运动与线粒体高血压

王志红　李雪

（成都体育学院，四川成都610041）



运动与线粒体高血压

王志红李雪

（成都体育学院，四川成都610041）

摘要：线粒体高血压是由于线粒体突变引起的一种母系遗传性高血压，线粒体DNA突变与高血压有密切的关系。线粒体tRNAIle基因突变在原发性高血压的发病机制中的作用不容忽视，可能作为临床上诊断及治疗原发性高血压的新靶点。以线粒体基因突变在原发性高血压发病机制中的作用为角度进行综述研究，为原发性高血压患者的诊断和治疗提供理论基础。

关键词：线粒体体；高血压；运动

线粒体是一种具有半自主性的细胞器，并有自身独特的遗传系统［2］。人类线粒体DNA是长16569bp的双链环状分子，每个mtDNA分子编码13个蛋白亚单位，2个与这些基因翻译有关的RNA（12SrRNA和16SrRNA）和22个转录RNA，其中这13个亚单位与核DNA编码的其他亚单位共同组成呼吸链。此外，还含有一段与mtDNA复制、转录有关的非编码区（D环区）［3］。线粒体一般呈粒状或杆状，但随生物种类和生理状态而异，可呈环形、哑铃形、线状、分叉状或其他形状。一般直径0.5～1m、长1.5～3.0m，在胰脏外分泌细胞中可长达10～20m，称巨线粒体。线粒体由内、外两层膜封闭，包括外膜、内膜、膜间隙和基质4个功能区。外膜平滑，内膜折叠形成嵴，两层膜之间有腔，线粒体中央是基质。线粒体是细胞进行氧化代谢和形成ATP的主要场所，有细胞“动力工厂”之称［4］。在细胞凋亡过程中，线粒体发挥了关键的信号调控和放大作用。此外，一定的线粒体膜结构破坏会引起膜上鞘磷脂释放，引起GD3神经节苷脂瞬间的大量积累，而GD3过度表达的GD3合成酶也可诱导细胞发生凋亡［5］。

随着对线粒体研究的不断深入，线粒体已从生物能力学逐步向线粒体生物医学进行过渡，目前对线粒体的研究主要聚焦在线粒体生物能力学与能量代谢，运动对线粒体活性氧与细胞信号之间关联研究，运动对线粒体动态平衡的影响，线粒体病与相关神经性疾病的影响研究，线粒体对健康、衰老、疾病和细胞死亡以及线粒体DNA生物合成等的关联研究方面。目前已经发现，线粒体DNA A4435G和A4401G突变与高血压有密切的关系。这些突变导致线粒体RNA结构发生改变，蛋白合成障碍，最后致使线粒体能量代谢障碍，影响了血管内线粒体拷贝数的变化，使血管弹性发生变化（如硬化），致使血压升高。

1　线粒体与高血压

线粒体DNA突变是高血压发病的分子机制之一。薛凌［6］等指出，高血压相关的线粒体DNA突变改变了相应的线粒体tRNA的结构，导致线粒体tRN的代谢障碍。而线粒体tRNAs的代谢缺陷则影响蛋白质合成代谢水平、蛋白质翻译水平、呼吸链功能及氧耗率等，造成氧化磷酸化缺陷从而降低ATP的合成和增加活性氧的产生。因此，线粒体的功能缺陷可能在高血压的发生发展中起一定的作用。周林等［6］以高血压鼠（SHR）为研究对象，发现线粒体AT-Pase 6基因8701位碱基由G突变成A（G8701A），编码的第59位氨基酸由丙氨酸变成苏氨酸；由于ATPase 6基因是ATP酶复合物的重要组成部分，心脏又是高血压病的靶器官，由此认为ATPase6基因突变很可能与高血压病有关。这些基因突变均导致编码氨基酸的变化，这种变化可能引起ATPase活性变化，引起心肌肥厚和导致心肌收缩力改变。对正常成人、高血压病和冠心病心肌梗塞各6例患者的外周血白细胞线粒体ATPase6基因检测后，发现与SHR线粒体ATPase6基因改变相一致的现象。研究提示G8584A突变很可能在高血压病心肌肥厚的发生发展中具有意义，并可能是高血压病的特异性改变。朱海燕［7］等分析990例EH患者线粒体基因测序也发现，EH患者收缩压与线粒体A8343G、T8603C点突变及性别相关，动脉舒张压则与的线粒体基因A8343G点突变相关。提出线粒体多基因突变与环境因素协同作用影响EH患者的血压。朱海燕［8］等从线粒体基因突变与原发性高血压及左心室肥厚的相关研究中得出结论:一些特殊位点的点突变对线粒体功能的影响值得进一步研究，A8701G与C8414T突变可能影响了EH的发生发展进程。刘玲玲［9］等研究发现，线粒体转录因子结合位点1区域呈高变异状态，而且存在部分微卫星区的不稳定，mp152c及mp16189c的多态性变化可能是高血压的高风险位点。认为原发性高血压患者D环区基因高变异率及线粒体DNA控制区变异可能与高血压的发病存在密切的关联。

蓝云峰［10］在母性遗传高血压线粒体tRNA基因突变及脂联素通路的调控机制研究发现，携带mtDNA C15910T成员的细胞活力增加，增殖明显，提示mtDNA C15910T突变可能通过改变APN、AdipoR1、PGC-1α或APN、ERRα导致血压升高，诱发高血压的发生。朱海燕［11］等对990例中国原发性高血压患者及270例血压正常的对照人群线粒体基tRNAIle进行了测序分析发现，线粒体tRNAIle基因突变在原发性高血压的发病机制中的作用不容忽视，可能作为临床上诊断及治疗原发性高血压的新靶点。魏国良［12］研究发现，线粒体的功能状态受到高血压影响明显，尤其是在反应线粒体功能的一些指标（如细胞状态、ATP水平、ROS、线粒体膜电位水平等）。线粒体突变可能与高血压的发生发展存在一定的相关性。并推测mtDNA突变可能是通过改变线粒体能量的合成、活性氧的产生及钙稳态等线粒体功能来影响血压的。

综上所述，线粒体的突变作为高血压的发病机制之一已经得到证明，研究发现线粒体突变引起线粒体功能、能量以及线粒体的蛋白合成等方面的功能障碍，从而诱发甚至加剧高血压的发展。

2　运动对线粒体的影响

2.1运动与活性氧（ROS）

ROS可作为信号分子在调控细胞的增值、分化、凋亡及机体的免疫应答、衰老等过程中发挥重要的作用。运动性内源自由基及其引发的脂质过氧化可能通过一系列的作用途径导致运动性疲劳的发生，内源性自由基增多还可以引发脂质过氧化加强与运动性肌肉损伤［13］。

实验已经证明，在有规律性的运动锻炼后心肌的功能和形态会有较大程度适应性的变化，其中最为显著的变化是线粒体数目的增多以及相关酶活性改善，对线粒体的功能和数目有一个整体性的提升，也称之为线粒体的生物发生。何强［14］研究发现，耐力训练可以诱导的小鼠心肌线粒体的生物发生，发生的机制可能与PGC-1α、PGC-1β、Tfam、TFB1M和TFB2M等基因有关。蔡明春［15］等研究发现，缺氧复合运动可改善心肌线粒体3态呼吸，ATP合成酶α亚基表达增加，这提示了缺氧复合运动后心肌ATP产生效率增加，有氧氧化代谢增强。大鼠心衰后，进行运动训练能促进心肌线粒体的生物合成［16］。此外，运动训练也能作为治疗手段，比如，游泳训练可有效改善II型糖尿病造成的线粒体功能紊乱，通过抑制动力学蛋白异常改变，增加线粒体数量及再平衡线粒体质量调控体系而发挥重要作用［17］。

2.2运动与线粒体自噬

细胞自噬是在营养缺乏条件下，真核生物中细胞内物质进行循环利用的重要生理过程，在细胞内蛋白质和细胞器质量控制中发挥关键作用［12］，自体吞噬相关基因与骨骼肌衰老过程有紧密关系。衰老过程中分解代谢加强，机体发生需要一系列自体吞噬途径清除功能损害的细胞器或大分子等，体育锻炼起到促进机体新陈代谢作用，可有效提高线粒体的代谢水平。

由此可知，线粒体的更新同样需要自噬途径参与，高功能的线粒体可以产生充足的ATP，膜电位较高，较少产生ROS及氧化修饰蛋白，有高水平的OPA1可通过稳定线粒体嵴防止细胞凋亡，能够继续参加融合和分裂过程；而那些膜电位和OPA1低的损伤线粒体则不能进入融合过程，将被自噬途径清除。因此，自噬过程对维持足量高功能线粒体非常重要［18］。

运动能有效促进线粒体自噬功能。刘静霞［19］研究发现，耐力训练可上调自体吞噬相关基因LC3，ATG7，Beclin-1mRNA。这提示了线粒体自体吞噬通过耐力训练有增强的趋势，并指出这可能和运动过程中分解代谢增强有关。同时，p53抑制剂可通过p53对线粒体自体吞噬可能通路的影响与自体吞噬相关基因进行转录，从而提高线粒体的自噬水平。

3　小结

线粒体作为动力工厂，在细胞的能量代谢、衰老等过程都起重要作用。通过综述证明，运动能够有效地促进线粒体的功能提高及线粒体代谢能力。而运动作为有效的手段与线粒体的功能改善有着密切的关系。但需要提出的是，过量的、不科学的运动会损坏线粒体的功能。因此，只有通过合理的，科学的运动才能达到改善线粒体功能，发挥其在能量代谢、预防相关疾病方面的作用。值得注意的是，线粒体基因突变在原发性高血压的发病机制中的作用不容忽视，可能作为临床上诊断及治疗原发性高血压的新靶点。因此，线粒体的可塑性能否作为高血压的治疗和预防的手段值得进一步去研究。

参考文献

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Sports and Mitochondria High Blood Pressure

WANG Zhi-Hong，etal.
（Chengdu institute of PE，Chengdu 610041，Sichuan，China）

Abstract:the mitochondria of high blood pressure is caused by the mitochondrial mutations in a maternal genetic hypertension，mitochondrial DNA mutations have close relationship with hypertension. The role of Mitochondrial tRNAIle gene mutation in the pathogenesis of primary hypertension should not be ignored，would be taken probably as a novel target for clinical diagnosis and treatment of primary hypertension. This paper summarizes research on the role of mitochondrial gene mutations in the pathogenesis of primary hypertension，to provide theoretical basis for the diagnosis and treatment of patients with essential hypertension（eh）.

Keywords:mitochondria body；high blood pressure；sports

作者简介：王志红（1991 -），江西瑞金人，研究生，研究方向：运动人体科学。