用r t - p c r 和e l i s a 测试法。 研究结果： ( 1 ) 一次性跑台运动对肌腱的影响：形态学观察发现肌腱局部胶原纤维之 间间隔增多，局部排列错乱，可见腱细胞代谢活跃。跟腱重量、羟脯氨酸含量与运 动前相比无显著性变化。大鼠血清和肌腱内的i g f im r n a 和蛋白含量与运动前 相比无显著性变化。 ( 2 ) 长期跑台运动对肌腱的影响：形态学观察发现肌腱具有相对整齐致密 的胶原纤维，腱细胞数量较多，腱细胞功能活跃。跟腱重量、羟脯氨酸含量虽 有增加趋势但无显著变化。血清和肌腱内i g f i 的含量显著性升高( p o 0 1 ) ， i g f im r n a 水平显著性增加( p o 0 1 ) 。 研究结论：形态学观察发现一次性跑台运动后即刻可见跟腱局部胶原纤维之 间间隔增多，局部排列错乱；而长期跑台运动组大鼠可见相对整齐致密的胶原纤维， 腱细胞数量较多。本研究表明肌腱的超微结构在一次性跑台运动后仅发生一过性 的改变，而长期跑台运动后产生了适应性变化。一次性跑台运动后，肌腱重量和 羟脯氨酸含量与对照组相比无增加趋势，而长期运动组大鼠的肌腱重量和羟脯氨 酸含量与对照组相比虽有增加趋势但无显著性变化。一次性跑台运动后，大鼠 血清以及跟腱中i g f im r n a 和蛋白含量无显著性变化，而长期跑台运动后，大鼠 血清以及跟腱中i g f i 的含量和i g f im r n a 的水平均发生显著性变化，这表明长 运动训练对肌腱细胞外问质及i g f - i m r n a 和蛋白表达的影响中文摘要 期跑台运动可通过提高系统和局部肌腱内i g f i 的表达来协同调节肌腱细胞外基 质的代谢。 关键词：肌腱；跑台运动；i g f i ；羟脯氨酸 i i 作者：安小团 指导教师：张林 e f f e c to ft r e a d m i l le x e r c i s eo nt h ee c mo ft h et e n d o n a n dexrande x p r e s s i o no t 6i g f i 上u r 一上m r n aa n dp r o t e i ni nt e n d o n a b s t r a c t o b j e c t i v e ：t h ee x p e r i m e n tm a i n l ys t u d yt h em a l es p r a g u e d a w l e yr a t s t os t u d y t h ei n f l u e n c eo ft r e a d m i l le x e r c i s eo nt h eu t r a s t r u c t u r c ，t h ec o n t e n to ft h eh y d r o x y p r o l i n e a n dt h ed y n a m i cv a r i a t i o no fi g f ie x p r e s s i o ni nt e n d o n ，w eh a v eac o m p r e h e n s i v e s t u d yo nt h eo r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r e ，b i o c h e m i s t r y , a sw e l la sg r o w t hf a c t o r t h r o u g ht h e a b o v es t u d y ，w ec a l li n v e s t i g a t et h ee x t r a c e l l u l a rm a t r i xo ft e n d o na n dt h ed y n a m i c v a r i a t i o no fi g f - ie x p r e s s i o nt oe x e r c i s et h r o u g ht h er e s p o n s et oab o u to ft r e a d m i l l e x e r c i s ea n dl o n g - t e r mt r e a d m i l le x e r c i s ef o r12w e e k s m e t h o d s ：ab o u to ft r e a d m i l le x e r c i s eg r o u p ：3 0m a l es p r a g u e - d a w l e yr a t s w e r ed i v i d e di n t o2g r o u p sr a n d o m l y ，i n c l u d i n g15r a t ss e l e c t e da sc o n t r o lg r o u pa n d15 r a t sa sab o u to fe x e r c i s eg r o u p ( 窑) l o n g - t e r mt r e a d m i l le x e r c i s eg r o u p ：3 0m a l er a t sw e r e u s e di nt h i sm o d e l ，i n c l u d i n g15r a t ss e l e c t e da sc o n t r o lg r o u pa n d15r a t sa sl o n g - t e r m e x e r c i s eg r o u p ，a n dt h ee x p e r i m e n t a lg r o u p sw e r es u b j e c t e dt or u n n i n ge x e r c i s ef o r1 2 w e e k s p a r a m e t e r sa n dm e t h o d so fm e a s u r e ：t h es t r u c t u r eo ff i b e r , f i b r i la n da c t i v i t yo f t e n o c y t e s w e r eo b s e r v e d 、i mo p t i c s m i c r o s c o p ea n de l e c t r o n i cm i c r o s c o p e t h e c o n c e n t r a t i o no ft h eh y d r o x y p r o l i n ew e r em e a s u r e db yk i t s t e s tm e t h o d s t h e c o n c e n t r a t i o n so fi g f io fa c h i l l e st e n d o na n di g f ii ns e r u mw e r em e a s u r e db ye l i s a m e t h o d s t h ee x p r e s s i o no fp r o c o l l a g e ni g f - ii nm r n al e v e lw e r ea n a l y z e db y r e a l t i m eq u a n t i t a t i v ep c rt e c h n i q u e r e s u l t s ： ( 1 ) t h ee f f e c to fab o u to ft r e a d m i l le x e r c i s eo nt h ea c h l l e st e n d o n o ft h e r a t s ： m o r p h o l o g yo b s e r v a t i o ns h o w e dt h ei n t e r v a li n c r e a s ea n dd i s a r r a n g e m e n to f c o l l a g e nf i b e ro ft h ea c h i l l e st e n d o na f t e ra b o u to ft r e a d m i l le x e r c i s e a tt h es a m et i m e ， t h et e n o c y t e sb e c o m ea c t i v e 蛐m a s so ft h et e n d o na n dt h ec o n t e n to ft h e h y d r o x y p r o l i n ed i dn o ts i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e dc o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lg r o u p ( 曼m l e c o n c e n t r a t i o n so fi g f im r n aa n dp r o t e i ni na c h i l l e st e n d o na n ds e r u mw e r en o t i i i e f f e c to f t r e a d m i l le x e r c i s eo nt h ee c mo f t h et e n d o na n de x p m 蟠i o no f i g f im r n aa n dp r o t e i ni nt e n d o na b s t r a c t s i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e dc o m p a r e dw i t l lt h ec o n t r o lg r o u p ( 2 ) t h ee f f e c t so fl o n g - t e r mt r e a d m i l lo nt h ea c h l l e st e n d o n o ft h er a t s ： ( d r p h o l o g yo b s e r v a t i o ns h o w e dt h ea r r a n g e m e n ta n dr u g u l a ro ft h ec o l l a g e nf i b e ro f t h er a t s t h et e n o c y t e sm e t a b o l i s mb e c a m ea c t i v e ( 室) a l t h o u g ht h em a s so f t h et e n d o na n d t h ec o n t e n to ft h eh y d r o x y p r o l i n ei n c r e a s e d ，b u tt h e r ew e r en o ts i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lg r o u p 1 1 1 ec o n c e n t r a t i o n so fi g f im r n a a n dp r o t e i ni n a c h i l l e st e n d o na n ds e r u mw e r es i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e dc o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lg r o u p ( p 0 0 1 ) c o n c l u s i o n ：( d a f t e rt h eb o u to ft r e a d m i l le x e r c i s e ，m o r p h o l o g yo b s e r v a t i o ns h o w t h ei n t e r v a li n c r e a s ea n d d i s a r r a n g e m e n t o f c o l l a g e n f i b e ro ft h ea c h i l l e s t e n d o n ，h o w e v e r , r p h o l o g yo b s e r v a t i o ns h o wt h ea r r a n g e m e n ta n dr u g u l a ro ft h e c o l l a g e nf i b e ro ft h er a t s t h et e n o c y t e sm e t a b o l i s mb e c o m ea c t i v e a st h el o n g t e r m t r e a d m i l le x e r c i s e t h er e s e a r c hs h o wt h a t t h eu l t r a s t r u c t u r a lc h a n g e so ft h et e n d o ni s t e m p o r a r ya f t e rt h eb o u to ft r e a d m i l le x e r c i s e ，h o w e v e r , t h e r ei sal o n g t e r ma d a p t i v e c h a n g e si nt h eu l t r a s t r u c t u r eo f t e n d o nb yt h el o n g - t e r mt r e a d m i l le x e r c i s e ( 垂y r h em a s s o ft h et e n d o na n dt h ec o n t e n to ft h eh y d r o x y p r o l i n ed on o ts i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e c o m p a r e d 、i t l lt h ec o n t r o lg r o u p a l t h o u g ht h em a s so f t h et e n d o na n dt h ec o n t e n to ft h e h y d r o x y p r o l i n ei n c r e a s e ，b u tt h e r ea r en o ts i g n i f i c a n t l yi n c r e a s ec o m p a r e d 、) i ，i t ht h e c o n t r o lg r o u p 嘶ec o n c e n t r a t i o n so fl g f im r n aa n dp r o t e i ni na c h i l l e st e n d o na n d s e r u ma r en o t s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d c o m p a r e d w i t ht h ec o n t r o l g r o u p t h e c o n c e n t r a t i o n so fi g f - im r n aa n dp r o t e i ni na c h i l l e st e n d o na n ds e r u ma r e s i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e dc o m p a r e d 埘m t h ec o n t r o lg r o u p ( p o 01 ) t h es t u d ys h o w st h a t i g f - ii nt h es e r u ma n dl o c a lo ft h et e n d o nc a nc o o p e r a t e so nm e d i a t i n gt h em e t a b o l i s m o ft e n d o n k e yw o r d s ：t e n d o n ；t r e a d m i l le x e r c i s e ；i g f - i ；h y d r o x y p r o l i n e i v w r i t t e n b y a nx i a ot u a n s u p e r v i s e db yz h a n gl i n 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏 州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本 声明的法律责任。 研究生签名：宴：! 訇日期：2 竺芏玺垒壁! ! 旦 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论 文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：宴生：固 日 期：怂! 垒塑! 五盟 导师签名：弛日期： 运动训练对肌腱细胞外问质及i g f i m r n a 和蛋白表达的影响l 引言 1 引言 1 1 选题依据 肌腱与骨骼、肌肉等组织共同组成了完整的运动系统，在神经的支配下，可 以准确、有效的完成各种随意运动。跟腱作为人体内最为粗大的肌腱，其主要功 能是维持踝关节的平衡以及跑跳、行走。在运动系统中，肌腱负责将力传递给骨， 从而引起肢体的运动。近些年来，随着经济的快速发展，全民健身运动的普及， 越来越多的人开始关心自身体质，注重体育锻炼，而有效的运动需要肌肉和骨骼 在功能上的良好协调，并由肌腱与其他连接组织一起在两者之间构成完整的力量 传递系统，所以肌腱在传递肌肉发出的伸缩运动以及带动骨骼运动这一过程中起 到了不可或缺的作用。 肌腱主要有腱细胞和细胞外间质组成，肌腱其本身为致密结缔组织，其细胞 间质主要为致密而平行排列的胶原纤维束，纤维之间借少量无定形基质( 蛋白多 糖与糖胺聚糖组成) 相连接。肌腱中的胶原主要为i 型和i i 型胶原，其中i 型胶原 占到细胞干重的7 0 以上。肌腱外的少量无定形基质主要为蛋白多糖和糖胺聚糖， 肌腱中蛋白多糖的含量受年龄、部位及机械负荷等因素影响。蛋白多糖是一种杂 化糖，属于糖基化蛋白家族，包括一些硫酸化多糖，主要是由基质中的蛋白质与 多糖以共价和非共价键相连而形成，其分子组成以多糖链为主，蛋白质部分所占 比例较小。 生长因子是由非特定组织或非特定细胞分泌的多功能蛋白质，通过与特异性 受体的结合而发挥作用。已有的研究表明：运动导致肌腱的塑性改建过程实质上 也是肌腱损伤的修复过程，在此过程中可有多种生长因子的参与，由于其具有广 泛的生长发育以及促进物质代谢的作用，这些生长因子越来越受到人们的重视。 目前研究比较多的是胰岛素样生长因子- i ( i n s u l i n - l i k eg r o w t hf a c t o r i ，i g f i ) 、碱 性成纤维细胞生长因子( b f g f ) 、表皮生长因子( e g f ) 等。胰岛素样生长因子i ( i g f i ) 是由7 0 个氨基酸组成的具有内分泌、白分泌及旁分泌特性的单链多肽， 其相对分子质量为7 6 4 9 k d ，等电点p i 约8 2 ，主要由肝脏产生，其次为骨骼，对 机体生长发育起着重要的调节作用。以往研究发现：i g f i 可促进腱细胞的增殖分 化，刺激胶原及基质的合成，但对于生长因子和肌腱之间相互关系的研究多集中 运动训练对肌腱细胞外问质及i g f i m r n a 和蛋白表达的影响 l 引言 于生长因子对体外培养的腱细胞作用等方面，并且缺乏涉及肌腱组织结构、生物 化学以及生长因子等方面的综合性研究。 以往对肌腱的研究相对较少，主要是因为过去认为肌腱是一种惰性组织，代 谢并不活跃，然而最近的研究已表明肌腱内也存在着活跃的代谢过程，如同肌肉 和骨一样，运动后肌腱可在组织形态学、力学性能和代谢过程中产生适应性变化。 与以往对肌腱的研究相比，本研究对肌腱组织结构、生物化学以及生长因子等方 面进行了综合性研究，我们选择与腱细胞关系较为密切的i g f i 作为研究对象，对 雄性s d 大鼠进行不同方式的运动训练，实验主要针对大鼠活体内肌腱，通过对大 鼠进行运动训练从而观察其肌腱的超微结构，并分别测定了肌腱中羟脯氨酸含量 以及i g f i m r n a 和蛋白含量，以明确肌腱组织中内源性i g f i 在运动中的变化规 律，同时进一步探讨运动与肌腱细胞外间质以及i g f i 之间的相互关系。 1 2 文献综述 1 2 1 肌腱结构和组成 1 2 1 1 肌腱基本结构 1 2 1 1 1 肌腱本身结构 肌腱主要有腱细胞和细胞外间质组成，肌腱其本身为致密结缔组织，细胞外 间质主要为致密而平行排列的胶原纤维束，纤维之间借少量无定形基质相连接。 腱细胞主要是成纤维细胞，细胞核长而着色深，沿胶原纤维长轴平行排列，腱细 胞位于胶原纤维束间，伸出大量细长突起行于纤维束间，这些突起可能比胞体长 数倍，且相互连接，构成一个遍布肌腱内部的三维结构肌腱细胞，由此互相传递 信息，从而对肌腱所承受的负荷刺激做出反应。细胞外问质主要为致密而平行排 列的胶原纤维束，纤维之间借少量无定形基质相连接。胶原纤维的基本结构为原 胶原分子，由腱细胞合成，它由三股多肽链组成，相互之间借助氢键作用形成右 旋超螺旋。5 个原胶原分子形成一条微纤维，进而形成纤维束。每一个胶原纤维束 被一层网状的疏松结缔组织包裹，称为腱内膜，使胶原纤维束间有少许相互滑动， 并有血管及淋巴管走行其中。肌腱外还包绕有完整的腱外膜，与腱内膜相连续。 肌腱的外面包裹着一层疏松结缔组织，这层疏松结缔组织伸入腱内，同时引入血 管和神经组织。 1 2 1 1 2 肌腱解剖学特点 肌腱作为一种结缔组织，沿肌腱纵轴共有三处结构较特殊的组织，即腱一骨结 2 运动训练对肌腱细胞外问质及i g f i m r n a 和蛋白表达的影响1 引言 合部、腱肌结合部以及肌腱行经滑车等结构走行方向改变的部位。腱骨结合部、 腱肌结合部的结构相对复杂，而肌腱走行方向改变部位除承受拉张负荷外，还承 受较大的压缩及剪切负荷，在此部位可有较多的纤维软骨组织，且是退行性变的 多发部位。在近纤维软骨区域，胶原纤维束呈波浪弯曲状垂直排列，胶原纤维由 此区进入骨，胶原纤维束的粗细不等，其总的排列方向大体一致，但纤维束之间 的方向并不一致，这种结构特征可使肌肉收缩所产生的力量通过不同方向的胶原 纤维束均匀地作用于肌腱在骨上的附着处，从而可以保证在肌肉的运动过程中肌 力的发挥不因关节角度发生变化。在电镜扫描下，肌腹处可见明、暗相间结构的 胶原纤维，肌腱的胶原纤维束呈弯曲状，束间有间隙，在腱肌结合部，可见两者 界线明显，其连接处形成一坡度，连接有两种类型：一种是肌纤维末端形成锥形 终末，腱纤维缠绕在肌纤维表面，外加网状纤维加固；另一种是肌纤维形成凹槽， 腱纤维插入其间，再通过网状纤维加固。 1 2 1 2 肌腱的营养血供及神经支配 关于肌腱的血供问题，不少学者已经做过研究，r a u 等【l 】通过研究证明跟腱内 的血管随年龄的增长而逐渐减少，至成年( 2 5 2 6 ) 时，血管减少已经很明显。1 9 6 1 年，k e r t t u l a 等【2 】指出跟腱的营养血管主要来自胫后动脉和腓骨动脉，其血管走行 方向和肌腱胶原纤维的方向一致，血管分布与年龄有关，新生儿血管丰富，成年 时跟腱的两端血管丰富。近年来激光多普勒血流测定仪已用于测量跟腱中血管分 布【3 1 ，通过测量发现，女性比男性的肌腱血供高，且随着年龄的增长血供减少【4 ，5 1 。 肌腱中血管组织相对较少，主要从腱肌结合部，骨膜以及腱周组织进入腱内。 肌腱的血液供应主要来自腱周组织或腱鞘，血管由此进入肌腱并在纤维束问走行， 肌腱中血管分布极不规则，尤其是在肌腱中央部以及盘屈部。肌腱的营养供应主 要为血液营养和滑液营养，血液营养主要是血管组织相对较多的肌腱组织，而滑 液营养主要是滑液鞘内肌腱，其代谢通过滑液渗透进行。由于肌腱本身属于不动 性结构，因此其中并不含有传出神经末端，肌腱中神经组织的分布仅限于感受肌 腱受力情况的本体感受神经末端。 1 2 1 3 肌腱组成 肌腱属于致密结缔组织，主要有腱细胞和细胞外间质组成，其组成特点是细 胞少而间质多，腱细胞主要是形态发生改变的成纤维细胞，而细胞外间质主要为 致密而平行排列的胶原纤维束，纤维之间借少量无定形基质相连接。 运动训练对肌腱细胞外闻质及i g f i m r n a 和蛋白表达的影响 l 引言 1 2 1 3 1 腱细胞 腱细胞实质是一种功能不活跃的成纤维细胞。在腱的纵切面上观察，腱细胞 呈长方形或梯形，核为圆形，细胞内有数个翼状突起包绕胶原纤维束；在腱的横 切面上观察，腱细胞呈三角形或多角的星状，翼状突起伸入紧密排列的纤维束之 间。腱细胞轮廓不明显、核小，着色深，核仁不明显，细胞质少。在肌腱所处的 生理环境发生改变时，腱细胞可向成纤维细胞转化。成纤维细胞乃是机能活动旺 盛的细胞，胞体较大，轮廓清楚，核仁大而明显，胞质弱碱性。细胞内有明显的 蛋白质合成活动和分泌活动。b e n j a m i n 6 】等发现肌腱中腱细胞的翼状突起之间以桥 粒的形式形成细胞连接，包绕胶原纤维束形成三维网状结构，可将肌腱组织所承 受的力学负荷转化为电信号，并将力学刺激在腱细胞之间传递，这可能是肌腱中 负荷感受系统的组织学基础。 1 2 1 3 2 细胞外间质 细胞外间质( e x t r a c e l l u l a rm a t r i x ，e c m ) 主要包括不同类型的胶原蛋白 ( c o l l a g e n ) 、各种蛋白多糖( p r o t e og l y c a n ，p g ) 或糖胺多糖( g l y c o s a m i n og l y c a n ， g a g ) 、弹性蛋白( e l a s t i n ) 等。胶原蛋白或弹性蛋白是以胶原纤维或弹性纤维形 式发挥作用，而蛋白多糖则形成无定形基质填充或包围于纤维之间。肌腱外的细 胞外间质主要为致密而平行排列的胶原纤维束，纤维之间借少量无定形基质( 蛋 白多糖与糖胺聚糖组成) 相连接。 1 2 1 3 2 1 胶原 胶原是胶原蛋白质分子及由其构成的全部结构的总称，是人体中含量最多的 一种蛋白质，约占人体蛋白总量的四分之一。在休内，胶原主要以纤维的形式存 在，遍及全身，是骨、软骨、肌腱等结缔组织的结构基础。胶原在细胞外基质中 形成半晶体的纤维，给细胞提供抗张力和弹性，并在生物的发育、生长及细胞分 化等多方面发挥重要的生物学作用。 到目前为止，至少有1 2 种不同类型的胶原，分为纤维状以及非纤维状胶原， 肌腱组织中的胶原主要为i 型胶原，在腱束间的结缔组织中含有细小的以网状结构 存在的i i i 型胶原。胶原组成粗大的纤维束，平行排列，其方向与肌腱所承受的牵 引力相一致，纤维束之间夹有腱细胞，细胞核长而着色深，沿胶原纤维的长轴平 行分布，细胞质膜形成翼状突起，伸入基质中，形成分隔，包绕胶原纤维，将胶 原纤维分隔成束。胶原蛋白分子是由三股多肽链呈螺旋形缠绕而成的绳索状长分 4 运动训练对肌腱细胞外问质及i g f - i m r n a 和蛋白表达的影响l 引言 子，粗约1 5 n m ，长约3 0 0 n m ，平行聚合而成为胶原原纤维。胶原蛋白的基本结构 单位是原胶原( t r o p o e o l l a g e n ) ，原胶原肽链的一级结构具有( g l y x y ) n 重复序列， 其中甘代表甘氨酸，几乎每3 个氨基酸就有一个是甘氨酸，其含量在整个胶原蛋白 分子中约占1 3 ，x 并1 y 可以代表各种不同的氨基酸。x 常为脯氨酸( p r o ) ，y 常为羟 脯氨酸( h y p r o ) 或羟赖氨酸( h y l y s ) 。h y l y s 残基可发生糖基化修饰，其糖单位有 的是一个半乳糖残基( g a l ) ，胶原上的糖所占的量约为胶原的1 0 。肌腱胶原纤维 的超微结构是胶原蛋白分子，其主要在腱细胞内合成，先是成纤维细胞通过m r n a 转录核内特定基因的密码，再经t r n a 的翻译，在粗面内质网的多聚核糖体上把相 应的氨基酸从n 末端起装配成各种仅链的前身，即前o l 链。它们和a 链的不同点是 n 末端及c 末端都多出一段多肽链，分别成为n 一端前肽和c 端前肽，前者是较短 的多肽链，约含有1 0 0 个氨基酸：后者约含有3 0 0 个氨基酸。前a 链在粗面内质网内 被脯氨酰羟化酶及赖氨酰羟化酶羟化，从而使前0 【链上的脯氨酸和赖氨酸残基被羟 化成羟脯氨酸和羟赖氨酸，三股0 【链呈螺旋形缠绕而形成前胶原蛋白分子。前胶原 蛋白分子合成之后被排出细胞外进入细胞间隙，这个过程还不十分清楚，目前认 为主要是通过粗面内质网的囊泡直接与细胞膜融合排出，前胶原蛋白分子排泌到 细胞间后，即被细胞外的n 末端及c 末端内切酶切去两端球状构型的前肽部分， 最终成为胶原蛋白分子，胶原蛋白分子通过分子内和分子间的交联作用平行聚合 而形成胶原原纤维，胶原原纤维之间借少量粘合质形成小束，再集合而形成胶原 原纤维束，最终形成胶原纤维。 胶原蛋白作为一种刚性的纤维状蛋白，一般的蛋白酶难以将其讲解，其生理 性转换也远远低于其它蛋白质，在整个机体的胶原蛋白库中，胶原蛋白的半衰期 可由2 3 个小时到数年不等，说明胶原蛋白在不用组织中的更新速度是不同的。在 肌腱组织中，腱细胞一方面通过合成胶原蛋白而形成新生胶原纤维，以适应其所 受机械负荷的变化；另一方面又通过合成胶原蛋白酶，降解胶原蛋白，从而使肌 腱组织的结构发生变化。成熟程度不同的胶原蛋白互相结合在一起，愈老的胶原 蛋白分子内与分子间的交联愈多，愈难分解；反之新合成的胶原蛋白则容易被分解。 1 2 1 3 2 2 基质 肌腱外的无定形基质主要为蛋白多糖和糖胺聚糖，肌腱中蛋白多糖的含量受 年龄、部位及机械负荷等因素影响。蛋白多糖是一种杂化糖，属于糖基化蛋白家 族，包括一些硫酸化多糖，主要是由基质中的蛋白质与多糖以共价和非共价键相 运动训练对肌腱细胞外间质及i g f i m r n a 和蛋白表达的影响 l 引言 连而形成，其分子组成以多糖链为主，蛋白质部分所占比例较小。 1 2 1 3 2 2 1 蛋白多糖 蛋白多糖是一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白形成的化合物，蛋白多 糖亚单位由一个核心蛋白( c o r ep r o t e i n ) 和共价连接其上的糖胺多糖( g a g ) 组 成，其主要特点是糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。糖胺聚糖是由二糖 单位重复连接而成，不分支。体内重要的糖胺聚糖有以下七种：4 硫酸软骨素 ( c h o n d r o i t i n 4 s u l f a t e ，c h 4 s ) 、6 硫酸软骨素( c h o n d r o i t i n 6 s u l f a t e ，c h 6 s ) 硫 酸角质素( k e r a t i ns u l f a t e ，k s ) 、硫酸皮肤素( d e r m a t i ns u l f a t e ，d s ) 、透明质酸 ( h y a l u r o n i ca c i d ，h a ) 、肝素( h e p a r i n ) 、硫酸类肝素( h e p a r i ns u l f a t e ，h s ) 。 核心蛋白是与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质，含有相应的糖胺聚糖取代结构域。 人体中有多种不同的核心蛋白，分子量达2 0 0 , 、, 3 0 0 k d ，是所有组织细胞中分 泌的最大的一种多肽。核心蛋白高度伸展n 末端，形成一球状区，约6 0 7 0 k d ， 非共价连接于透明质酸链上，另一种约4 0 6 0 k d 的连接蛋白( 1 i n kp r o t e i n ) 参与稳 定球状区与透明质酸链的非共价连接。核心蛋白及多糖组成的亚单位可分为三区： n 一端区：包括球状连接区，含有较少的寡糖链；富含寡糖区：为硫酸角质素寡糖 链的主要附着区。寡糖链共价连接于核心蛋白分子中丝氨酸和苏氨酸残基侧链氧 原子上；c 一末端区：富含硫酸软骨素，通过乳糖、半乳糖、木糖连接于核心蛋白 的丝氨酸残基。 蛋白多糖主要分布于分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、粘液等 组织。肌腱中的蛋白多糖成分主要为小分子量的硫酸皮肤素( 硫酸软骨素) ，在肌 腱中因承受较大压缩应力而软骨化的部分则含有较多的蛋白多糖，蛋白多糖的性 质主要由带大量负电荷的糖胺聚糖决定，它可以吸收阳离子及水分子。各种蛋白 多糖中g a g 的结构单元为二糖单位，g a g 是一种多聚阴离子，分别由两种氨基 己糖( 氨基葡萄糖、氨基半乳糖) 之一和两种己糖醛酸之一通过不同的糖苷键连 接而成。由于g a g 分子中含有己糖醛酸，且分子内连接有硫酸基团，因此，g a g 呈酸性。g a g 在体内很少以游离的糖链形式独立存在，而是以共价键与蛋白质多 肽相连接，形成蛋白多糖。 1 2 1 3 2 2 2 弹性蛋白 弹性纤维是细胞外间质的一个组分，但它在体内所占比列很小，弹性纤维是 由无定形的中心核和包裹在其周围的细丝两部分组成。前者称为弹性蛋白，纯化 6 运动训练对肌腱细胞外问质及i g f i m r n a 和蛋白表达的影响 l 引言 的弹性蛋白最显著的特性是非极性氨基酸占9 0 以上，与胶原蛋白相比，甘氨酸以 及脯氨酸含量相等，但羟脯氨酸含量很少，并且没有羟赖氨酸。弹性蛋白最初合 成时为水溶性单体，称为原弹性蛋白( t r o p o e l a s t i n ) ，在修饰中部分脯氨酸羟化生 成羟脯氨酸。原弹性蛋白从细胞中分泌出来后，部分赖氨酸经氧化酶催化氧化为 醛基，并与另外的赖氨酸的氨基缩合成吡啶衍生物，称为链素。肌腱组织中弹性 蛋白含量较低，但对于肌腱的生物力学性质有较大影响，是肌腱组织中粘弹性的 结构基础。 1 2 2 运动与肌腱 同骨一样，为了适应施加于韧带和肌腱机械强度的需要，肌腱和韧带将发生 塑形改变，随着应力的增加，肌腱将变的更加强硬。当应力减退时，肌腱本身将 变的薄弱，硬度也将降低。运动导致肌腱结构的改变，主要发生于肌腱的组织结 构以及生物化学成分方面。对于运动对肌腱胶原纤维以及肌腱细胞影响的研究已 经通过动物模型进行了详细的描述。对于运动对肌腱生化成分影响的研究主要集 中在胶原蛋白含量上，相比之下，蛋白多糖和糖胺多糖的研究相对较少。 1 2 2 1 运动对肌腱组织结构的影响 1 2 2 1 1 运动对肌腱重量以及横截面积的影响 以往研究发现，运动导致肌腱重量变化的研究结果不一致，这可能跟运动强 度、运动时间以及受试对象有关。w o o i v 等研究发现，经过长期训练后，猪的伸趾 肌腱干重增加，而屈趾肌腱的干重未发生变化。k i i s k i n e n 8 】对正在发育的小鼠以及 成年大鼠进行了训练，研究发现前者的肌腱干重增加，而成年小鼠的肌腱于重并 未发生改变，c u i w i n 对幼龄鸡肌腱的研究也没有发现训练后肌腱重量发生明显变 化 9 1 。f i r t h 1 0 】等研究发现，处于生长期的马经过长期训练后，肌腱的干重增加。 g i l l i s t 】等通过超声波技术观察赛马训练期马趾屈肌腱横截面积的变化，研究 发现肌腱的平均横截面积在第一个月的中旬增加，但无法确定是胶原蛋白含量增 加引起的或者是肌腱水肿造成的。s o m m e r l 2 1 通过训练小鼠跑跳2 、4 、8 、1 2 和1 6 周后，测定其跟腱横截面积，最大伸展性以及最大摄氧量，研究发现训练1 2 周和 1 6 周后，跟腱横截面积增大，而b u c h a n a 等【1 3 】人的研究并没有发现鸡跟腱横截面 积在训练后有明显变化。 7 运动训练对肌腱细胞外问质及i g f i m r n a 和蛋白表达的影响 l 引 言 1 2 2 1 2 运动对肌腱超微结构和组成成分的影响 1 2 2 1 2 1 运动对腱细胞的影响 z a m o r a 和m a r i n i 1 4 】通过研究大鼠肌腱的过度运动损伤模型发现：运动可使处 于静止状态的腱细胞转化为活跃的腱细胞，同时并没有发现炎症细胞。作者认为 肌腱改建过程类似于肌肉肥厚，但肌腱的塑形过程可能存在一个短暂的力学薄弱期。 1 2 2 1 2 2 运动对肌腱胶原纤维的影响 c o o m b s 1 5 】等利用电泳方法研究了正常及断裂肌腱中胶原的类型：研究发现正 常肌腱中仅含有i 型胶原，而断裂的肌腱中则同时含有i 型和i i i 型胶原，研究者认 为i 型胶原的出现可能是由于运动导致肌腱强度降低及损伤而引起的。e d w a r d s 1 6 】 等人为了研究运动对胶原纤维直径的影响，在实验中分别对马进行了4 和1 8 个月 的运动训练，而对照组仅进行正常行走，运动结束后通过电镜观察胶原纤维直径， 结果发现胶原纤维直径在各组间并没有发生显著变化。p a t t e r s o n 等【1 7 】人的研究同 样发现经过1 8 个月的跑台训练后，马的趾深屈肌腱的胶原纤维直径没有发生变化。 而w i l s o n 等【1 8 】人研究了幼龄鸡胶原纤维在运动前后的变化，研究发现经过5 个月 的训练后，肌腱强度增强，胶原纤维成分增加。 1 2 2 2 运动对肌腱生物化学成分的影响 肌腱主要由腱细胞和细胞外间质组成，肌腱的细胞外间质成分主要包括胶原 纤维和无定形基质，运动对肌腱生化成分的影响主要是运动对肌腱胶原蛋白以及 无定形基质( 蛋白多糖和糖胺多糖) 的影响，其以往研究结果不一致。 胶原纤维是肌腱中含量最多的成分，主要包括i 型和少量的型胶原，胶原蛋 白作为胶原纤维最基本的结构，是肌腱细胞外间质的主要成分，也是外界运动载 荷的主要承担者，对于运动对胶原蛋白的影响，目前的研究并不一致。c u r w i n t g 对处于发育阶段的鸡进行了8 周的训练，训练后跟腱中胶原含量与未受训对照组 之间没有差异，用特殊的细胞标记物观察了肌腱基质对运动的反应，研究发现高 强度运动能够增加幼龄鸡肌腱中胶原代谢速率并减少腱中难溶性交联的数量。国 内任洪峰【1 9 】等人的研究也得出了同样的结果，他进行了不同训练方式对大鼠跟腱 影响的实验研究，研究发现训练早期i i i 型胶原的表达逐渐增强，随着运动时间的 延长，i 型胶原的表达又趋于减弱，训练过程中胶原蛋白总量并没有发生变化。 p e t e r 和m i c h a e l 2 0 】研究了运动对肌腱细胞外间质的影响，研究发现随着运动 机械负荷对肌腱刺激的不断增加，肌腱胶原合成和代谢的速率不断增加。 8 运动训练对肌腱细胞外问质及i g f i m r n a 和蛋白表达的影响 l 引言 以上研究结果显示了肌腱胶原蛋白含量在肌腱的运动过程中并不会发生变 化，但另一些研究却得出了不一致的结论。国内郭振海【2 l 】研究了耐力性运动过程 中大鼠跖屈肌腱胶原蛋白含量的变化情况，研究结果显示胶原蛋白总量增加。 w o o 2 2 】等研究发现，经过耐力训练后猪伸趾肌腱的胶原浓度增加，而屈趾肌腱的 胶原含量并没有发生变化，他将这种训练后含量的不同变化归结为两种组织成分 的差异造成的。在对赛马进行的研究中发现：趾深和趾浅屈肌腱的胶原蛋白含量 并没有差异，但二者的胶原类型和组成却不同，两者间比较发现，趾浅屈肌腱的 中心区比周边区含有更多的i i i 型胶原，高比列的i i i 型胶原可能代表退变的早期阶段。 以上研究表明，肌腱的运动过程实质上也是肌腱塑形改建的过程，在这个过 程中，肌腱胶原蛋白的总量可能保持不变，但对于胶原蛋白的成分和种类可能会 发生变化。 1 2 3i g f i 及其对肌腱的影响 多肽生长因子是一类在体内或体外对动物细胞的生长有促进作用的物质，其 本身不是营养成分。它是生物细胞产生的微量活性物质，主要有以下几个特点： 本身不是营养成分多数是分子量为5 8 0 k d 的肽类通过与靶细胞表面的特 异受体结合介导生物学作用生物学作用可以是促进或抑制细胞的生长、增殖分 化。 1 2 3 1i g f i 的结构及生物学