常压模拟高住低练结合高糖高脂饲料对大鼠心脏组织肾素－血管紧张素系统基因表达(RAS)的影响*

史微，赵卓，潘嘉良，阳新明

(1.中山大学生命科学学院，广州 510275;2.中山大学药学院，广州 510080;3.北京体育大学，北京 100084)

常压模拟高住低练结合高糖高脂饲料对大鼠心脏组织肾素－血管紧张素系统基因表达(RAS)的影响*

史微1，赵卓3，潘嘉良2，阳新明1

(1.中山大学生命科学学院，广州 510275;2.中山大学药学院，广州 510080;3.北京体育大学，北京 100084)

目的:检测高住低练训练方法和高糖高脂饮食对肾素血管紧张素系统(RAS)的基因表达的影响，从而提出治疗新血管疾病的新方法。方法:高住低练和高糖高脂饮食对大鼠心脏RAS基因表达的影响是通过real time PCR实现的，这种方法广泛被人们使用并且已经成为研究基因表达最为有效的方法。结果:我们的结果表明与安静组相比，高住低练和高糖高脂饮食可以显著降低ACE基因表达，其中高住低练组与高糖高脂高住低练组下调最多，血管紧张素原(AGT)的基因表达在低住低练组和高住安静组轻微上调，其他实验组都下调，其中高住低练组与高糖高脂高住低练组下调最多。与此相反的是，以上两种条件可以显著上调血管紧张素II的I型受体(AT1)基因的表达，高住低练组与高糖高脂高住低练组下调最多。结论:表明合理的训练方法(海拔2500 m的高原环境下居住，适宜的训练强度)和高糖高脂饮食可以改善优秀运动员的有氧运动能力。同时高住低练的训练方法可以抑制高糖高脂饲料引起的胰岛素抵抗等症状。

ACE基因表达;高住低练(Hilo);高糖高脂饲料;实时定量PCR;高血压;

1 介绍

1.1 ACE结构与生物功能

ACE由1300个氨基酸组成，是一种羧基肽酶，是一个20肽单链酸性糖蛋白，分子为90～160kD，为含锌的金属水解酶。ACE广泛存在于全身各组织，主要分布于血管内皮细胞(肺循环为主)、肾上皮细胞等。肾素－血管紧张素系统(RAS)包括血管紧张素原(AGT)、血管紧张素 I(Ang I)、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)、肾素、ACE和血管紧张素Ⅱ受体(AT)。ACE是RAS酶/底物链反应体系中的关键酶，其作用是催化十肽Ang I转变成八肽AngⅡ。ACE水平决定RAS体系中的(AngⅡ生成量。

1.2 ACE基因与运动能力研究综述

血管紧张素转化酶(ACE)基因在其16内含子上的一种插入和缺失多态性由此存在I等位基因;D等位基因和 II，ID，DD 种基因型［1］。

在最大摄氧量相似的自行车运动员中，那些乳酸阈值比较低的运动员比阈值较高的运动员容易疲劳。而阈值较高的运动员可以有更高的工作强度(29.1versus 60.8 min，respectively)。更进一步来说，骨骼肌的代谢效率可以由于环境中的乳酸水平［3］，日常饮食习惯［4］以及运动训练的加强［5］而增长。

综上所述，I型多态和有氧耐力运动的加强有很大的关系。如果未来的研究能证明低ACE基因表达水平使I型多态受益，而且证明ACE基因的低表达可以增强肌肉的效率，我们就能可以巧妙地处理各种复杂的疾病，如心脏停跳以及恶性疾病。在这些假设的基础上，ACE抑制剂可以提高心肌细胞的存活率，而低氧运动结合ACE抑制剂也将成为治疗各种心血管疾病的新型治疗方法。

1.3 慢性低氧对ACE基因表达的调控机制

心血管紧张素II(AngII)最近被证明通过调节与血管紧张素I型受体的亲合性可以增加颈动脉化学性受体的亲合性［5］。其他的研究表明AT1受体功能的加强可以使颈动脉细胞内钙离子的释放增加，这种释放是通过颈动脉化学受体调节的。从这方面来说，慢性低氧可以上调AT1受体的功能，从而增强颈动脉传入神经对 AngII活性［6］。

1.4 高住低练训练方法简介

间歇性低氧训练(高住低练)，在优秀运动员或者患者睡觉时，给予其低浓度的氧气(14.2%到16.4%，相当于2000 m到3000 m的海拔高度)，然后在常氧情况下进行运动训练。常压低氧环境通过低氧帐篷系统来提供。这种训练方法可以使机体在生理和生化上产生有利于有氧代谢的抗氧化适应［7］，以前的研究表明低氧运动训练通过增强心肌的收缩能力从而加强其携氧能力，所以可以改善心血管功能［8］。

2 实验方法和动物训练

2.1 实验动物和训练方法

1.1.1 稻耐旱性资料 以《中国稻作资源目录》[6]资料为基础，对云南省稻耐旱性信息进行收集整合，主要针对苗期耐旱信息，共收集整理2 440份云南地方稻种资源稻耐旱性的相关资料信息。

动物用动物跑台进行训练，低氧设备及动物训练设备由广州体育学院运动生物化学省重点实验室提供。

90只雄性，出生56天后的SD大鼠(来自南方动物实验中心)，随机分为8个组，每个组10只，高住低练和高糖高脂两组各15只

A安静组;B低住低练组;C高住安静组;D高住低练组;

E高糖高脂饲料安静组;F高糖高脂饲料低住低练组;

G高糖高脂饲料高住安静组;H高糖高脂饲料高住低练组

低氧组，SD老鼠在晚上被放入低氧帐篷8个小时，低氧发生仪将里面的空气抽成含有15%的氧气。

运动组，SD大鼠在动物跑台上运动，速度为25 m/min，1 h/天，5 天/周。连续训练6 周。

2.2 荧光定量PCR

2.3 数据处理

体重，血糖等生理指标用均值标准差来表示，用SPSS 13.1软件做One way ANOVA 和student t－test，计算显著度，P＜0.05为显著性差异。mRNA表达用目的基因的表达量比上管家基因β－actin的表达量，得出的比值用one way ANOVA对组间的标准差进行比较。

3 实验结果

3.1 体重，心脏指数，血糖，总脂肪量，一氧化氮和一氧化氮合酶含量

高住低练训练方法和高糖高脂饲料可以显著降低大鼠血糖，iNOS，tNOS，NO含量(表格A－D，＊＊P＜0.05)，低住低练组，低住低练高糖高脂饲料，高住安静组，高住安静组高糖高脂饲料体重有轻微下降(*P＜0.1)，而高住低训组和高住低训高糖高脂饲料体重成显著性下降。(＊＊P＜0.05)

A 体重和心脏重量

B 血糖和总脂肪量

C 诱导型一氧化氮合酶以及总一氧化氮合酶活性(iNOS，TNOS)

D总一氧化氮含量(NO)

3.2 高住低练与高糖高脂饲料对ACE基因表达的影响

8组老鼠ACE基因表达跟安静组相比都有不同程度的下调，其中高住低练高糖高脂饲料的实验组下调最显著，比安静组下调了近10倍。(图1B，图1C)

图1 血管紧张素转移酶(ACE)基因表达

A看家基因的电泳图谱;B ACE基因的电泳图谱;C荧光实时定量PCR ACE基因表达图谱 C对照组LLTL低住低训组 LHS低住安静组 LHTL高住低练组;CN高糖高脂对照组;LLTLN高糖高脂低住低训组;LHSN高糖高脂低住安静组LHTLN高糖高脂高住低练组;(n=5，One way ANOVA and multistudent t－test，*P＜0.1，＊＊P＜0.05)

3.3 高住低练与高糖高脂饲料对AGT基因表达的影响

与安静组相比，AGT基因实验组全部下调，其中，高住低练下调最显著，下调的数量接近安静组的10倍。(P＜0.05)(Fig2 C)

图2 AGT?基因表达

图2 A，AGT基因的溶解曲线，说明引物的特异性B，AGT基因的扩增曲线 C，荧光实时定量PCR AGT基因表达图谱 C对照组 LLTL低住低训组 LHS低住安静组LHTL高住低练组;CN高糖高脂对照组;LLTLN高糖高脂低住低训组;LHSN高糖高脂低住安静组LHTLN高糖高脂高住低练组;(n=5，One way ANOVAA and multi－student t－test，＊＊P＜0.05 D AGT基因表达电泳图谱。)

3.4 高住低练与高糖高脂饲料对AT1基因表达的影响

8组老鼠AT1的基因表达全部上调，其中高住低练组和高住低练高糖高脂组上调最显著，下调幅度接近安静组的10倍。(Fig 3)

图3 血管紧张素I型受体(AT1)基因表达

图3荧光实时定量PCR AT1基因表达图谱C对照组LLTL低住低训组 LHS低住安静组 LHTL高住低练组;CN高糖高脂对照组;LLTLN高糖高脂低住低训组;LHSN高糖高脂低住安静组LHTLN高糖高脂高住低练组 (n=5，One way ANOVA and multistudent t－test，*P ＜0.1)

4 分析和讨论

ACE，全部实验组跟对照组相比都显著下调，其中高住低练结合高糖高脂组下调的最大(P＜0.05)，说明高住低练和饮食可以让老鼠基因表达发生显著变化，这是一种长期适应的结果。由于运动中消耗血糖较多，所以高糖饲料可以补偿老鼠的运动损耗，从而使机体更好地对低氧和运动环境产生适应，我们的实验结果较好地说明了饮食条件对机体产生适应有较好的作用，至于这种改善作用的具体机制，推测跟糖代谢和脂代谢途径有关，需要进一步研究，但饮食方面和ACE的基因表达存在正相关，由于ACE低表达已经证明提高心肌收缩效率，减少血液由肌肉I型纤维向II型纤维流动，从而有利于有氧耐力，所以可以说明饮食对改善心血管功能，提供有氧运动力的作用是很大的，所以我们建议运动员应采用适当的高原训练(相当于海拔2500 m)，从而较好地提高有氧运动能力。

AGT(血管紧张素酶原)，全部实验组跟对照组相比都显著下调，方差在误差允许范围之内(P＜0.05)其中高住低练组下调最显著，这几组与ACE的变化趋势相一致。从实验结果看，AGT的基因表达变化是滞后于ACE的基因表达，其变化幅度也不如ACE的明显，推测他们之间存在着某些相互影响的因素，从而共同调控血压和水盐平衡。

AT1(血管紧张素II受体)，全部实验组跟对照组相比都轻微上调，方差在误差允许的范围之内(p＜0.05)，由于AGT和ACE在运动时会产生血管紧张素(ANGII)，ANGII通过AT1受体，引起细胞内一系列变化，从而达到升高血压的效果，所以AT1受体基因表达上调是对长期有氧耐力运动的适应，由于ACE和AGT的基因表达的下降，引起AT1R的表达上调，从而抵消AngII减少引起的效应。而高住低练结合高糖高脂组上调最显著，恰恰说明了这种条件下机体的适应性变化产生得最快，变化幅度最大，说明高住低练可以较好地提高运动员的有氧耐力。

研究表明，ACE的基因表达与高血压，糖尿病等心血管疾病密切相关［9］。我们的实验表明高住低练可以显著降低ACE的基因表达，也就是说可以部分取代ACE抑制剂的效果，我们知道药物治疗总有些负作用，因为很难只针对靶器官，但高住低练的治疗方法是一种自然的方式，可能是一种更好的治疗高血压的方法，有待于更深入的研究。高血压的运动疗法虽然有人提出［10］，但训练量和强度不好掌握，往往由于运动过度产生负面影响，而低氧运动可以适当降低运动量却能达到更高的效果，由于这种方法条件缓和，作用时间长，负作用小，可操作性强，而我们的研究也发现合理的膳食可以更好地使机体产生对运动的适应，所以我们提出了高血压的低氧运动新型疗法，并且结合高营养的膳食，以补偿机体在低氧运动应激下的损失。但是高糖饲料会产生胰岛素抵抗，而我们的实验证明，高住低练的训练方法可以减低胰岛素抵抗的产生，有研究表明ACE抑制剂可以促进血糖的转运［11］。

综上所述，高住低练结合高糖高脂饲料可以显著降低ACE和AGT的基因表达，轻微上调AT1的基因表达。其中高住低练结合高糖高脂饲料组基因表达变化最明显，说明这种训练方式可以显著改善老鼠有氧耐力运动的适应性，所以我们建议)合理的高原训练方法(海拔2500 m，氧气浓度在15%)，合理的膳食可以改善运动员对有氧耐力运动的适应性。

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Effect of Living high－ training Low and High －glucose－ high－fat Diet on the Rennin－angiotensin System(RAS)Gene Expression in Rat Heart

SHI Wei1*，ZHAO Zhuo3，PAN Jia － liang2，YANG Xin － ming1

(1.The Key Laboratory of Gene Engineering of Ministry of Education，School of Life Science，Sun Yat－sen university，Guangzhou 510275，China;
2.School of Medicine，Sun Yat－Sen University，Guangzhou 510080，China;
3.Beijing Sport University，Beijing 100084，China)

Object:Rennin－angiotensin system(RAS)take an important role in regulating the blood pressure as well as water homeostasis.RAS gene expression is related with living high training low(IHTL)and high glucose high fat diet.So the aim of this study is to detect the effect of exercise training and diet on the Renin－angiotensin system gene expression.Method:The effect of IHTL and high－glucose－high－fat diet on RAS gene expression in the rat heart are investigated by real time RTPCR which is the most powerfully methods for the research of gene expression.Result:Our result show that IHTL and highglucose－high－fat diet can significantly decreased the gene expression of angiotensin－converting enzyme(ACE)and angio-tensinogen(AGT).To be contrast，these two treatment can significantly increased the gene expression of angiotensinII receptor type I(AT1).Conclusion:This study suggest that IHTL and high－glucose－high－fat diet can better improved the human＇s physical performance.Meanwhile，there may be a new therapy to hypertension and diabetes according to our result.

ACE gene expression;living high－training low(LHTL);hypertension;diabetes

G804.7

A

1007－323X(2010)05－0086－05

2010－06－17

史微(1984－)，女，北京人，在读博士生

研究方向:听觉生理学

教育部中国大学生创新训练计划