孔海军1,2 谌晓安2 李新龙1∗
1 喀什大学体育学院
研究证实，适度的体育运动可诱导心脏形态、结构和功能的良性变化，但长期力竭运动可能对心血管系统产生负性影响，甚至导致运动性心肌损伤。在持续力竭运动中，内源性活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成增多，ROS清除能力受限，过量的ROS诱导心肌细胞功能障碍、蛋白质和脂质过氧化、DNA损伤。此外，长期力竭运动可诱导机体广泛的炎症反应，炎症细胞浸润造成心肌细胞结构和功能障碍。力竭运动诱发的氧化应激和炎症反应激活了多种心肌肥大信号激酶和转录因子，并通过DNA和线粒体损伤以及促凋亡信号的激活诱导细胞凋亡。研究发现，6周力竭运动可通过上调大鼠心肌细胞Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)/B淋巴细胞瘤-2基因(B cell iymphoma-2,Bcl-2)表达比率激活心肌细胞的凋亡程序并加速心脏结构功能性“重塑”过程。 此外，亦有研究证实，长期力竭运动诱导的心肌细胞外基质成分沉积及纤维化可能与细胞凋亡密切相关。
沙棘(sea-buckthorn)属胡颓子科，是我国传统药用和食用植物，其抗氧化、抗肿瘤和抗凋亡效果已得到广泛证实。沙棘黄酮(sea-buckthorn flavone,SF)是沙棘最重要的活性组分，50~250μg/mL SF可改善小鼠细胞吞噬能力且有效抑制Raw 264.7细胞内氧化应激、炎症反应标志物生成；4g/kg SF灌胃联合有氧运动可抑制大鼠海马组织凋亡反应。但现阶段尚缺乏SF对长期力竭运动大鼠心肌保护作用的相关研究。基于此，本研究拟通过长期力竭运动建立运动性心肌损伤大鼠模型，研究SF对长期力竭运动大鼠心肌损伤的干预作用，从而为运动性心肌损伤的预防和康复提供实验依据。
系统、科学的运动训练可使心脏产生良性适应 性变化，但长期力竭运动可能通过炎症反应、氧化应激反应、细胞凋亡激活和纤维化增生等方式对心肌组织产生不良影响。有研究证实，长期力竭运动可能通过激活心肌细胞氧化应激反应并介导凋亡程序，ROS与Caspase-3途径活化过程密切相关，可诱导线粒体损伤并导致心肌机械功能障碍。同时，细胞因子释放、中性粒细胞浸润诱导的炎症反应可能是细胞凋亡的始动因素，凋亡的发生也为组织炎症反应的加剧提供了条件。研究发现，力竭运动后心肌凋亡基因表达谱的变化，心肌促凋亡基因表达和Bax/Bcl-2比值显著上调。本实验也观察到类似的结果，长期力竭运动导致大鼠心肌MDA、IL-1β、IL-6、TNF-α水平和Caspase-3、Bax蛋白表达、Bcl-2/Bax比值均显著升高显著上升，SOD、GSH-Px水平和Bcl-2蛋白表达显著降低，表明长期力竭运动加剧氧化应激和炎症反应并诱导了大鼠心肌组织凋亡程序激活。
研究发现，超负荷运动刺激可通过多种途径诱导心肌组织纤维化，且心肌组织的凋亡激活可能加速胶原蛋白合成及心肌纤维化进程。长期力竭运动通过诱导机体微环境损伤(炎症反应、细胞凋亡等)促进心肌组织梗死及纤维化。长期力竭运动可能通过大鼠TNF-α和细胞间黏附分子-1等前炎症细胞因子表达诱导心肌组织炎症反应，构成运动性心肌组织结构微损伤及心房纤维化。力竭运动诱导的心肌氧化应激反应可能进一步诱导了心肌纤维化，但目前尚缺乏直接的证据。此外，研究发现，6w力竭运动可能通过上调大鼠心肌组织Bax/Bcl-2比值并激活p38 MAPK/Smad2/3信号通路，进而诱导心肌纤维化及成纤维细胞增殖。本试验与既往研究一致，本实验采用长期力竭跑台运动建立运动性心肌损伤动物模型，结果发现，长期力竭运 动大鼠表现为血清心肌损伤标志物上调，心肌组织氧化应激、炎症反应及细胞凋亡加剧，组织形态发生改变并呈现纤维化。
现阶段尚缺乏SF对力竭运动诱导心肌损伤的干预效果研究，但部分植物源性黄酮提取物的侧面干预证据显示，多种植物性黄酮提取物对运动性心肌损伤的防治效果。本试验中，与模型组比较，中、高剂量SF(200、400mg/kg)可有效降低大鼠血清心肌损伤标志物，同时心肌HE染色显示，中、高剂量SF(200、400 mg/kg)有效减轻了长期力竭训练造成的心肌组织形态损伤。目前，SF的抗氧化及抗炎活性效果已得到广泛认可，本研究亦支撑了既往研究结论。在本研究中亦证实，补充200、400mg/(kg·d)SF可有效抑制心肌组织氧化应激、炎症反应及血清心肌损伤标志物表达，与模型组比较，100mg/kg SF灌胃也可降低长期力竭训练大鼠心肌组织炎症因子、氧化应激水平，但其作用效果并不显著。研究表明，沙棘水提物可抑制人永生化角质形成细胞凋亡并促进其增殖，同时参与多靶向下游凋亡信号通路调控。此外，沙棘多糖灌胃(200mg/kg)可抑制脓毒症诱导肝损伤小鼠肝细胞凋亡，上调脓毒症小鼠肝脏过氧化物酶体增殖物激活受体γ、Bcl-2表达并下调NF-κB、Bax、Caspase-3表达。
本研究发现，经SF干预后，力竭运动大鼠心肌Caspase-3、Bax蛋白表达和Bcl-2/Bax比值均显著上升、Bcl-2蛋白表达显著降低，证明SF(100、200、400mg/(kg·d))可抑制长期力竭运动诱导的心肌细胞凋亡反应。 研究表明，沙棘总黄酮可通过抑制兔耳增生性瘢痕组织炎症反应和氧化应激反应降低纤维化相关蛋白表达，进而降低纤维化组织肌成纤维细胞转化效率并抑制增生性瘢痕的进展。黄酮类活性物质通过上调成纤维细胞生长因子21蛋白表达，抑制转化生长因子-β1信号通路诱导下调心肌纤维化标志物CTGF、Collagen-I及Collagen-III表达，进而减轻心肌纤维化、氧化应激和细胞凋亡，最终改善心肌纤维化小鼠心脏功能。本实验也得到类似的结果，长期力竭运动显著上调大鼠心肌组织CTGF、Collagen-I蛋白表达及心肌组织 CVF，SF(100、200、400 mg/(kg·d))可有效抑制心肌组织纤维化。
综上所述，本研究表明6周连续力竭运动诱导大鼠心肌组织氧化应激、炎症反应加剧，引发心肌细胞凋亡及纤维化，导致心肌组织损伤。SF可有效缓 解长期力竭运动大鼠心肌组织氧化应激和炎症反应，抑制心肌细胞凋亡及心肌纤维化，进而发挥心肌保护效应。该研究成果发表在《天然产物研究与开发》2024年第6期，欢迎引用(点击左下方“阅读原文”可查看全文)。
引用格式：孔海军,谌晓安,李新龙.沙棘黄酮对长期力竭运动大鼠心肌保护作用的机制研究[J].天然产物研究与开发,2023,36:954-962. Kong HJ,Chen XA,Li XL.Mechanism of sea-buckthorn flavone on myocardial protection in rats after long-term exhausted exercise[J].Nat Prod Res Dev,2023,36:954-962.
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