不同运动方式对大鼠异柠檬酸脱氢酶和磷酸果糖激酶-1的影响

王丽艳，张 敏，赵晓丽，郭彦青，曹 颖，于公元，康英姿

（1.天津医科大学生物化学教研室，天津300070；2.武警医学院生物化学教研室，天津 300162）

目前运动疗法普遍用于糖尿病和高血压的治疗，而且运动锻炼可以延缓或逆转由于衰老引起的神经肌肉和运动功能的减退[1]。现在人们也越来越重视运动在疾病预防中的作用。所以选择何种运动方式及强度指导人们进行锻炼是个关键问题。本研究以健康雄性SD大鼠为实验对象，设计不同方式的跑台运动，检测大鼠骨骼肌中糖有氧氧化关键酶—异柠檬酸脱氢酶（IDH）和糖酵解关键酶—磷酸果糖激酶-1（PFK）的活性变化，探讨不同运动方式和运动时间限速酶的变化特点和规律,以期为人们运动训练提供指导。

1 对象与方法

1.1 研究对象 健康雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠72只，体重175～225g，购自北京大学医学部实验动物科学部（许可证号：SCXK2002-0001)，按国家标准啮齿类动物干燥饲料喂养。处死前进行体重称量。

1.2 动物分组及运动模型制备 大鼠适应性饲养1周后，进行3d适应性跑台训练（坡度为0度，速度8.2m/min，10min/d）后，将大鼠按体重（组间体重无显著性差异）随机分为3组，对照组（C），无氧运动组（E1），有氧运动组（E2）。其中每组的24只大鼠再随机分为3组，分别为运动2周组，运动4周组，运动6周组，每周运动6d。参照Bedford标准[2]建立无氧运动组和有氧运动组模型。其中无氧运动组：50m/min跑5min，休息5min，如此反复3次。有氧运动组：起始速度为15m/min，每间隔5min速度递增3m/min，至运动速度达20m/min后维持此速度并使跑台坡度变为5%，持续60min。以上训练过程均使用毛刷刺激，维持大鼠在跑道前1/3位置，以保证训练强度的恒定。正常对照组养于笼内，不进行任何运动训练。

1.3 实验仪器与试剂 ST-200三通道大鼠跑步机（成都泰盟科技有限公司），电动玻璃匀浆器（宁波新芝科技研究所），UV-2450紫外/可见分光光度计（岛津）。所需试剂为ATP、NADH、NADP、6磷酸果糖、醛缩酶、磷酸烯醇式丙酮酸等均购自美国Sigma公司。

1.4 实验取材的方法及操作过程 大鼠于运动结束后处死，取大腿骨骼肌1g左右的肌肉，用电子天平精确称量，按1∶7比例加入蔗糖咪唑（300mmol/L蔗糖，10mmol/L咪唑，pH 7.4，4℃），冰上剪碎，匀浆器匀浆（冰上进行）。匀浆液在4℃条件下差速离心，3000r/min离心10min后弃沉淀留上清，上清液10000r/min离心20min两次，沉淀即为线粒体。其中上清液超速离心24000r/min，30min后弃沉淀留取上清液，上清及线粒体-70℃冷冻备用。应用Folin酚法测定各组上清和线粒体液蛋白含量。

1.5 酶活性测定

1.5.1 异柠檬酸脱氢酶活性测定[3]反应体系包含EDTA 0.33mmol/L，二硫苏糖醇0.1mmol/L，Tris-HCl 33mmol/L，pH 7.0，MgSO41.4mmol/L，NADP 0.1mmol/L，异柠檬酸1.5mmol/L，线粒体原液做为启动液，30℃340nm处读取吸光度的变化值。

1.5.26 -磷酸果糖激酶-1测定[4]反应体系包含50mmol/L Tris-HCl（pH7.5），5mmol/L MgCl2，0.5U醛缩酶，1U磷酸丙糖异构酶，1U α-磷酸甘油脱氢酶，1mmol/L 6-磷酸果糖，0.15mmol/L NADH，0.5mmol/L ATP，上清液做为启动液，25℃读取340nm吸光度的变化值。

2 结果

2.1 不同运动方式对异柠檬酸脱氢酶活性的影响 由表1可见，本实验在大鼠无氧运动2周组和4周组的IDH活性与对照组相比分别增加为59%和134%（P<0.05），有氧运动4周组IDH活性与对照组相比增加49%（P<0.05）。在运动6周各组中酶活性与对照组相比无差异。酶出现的活性高峰无氧运动组和有氧运动组均在4周。在运动2周和运动4周的实验中可见无氧组酶活性均高于有氧组酶活性（P<0.05）。

表1 各组大鼠异柠檬酸脱氢酶活性变化（U/mgpro）Tab 1 Changes of activity of IDH in groups（U/mgpro）

2.2 不同运动方式对磷酸果糖激酶-1活性的影响 由表2可见，本实验在无氧运动组中2周组、4周组、6周组酶活性与对照组相比增加分别为31%、28%、28%（P<0.05），不同的运动时间使酶活性增加的量差异不明显（P>0.05）。有氧运动组酶活性在2周组、4周组与对照组相比分别降低28%、21%（P<0.05）。

表2 各组大鼠磷酸果糖激酶-1活性变化（U/mgpro）Tab 2 Changes of activity of PFK in groups（U/mgpro）

3 讨论

运动对机体的影响是多方面的，规律的运动能降低心血管疾病和癌症的发生率，然而不适当的收缩肌肉产生的大量自由基又会损伤细胞[5]，所以选择合适的运动方式是非常必要的。运动的过程中需要动员大量的能量物质进入分解代谢为肌肉组织提供能量，葡萄糖是提供能量的主要物质之一。葡萄糖的代谢主要为糖酵解和有氧氧化。在缺氧情况下，葡萄糖以糖酵解形式供能，其第一个阶段是葡萄糖分解成丙酮酸。糖酵解途径有3种关键酶，分别为PFK、丙酮酸激酶、已糖激酶。PFK以ATP作为磷酸基团的供体，催化6-磷酸果糖（F-6-P）的1位磷酸化，生成1,6-二磷酸果糖（F-1，6-BP）；PFK是糖酵解途径的关键酶，催化的反应是不可逆的。PFK拥有四聚体结构，由于糖酵解发生于胞浆中，必然受到多种变构效应剂的影响。目前普遍认为调节酵解途径最重要的是PFK[6]。在有氧条件下代谢物被充分氧化，最终汇聚的代谢途径是三羧酸循环（又称Krebs循环），是三大营养素的最终代谢的共同通路。三羧酸循环发生在线粒体中，三羧酸循环的调节点为IDH和α-酮戊二酸脱氢酶复合体[6]。其中IDH是限速酶之一，催化异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸。

隋波[7]研究结果显示：经过9周的跑台训练，有氧训练组大鼠血清IDH和腓肠肌IDH活性与对照组相比都有不同程度的增加，而PFK活性无变化。无氧训练组血清和腓肠肌的PFK活性增加，而IDH活性无变化。本实验在有氧运动4周组IDH活性与对照组相比增加49%，而无氧运动2周组和4周组IDH活性与对照组相比增加分别为59%和134%，这一结果与文献报道并不完全一致，可能是由于运动强度、训练时间及个体差异所造成的。本实验结果显示，有氧运动组和无氧运动组均能增加IDH的活性。IDH活性在运动2周组后明显升高，4周时各组酶活性均升高到顶点，6周后各组酶活性逐步恢复正常。即无氧运动和有氧运动IDH的活性高峰均出现在运动4周组。PFK的酶活性在无氧组随运动时间延长而增加，有氧组在2周和4周时降低，6周恢复正常。说明相同运动方式下酶活性与运动训练时间的长短有关。由于细胞线粒体IDH活性增强,组织氧利用能力提高,有利于骨骼肌的有氧代谢,保证了肌组织收缩时的能量供应,提高肌肉的工作效率和运动持久能力。在运动2周和运动4周的实验中可见无氧组酶活性均高于有氧组酶活性（P<0.05），这说明无氧运动组能动员更多的ATP来维持运动。在运动2周组和4周组，随着运动时间的延长，需要产生更多的能量，所以酶活性增加。而在运动6周组酶活性降至正常，可能的原因是由于时间的积累，酶发生了适应性变化。

关于运动对PFK的影响，Gillespie等[8]的研究表明,在耐力训练后所有肌纤维的PFK的活性无变化。李开刚[9]通过设计不同运动强度的有氧训练，发现长期耐力训练后PFK的活性除36m组外，其余均显著低于对照组。Serrano等[10]对有氧耐力训练的马进行研究，训练8个月后酵解酶（磷酸果糖激酶和乳酸脱氢酶）活性降低。以前也有研究报道，无氧运动训练增加PFK的活性[11-12]。本实验在无氧运动组中2周组、4周组、6周组PFK活性与对照组相比增加分别为31%、28%、28%（P<0.05）。无氧运动组PFK的活性增加的结果说明无氧运动增强了糖酵解的供能系统提供能量的能力，且随着时间的延长，酶的活性持续增高。但是PFK活性的增高会持续几周，还有待进一步研究。有氧运动组酶活性在2周组、4周组分别降低28%、21%（P<0.05），6周组无明显变化，这与之前的报道一致。

无氧运动组IDH活性高于有氧运动组（P<0.05），PFK活性也高于有氧运动组（P<0.05）。这说明无氧运动组在提高有氧氧化关键酶-IDH和糖酵解酶PFK的活性方面强于有氧运动组，而关键酶活性的提高加速了糖代谢的速度，因此能产生大量的ATP供机体利用。所以无氧运动是能提高酵解和有氧氧化能力的一种有效方式。本实验动态的观察了运动不同时间的大鼠糖代谢中IDH和PFK的酶活性，结果可以为疾病的预防和日常运动训练提供理论参考。在以后人们的运动训练中除了有氧运动也可以考虑选择进行无氧运动即间歇性速度训练，来提高肌肉的运动效率。但是间歇性速度训练的合理强度尚需进一步研究。

［1］ 周立英，王鑫，洪乐风,等.有氧运动训练对老年人运动功能的影响[J].中国康复医学杂志，2008，23（9）：812

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［8］ Gillespie AC,Fox EL,Merola AJ.Enzyme adaptations in rat skeletalmuscleaftertwointensities of treadmill training[J].MedSci Sports Exerc,1982,14(6):461

［9］ 李开刚，陆绍中，冯连世，等.不同强度耐力训练后大鼠骨骼肌酶活性适应性变化的研究[J].中国运动医学杂志，2002，21(2):166

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