运动对心肌蛋白质组差异表达影响的研究进展及展望

彭 勇，史绍蓉，黄思敏

运动对心肌蛋白质组差异表达影响的研究进展及展望

彭 勇1，史绍蓉2，黄思敏3

一个细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类蛋白质称为蛋白质组。应用蛋白质组学的研究方法和理论，可以从整体、动态的角度来研究运动对心肌蛋白质的差异表达的影响。本文在综述了近年来国内外运动心肌蛋白质组学研究发展现状的基础上，展望了未来这一专题的研究方向将主要集中在：运动心脏蛋白质组学数据库的建立、蛋白质点的进一步确证、蛋白质点之间的相互作用以及蛋白质的修饰；深入运动心脏蛋白质组学的研究，将为进一步阐明运动心脏的重塑机制的研究以及运动心脏重塑过程中的基因调控、蛋白质修饰、变化机理的研究提供新的理论依据和新的研究思路；将为促进全面健身运动的开展以及慢性心血管疾病的运动康复的研究带来新的视角。

运动；心肌蛋白质组；研究进展

不同细胞在不同生理或病理状态下所表达蛋白质的种类也不尽相同。蛋白质组学就是从整体角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成成分、表达水平与修饰状态，了解蛋白质间相互作用与联系，揭示蛋白质功能与细胞生命活动规律一个新的研究领域[1-2]。蛋白组学研究已成为基因组学研究后生命科学发展的大方向之一。它研究的主要内容包括：蛋白质分离与鉴定、蛋白质功能的确定、蛋白质翻译后修饰及相互作用、各种疾病或疲劳标志物的筛选与疾病诊断、生物信息学及药物开发等方面[3]。在运动心脏研究领域中，蛋白质组学研究尚处于起步阶段，国内外相关的研究报导较少，本文综述了近年来国内外这一专题研究的进展，为后续的研究提供参考。

1 大强度运动对心脏蛋白质组学的影响

目前，随着蛋白质组学研究技术的不断发展，已经有越来越多的研究者将蛋白质组学及其相关技术应用到心血管疾病的研究中，并取得了良好的进展，涉及到扩张型心肌病、急性冠脉综合症、心力衰竭、高血压、冠心病、心房颤动、心肌梗死、血管病变和高脂血症等病症的蛋白质组学研究[4-8]。

运动心脏蛋白质组学的研究还处于一个初级探索阶段，近年来，此专题的研究正在逐渐的增多与深入。国内最早有史绍蓉、刘田、龚丽[9-16]等进行了急性力竭运动、递增负荷大强度运动对大鼠心肌的蛋白质组差异表达影响的研究，研究结果发现，大强度运动造成了大鼠心肌的蛋白质组在表达量与质都发生了显著性差异变化，大强度运动对大鼠的心房肌和心室肌的蛋白质组的差异表达的影响与运动负荷的持续时间有关，随着运动负荷的持续时间的延长，大鼠的心肌蛋白质组发生适应性变化，越来越多种类和数量的蛋白质点的表达量发生适应性变化。史绍蓉[9-16]等对其中的一些差异表达蛋白进行了质谱鉴定，结果发现大强度运动主要影响心肌细胞的能量代谢和心肌细胞的收缩调节能力。其中所筛选出来的部分目标蛋白在运动医学领域尚未展开深入研究，具有重要的研究意义，比如原肌球蛋白1（ Tropomyosin- 1， TM1）、甘露糖结合蛋白C 前体等。随着进一步对这些筛选出来的差异蛋白的确证，为深入研究运动训练对心脏的影响、科学地指导运动健身、开展慢性心血管疾病的运动康复研究鉴定基础及提供科学依据。

Rogers等研究运动对大鼠左心室肌蛋白质组差异表达的影响，发现热休克蛋白和3α-羟基类固醇脱氢酶等26个蛋白质点的表达量发生显著性变化，12个新增的点[17]。Boluyt 等[18]发现6 周的递增运动负荷的耐力运动后，肥大心肌组织中有26 个蛋白质点的表达量发生了改变，有12个点属于新增的蛋白质。且其中HSP-20表达量明显上调。Sun[19]等的研究发现大强度游泳训练后的心肌组织有23个蛋白质点发生了明显改变，这些改变的蛋白与线粒体氧化代谢有关，如抑制素、苹果酸脱氢酶、磷酸丙糖异构酶、电子转移黄素蛋白B亚基，ATP合酶a亚基，这些改变可能与线粒体氧化代谢增强，ATP合成能力提高有关。

2 中等强度运动对心脏蛋白质组学的影响

中等强度有氧运动可以使心脏发生良好的适应性变化。从蛋白质分子水平上对此运动强度下心肌的研究，可以从整体上解释相关机制提供理论基础。

刘建荣、袁爱国、王娟[20-22]进行了长期的中等强度有氧运动对大鼠心肌的蛋白质组影响的研究，心房肌的蛋白质组差异表达变化趋势呈现比较均匀的变化，左心室肌蛋白质组的差异变化和重塑主要发生在前8周的运动期间，右心室肌蛋白质点的差异表达变化主要发生在运动的前8周，表现出对运动刺激的一个适应性过程，但随着运动时间的延长，某些右心室肌蛋白质对延长的运动刺激最为敏感（12周运动后差异表达量≥10倍的点最多），这与左心室肌和心房肌的蛋白质组的差异表达变化有所相同和区别。长期中等强度运动引起心肌蛋白质组的变化主要发生在前8周的时间，并且不同的心肌部位表现出不一样的差异表达特点。

刘建荣、王娟[20-22]等对部分差异蛋白质进行质谱鉴定，发现了运动医学领域中尚未涉足的葡萄糖调节蛋白78、烯酰辅酶A水合酶、ATP 合酶α亚基与ATP合酶偶合因子6等4种目标蛋白。Burniston[23]的研究发现热休克蛋白20在中等强度（70-75 %VO2peak） 运动后大鼠心肌中表达上调，以及heart fatty acid binding protein增加，并发现HSP-20第16位丝氨酸发生了磷酸化修饰，该磷酸化修饰发生与心肌收缩力改善及抗凋亡等自我保护作用有关，表明心血管病人进行耐力训练是有益的，与心肌脂肪氧化代谢相关的酶表达上调。

3 中小强度运动对心脏蛋白质组学的影响

长时间有氧运动后可以增强老年人心脏功能和运动能力，使老年人心血管机能水平得到提高。从蛋白质组学的角度研究中小强度有氧运动运动对心脏的影响，可以为运动健身中心肺功能水平的提高以及心血管疾病的运动康复疗法提供理论依据。

万莉莉、黄思敏、徐哲、郭远盘[24-27]分别进行了4周、8周中小强度有氧运动对大鼠心肌的蛋白质组的差异表达的研究，研究结果表明：中小强度运动的负荷较小，并未引起大鼠心肌的强烈的应激反应，实验中未检测到新增的蛋白质点，只在4周运动后大鼠右心室肌中发现一个消失的蛋白质点，并且，4周、8周中小强度有氧运动后，心肌中表达强度变化大的蛋白质点较少，分析其原因可能是与长期的大强度运动或急性力竭运动对心肌细胞产生的强烈的刺激不同，中等强度和中小强度有氧运动未引起心肌细胞发生强烈的应激反应，从中可以推测，中等强度和中小强度有氧运动使心脏产生良好的生理性重塑，使心肌蛋白质组朝着有利于心脏收缩泵血功能方向发生差异表达。

徐哲、郭远盘[24-27]等对中小强度有氧运动后差异表达量明显的30余个目标蛋白质点进行了质谱鉴定，鉴定出来的蛋白主要是与心肌细胞线粒体ATP合成酶相关的蛋白；心肌细胞能量代谢相关酶；心脏结构蛋白；心肌收缩力及调节蛋白；心肌细胞抗氧化蛋白；心肌细胞热休克蛋白家族等，并对这些蛋白的功能、差异表达的部位、不同的运动负荷强度对其差异表达的影响做了详细的阐述，并采用了RT-PCR的方法对中小强度有氧运动下筛选出来的部分目标蛋白进行了定量的mRNA的研究，发现中小强度有氧运动后目标蛋白质的差异表达水平与其基因表达水平并不是完全一致，运动后蛋白质的差异表达可能与其上游基因的转录，下游基因的翻译、修饰有关。

4 运动对病理心脏蛋白质组学的影响

国内的刘明[28]从心脏猝死的角度出发，研究了力竭性运动对病毒性心肌炎小鼠的影响及蛋白质组学研究，研究结果发现有3个点消失还有5个新出现的蛋白点。这与史绍蓉[9,10]的研究结果有所不同，一次性力竭运动中并未发现有新增的蛋白质点，这可能与其运动模型的不同、动物的种类不一样以及取组织标本的时间不一样有关，导致了蛋白质组的差异表达的质、量都有所差别，但同时都表明力竭运动能够引起心肌蛋白质组发生巨大的差异表达的变化，对运动刺激产生应激反应。同时刘明[30]的研究结果还发现力竭运动导致小鼠的死亡率增高，并鉴定出的6个差异蛋白，分别为：肌球蛋白轻链4（MYL4，MLc1A）、热休克蛋白Bl（HSPBI、HSP27）、异柠檬酸脱氢酶a亚单位、电压依赖的阴离子通道蛋白（VDAC）、蛋白酶体a亚单位1型、巨噬细胞封端蛋白，为进一步研究病毒性心肌炎及力竭大强度运动导致的运动性猝死的发生机制提供了新的有效信息。

Bansal[29]等研究了运动对心肌梗死大鼠左心室肌蛋白质组差异表达，其结果发现心肌梗死大鼠接受运动干预后与对照组相比较，鉴定出20个蛋白点，并对鉴定出来的电压依赖阴离子2通道蛋白、锰超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶1三种蛋白进行了免疫印迹的确证，发现锰超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶1的蛋白表达水平上调（与两相电泳的结果相反），电压依赖阴离子2通道蛋白表达下降（与两项电泳的结果相一致），认为心肌梗死后进行运动康复训练能提高心肌的抗氧化能力与降低离子通道水平，可能能提高心肌梗死后心脏的功能，促进心脏的康复。

5 小 结

综述目前国内外有关运动对心脏蛋白质组学影响的研究可以发现大强度或中等及中小强度运动均可诱导大鼠心肌蛋白质组发生差异性变化，不同的运动强度负荷、运动持续时间以及心肌组织的不同部位的蛋白质组会发生不同的适应性差异表达，运动强度越大、运动持续时间越长，越容易诱导心肌组织蛋白质组发生明显的差异表达变化，引起一些相关蛋白表达水平大幅度的上调或下降，甚至是“缺失”或“新增”一些蛋白质点，但关于运动是否能诱导心肌组织出现一些“新增”的蛋白质点，目前尚未统一定论。同时，不同部位的心肌组织，由于其功能的不同，其蛋白质组的表达情况也表现了特定的差异，力竭运动或大强度运动对心室肌的蛋白质组的差异表达的影响比心房肌大，会导致心室肌中一些蛋白质点的表达“缺失”，从鉴定出来的蛋白质点的种类来分析，可以发现运动对心脏蛋白质组的影响，主要是引起一些收缩结构蛋白、心肌细胞能量代谢酶、线粒体能量代谢酶、抗氧化酶及分子伴侣蛋白或热休克族蛋白的差异表达，从而诱导发生运动心脏的重塑。

6 展 望

目前，运动心脏的蛋白质组研究正在逐渐的增多和深入，并取得了初步的成果和鉴定出不少具有重要研究价值的蛋白质点，但是还需要从蛋白的表达水平或基因表达水平进行进一步的确证。许多蛋白质的表达变化不仅仅与基因的表达调控有关，更与蛋白质的修饰有关，未来我们要鉴定、定位和表征这些由于修饰而产生的差异，将这些修饰与心肌细胞中的代谢和功能变化联系起来。虽然蛋白质是基因组所包含信息的主要对应物，但是蛋白质自身只提供了部分信息。事实上，蛋白质很少单独发挥作用。复杂的细胞功能的实现是多个蛋白质通过分子组装和信号转导通路等协同作用完成的。蛋白质相互作用研究已经成为后基因时代的中心问题，未来我们将通过研究运动心脏蛋白质之间的相互作用和联系，来进一步的诠释运动心脏的发生与发展的分子机制，以推动体育运动事业的飞速发展，促进科学合理的运动锻炼和心血管疾病运动康复的开展。

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The Research Progress and Outlook of Myocardial Proteome after Excercise of Differentially Expressed Influence

PENG Yong1, SHI Shao-rong2, HUANG Si-min3

A cell expresses all kinds of protein in a particular physiological or pathological condition which is called proteome. If you apply the proteomics research method and theory, You can study the differences expression influence of myocardial protein after excercise from the whole, Dynamic perspective. This paper summarizes the excercise myocardial proteomics research and development present situation at home and abroad in recent years, Prospects this topic research direction in the future will mainly focus on the database establishment of excercise myocardial proteomics, The further confirmed of Protein point ,The interaction between protein point and Protein modification; The further research of excercise myocardial proteomics will provide new theoretical basis and new research ideas which will help to further illustrate the movement heart remodeling mechanism research and the process of movement cardiac remodeling gene regulation, protein modification and the change mechanism research; Which will promote the development of the overall fitness movement and bring new visual Angle in the movement of chronic cardiovascular disease rehabilitation research.

Exercise; Myocardial proteomics; Research progress

G804.2

A

1007―6891（2013）06―0033―04

2013-06-03

1.南京体育学院运动健康科学系, 江苏 南京 210014; 2.湖南师范大学体育学院, 湖南 长沙, 410010; 3.肇庆学院体育与健康学院, 广东 肇庆, 526061. 1.The dept. of Sports Health Sciences of Nanjing Sports Institute, Jiangsu Nanjing, 210014, China; 2.The College of P.E. of Hunan Normomal University, Hunan Changsha, 410010, China; 3.Faculty of P.E. and Health, Zhaoqing University, Guangdong Zhaoqing, 526061, China.