卡(kǎ)爾文(wén)跑步機(jī)助力SCI：運動(dòng)訓練对(duì)小鼠心(xīn)髒功能(néng)及(jí)心(xīn)肌線(xiàn)粒(lì)體(tǐ)自(zì)噬的(de)影響

一(yī)、研究背景與(yǔ)目的(de)

- 背景：心(xīn)力衰竭（HF）是(shì)全(quán)球棘手(shǒu)的(de)公(gōng)共衛生(shēng)问題(tí)，影響超3800万(wàn)人(rén)，患者(zhě)生(shēng)活質(zhì)量低(dī)、预後(hòu)差，1年死亡率30%-40%，5年死亡率超50%。運動(dòng)心(xīn)髒康複是(shì)HF管(guǎn)理的(de)重(zhòng)要(yào)部(bù)分(fēn)，但不(bù)同運動(dòng)方(fāng)式对(duì)不(bù)同病因(yīn)HF的(de)心(xīn)髒結構和(hé)功能(néng)益處(chù)尚無共識，且(qiě)線(xiàn)粒(lì)體(tǐ)自(zì)噬（mitophagy）在其(qí)中(zhōng)的(de)作(zuò)用(yòng)不(bù)明(míng)。

- 目的(de)：探究8周中(zhōng)等强度(dù)持(chí)续訓練（MICT）和(hé)高(gāo)强度(dù)間(jiān)歇訓練（HIIT）对(duì)缺血(xuè)性(xìng)和(hé)压力超負荷性(xìng)心(xīn)力衰竭小鼠心(xīn)髒結構、功能(néng)的(de)影響，以(yǐ)及(jí)線(xiàn)粒(lì)體(tǐ)自(zì)噬在其(qí)中(zhōng)的(de)作(zuò)用(yòng)機(jī)制。

西(xī)安(ān)交通(tòng)大(dà)學(xué)附屬第(dì)二(èr)醫院(yuàn)在《Experimental Physiology》發(fà)表(biǎo)文(wén)章“Exercise training improves cardiac function and regulates myocardial mitophagy differently in ischaemic and pressure-overload heart failure mice" ，研究表(biǎo)明(míng)運動(dòng)可(kě)通(tòng)过(guò)改善心(xīn)肌自(zì)噬和(hé)線(xiàn)粒(lì)體(tǐ)自(zì)噬發(fà)揮心(xīn)髒保护作(zuò)用(yòng)，且(qiě)这(zhè)种改善並(bìng)非(fēi)單純劑量依賴，與(yǔ)運動(dòng)对(duì)心(xīn)髒功能(néng)的(de)促進(jìn)作(zuò)用(yòng)不(bù)一(yī)致(zhì)；多(duō)种線(xiàn)粒(lì)體(tǐ)自(zì)噬通(tòng)路(lù)（尤其(qí)是(shì)PRKN依賴通(tòng)路(lù)）參與(yǔ)其(qí)中(zhōng)，心(xīn)肌对(duì)運動(dòng)的(de)反(fǎn)應(yìng)具有(yǒu)運動(dòng)方(fāng)式和(hé)病因(yīn)依賴性(xìng)。

二(èr)、研究方(fāng)法(fǎ)

（一(yī)）實(shí)验(yàn)動(dòng)物(wù)與(yǔ)分(fēn)組

- 选用(yòng)8周齡雄性(xìng)C57BL/6J野生(shēng)型小鼠，構建两(liǎng)种HF模型：通(tòng)过(guò)左(zuǒ)前(qián)降支結紮（LAD）建立心(xīn)肌梗死（MI）缺血(xuè)性(xìng)HF模型，通(tòng)过(guò)主(zhǔ)動(dòng)脈縮窄(zhǎi)（TAC）建立压力超負荷性(xìng)HF模型。

- 小鼠随機(jī)分(fēn)为(wèi)假手(shǒu)術(shù)組（SHAM）、久坐組（SED）、MICT組、HIIT組，每組6只(zhī)。

（二(èr)）運動(dòng)方(fāng)案(àn)

- 适應(yìng)期(qī)：共3天(tiān)，第(dì)1天(tiān)跑步機(jī)速度(dù)0.0m/min，持(chí)续15min；第(dì)2天(tiān)5.0m/min，15min；第(dì)3天(tiān)10.0m/min，10min。

- 運動(dòng)能(néng)力測試：热(rè)身(shēn)5min（6.0m/min），初始(shǐ)速度(dù)9.0m/min，每3min增加3.0m/min直(zhí)至(zhì)力竭，通(tòng)过(guò)校(xiào)正(zhèng)峰(fēng)值速度(dù)（Vpeak）評估運動(dòng)能(néng)力，訓練前(qián)後(hòu)及(jí)中(zhōng)期(qī)各(gè)測1次(cì)。

- 訓練期(qī)：每周5天(tiān)，共8周，每天(tiān)60min。MICT强度(dù)为(wèi)65%-70%Vpeak；HIIT含6min热(rè)身(shēn)（50-60%Vpeak）、8組間(jiān)歇訓練（4min 85-90%Vpeak+2min 50-60%Vpeak）、6min冷(lěng)身(shēn)（50-60%Vpeak）。

實(shí)验(yàn)方(fāng)法(fǎ)：

運動(dòng)方(fāng)案(àn)包(bāo)括3天(tiān)的(de)适應(yìng)期(qī)、運動(dòng)能(néng)力測試，以(yǐ)及(jí)術(shù)後(hòu)2个(gè)月(yuè)使用(yòng)KW-PT小動(dòng)物(wù)跑步機(jī)(中(zhōng)國(guó)南(nán)京(jīng)卡(kǎ)爾文(wén))進(jìn)行的(de)8周訓練期(qī)(图(tú)1a)。跑步带後(hòu)面(miàn)的(de)電(diàn)网(wǎng)開(kāi)關(guān)處(chù)于(yú)關(guān)闭狀态，以(yǐ)防止老(lǎo)鼠在跑步機(jī)上(shàng)觸電(diàn);在電(diàn)网(wǎng)前(qián)面(miàn)放(fàng)置障礙物(wù)，以(yǐ)防止老(lǎo)鼠在未通(tòng)電(diàn)的(de)電(diàn)网(wǎng)上(shàng)休息。跑步機(jī)的(de)傾斜度(dù)全(quán)程为(wèi)0°。(1)适應(yìng)期(qī)，第(dì)1天(tiān)跑步機(jī)速度(dù)为(wèi)0.0m/min，持(chí)续15 min;第(dì)2天(tiān)5.0 m/min，持(chí)续 15 分(fēn)鐘(zhōng);第(dì)3天(tiān)10.0 m/min 持(chí)续 10 分(fēn)鐘(zhōng)(Janice Sánchez等人(rén)，2019 年）

（三(sān)）檢測指标(biāo)與(yǔ)方(fāng)法(fǎ)

1. 心(xīn)髒結構與(yǔ)功能(néng)：術(shù)後(hòu)2个(gè)月(yuè)及(jí)訓練後(hòu)，采用(yòng)高(gāo)分(fēn)辨率小動(dòng)物(wù)超聲成(chéng)像系(xì)統（Vevo 2100）檢測左(zuǒ)心(xīn)室(shì)舒张(zhāng)末期(qī)內(nèi)徑（LVIDd）、收(shōu)縮末期(qī)內(nèi)徑（LVIDs）、射血(xuè)分(fēn)數（LVEF）、縮短分(fēn)數（FS）；通(tòng)过(guò)酶聯免疫法(fǎ)檢測血(xuè)清(qīng)腦鈉肽（BNP）濃度(dù)。

2. 心(xīn)肌病理形态：處(chù)死小鼠後(hòu)取(qǔ)心(xīn)髒，計(jì)算心(xīn)髒重(zhòng)量/體(tǐ)重(zhòng)（HW/BW）、心(xīn)髒重(zhòng)量/胫骨(gǔ)长(cháng)度(dù)（HW/TL）、左(zuǒ)心(xīn)室(shì)質(zhì)量指數（LVMI）、右(yòu)心(xīn)室(shì)質(zhì)量指數（RVMI）；進(jìn)行HE染色(sè)觀察心(xīn)肌纖維，Masson三(sān)色(sè)染色(sè)觀察心(xīn)肌間(jiān)質(zhì)纖維化(huà)並(bìng)計(jì)算胶(jiāo)原體(tǐ)積分(fēn)數（CVF）。

3. 自(zì)噬與(yǔ)線(xiàn)粒(lì)體(tǐ)自(zì)噬相關(guān)指标(biāo)：采用(yòng)實(shí)时(shí)熒光(guāng)定(dìng)量RT-PCR檢測自(zì)噬（Map1lc3b、Sqstm1）和(hé)線(xiàn)粒(lì)體(tǐ)自(zì)噬（Pink1、Prkn、Becn1、Bnip3、Hif1α）相關(guān)基因(yīn)mRNA表(biǎo)达(dá)；Western blotting檢測相關(guān)蛋白(bái)（LC3B、P62、PINK1、PRKN、BECN1、BNIP3、HIF1α）表(biǎo)达(dá)；通(tòng)过(guò)lv喹抑制自(zì)噬體(tǐ)與(yǔ)溶酶體(tǐ)融合，檢測心(xīn)肌自(zì)噬流。

三(sān)、研究結果(guǒ)

（一(yī)）模型構建验(yàn)證

- 術(shù)後(hòu)2个(gè)月(yuè)，MI組小鼠出(chū)現(xiàn)毛發(fà)晦暗(àn)、乏力、气(qì)短，運動(dòng)能(néng)力顯著下(xià)降（P<0.01），LVIDs升(shēng)高(gāo)（P<0.01），LVEF、FS降低(dī)（P<0.0001）；TAC組小鼠無明(míng)顯外(wài)觀异(yì)常，運動(dòng)能(néng)力略有(yǒu)下(xià)降但不(bù)顯著，LVIDd、LVIDs縮小（P<0.0001），LVEF、FS升(shēng)高(gāo)（P<0.05/P<0.01）。两(liǎng)組血(xuè)清(qīng)BNP均顯著高(gāo)于(yú)假手(shǒu)術(shù)組（P<0.0001），模型構建成(chéng)功。

（二(èr)）運動(dòng)对(duì)心(xīn)髒結構與(yǔ)功能(néng)的(de)影響

1. 缺血(xuè)性(xìng)HF（MI組）：MICT顯著提(tí)高(gāo)LVEF、FS（P<0.05），降低(dī)LVIDs、BNP（P<0.01/P<0.0001）；HIIT仅顯著降低(dī)BNP（P<0.0001），对(duì)LVIDd、LVIDs、LVEF、FS無顯著改善。

2. 压力超負荷性(xìng)HF（TAC組）：MICT和(hé)HIIT均顯著提(tí)高(gāo)LVEF、FS（P<0.001/P<0.0001），降低(dī)LVIDd、LVIDs、BNP（P<0.0001），且(qiě)HIIT在降低(dī)BNP方(fāng)面(miàn)更(gèng)優（P<0.0001）。

3. 運動(dòng)能(néng)力：MICT顯著提(tí)高(gāo)两(liǎng)种HF小鼠的(de)運動(dòng)能(néng)力（P<0.001/P<0.0001），且(qiě)優于(yú)HIIT（P<0.05）；HIIT仅呈改善趨勢，無顯著差异(yì)。

（三(sān)）運動(dòng)对(duì)心(xīn)肌病理形态的(de)影響

- 久坐組HF小鼠心(xīn)髒偏大(dà)，心(xīn)肌纖維紊亂、斷裂，心(xīn)室(shì)腔擴大(dà)、室(shì)壁(bì)變(biàn)薄，纖維化(huà)顯著（P<0.0001）。MICT和(hé)HIIT均能(néng)不(bù)同程度(dù)逆轉(zhuǎn)心(xīn)肌肥大(dà)和(hé)重(zhòng)構，減少間(jiān)質(zhì)纖維化(huà)（P<0.01/P<0.0001），且(qiě)改善趨勢與(yǔ)心(xīn)髒功能(néng)結果(guǒ)一(yī)致(zhì)。

（四(sì)）運動(dòng)对(duì)自(zì)噬與(yǔ)線(xiàn)粒(lì)體(tǐ)自(zì)噬的(de)影響

1. 自(zì)噬：HF小鼠心(xīn)肌自(zì)噬流受抑，MICT和(hé)HIIT可(kě)改善自(zì)噬流。MI組中(zhōng)HIIT提(tí)升(shēng)自(zì)噬相關(guān)指标(biāo)更(gèng)顯著，TAC組中(zhōng)MICT提(tí)升(shēng)更(gèng)顯著（如(rú)TAC組MICT顯著提(tí)高(gāo)LC3II/LC3I和(hé)LC3II/GAPDH比值，P<0.01）。

2. 線(xiàn)粒(lì)體(tǐ)自(zì)噬：HF小鼠線(xiàn)粒(lì)體(tǐ)自(zì)噬相關(guān)基因(yīn)和(hé)蛋白(bái)表(biǎo)达(dá)降低(dī)，MICT和(hé)HIIT可(kě)上(shàng)調其(qí)表(biǎo)达(dá)，但作(zuò)用(yòng)因(yīn)模型而(ér)异(yì)。MI組中(zhōng)HIIT对(duì)PINK1、PRKN等提(tí)升(shēng)更(gèng)顯著，TAC組中(zhōng)MICT更(gèng)有(yǒu)效；相關(guān)性(xìng)分(fēn)析顯示，缺血(xuè)性(xìng)HF中(zhōng)PINK1、PRKN、BECN1、HIF1α與(yǔ)LVEF、FS正(zhèng)相關(guān)（P<0.05/P<0.01/P<0.0001），压力超負荷性(xìng)HF中(zhōng)主(zhǔ)要(yào)是(shì)PRKN依賴通(tòng)路(lù)發(fà)揮作(zuò)用(yòng)（P<0.01）。

四(sì)、研究結論

1. 運動(dòng)方(fāng)式选擇：MICT是(shì)改善缺血(xuè)性(xìng)心(xīn)力衰竭心(xīn)髒結構和(hé)功能(néng)的(de)“最(zuì)佳"方(fāng)式；MICT和(hé)HIIT（尤其(qí)是(shì)HIIT）均适用(yòng)于(yú)压力超負荷性(xìng)心(xīn)力衰竭，且(qiě)MICT在提(tí)升(shēng)两(liǎng)种HF小鼠運動(dòng)能(néng)力方(fāng)面(miàn)有(yǒu)独特(tè)優勢。

2. 機(jī)制作(zuò)用(yòng)：運動(dòng)可(kě)通(tòng)过(guò)改善心(xīn)肌自(zì)噬和(hé)線(xiàn)粒(lì)體(tǐ)自(zì)噬發(fà)揮心(xīn)髒保护作(zuò)用(yòng)，且(qiě)这(zhè)种改善並(bìng)非(fēi)單純劑量依賴，與(yǔ)運動(dòng)对(duì)心(xīn)髒功能(néng)的(de)促進(jìn)作(zuò)用(yòng)不(bù)一(yī)致(zhì)；多(duō)种線(xiàn)粒(lì)體(tǐ)自(zì)噬通(tòng)路(lù)（尤其(qí)是(shì)PRKN依賴通(tòng)路(lù)）參與(yǔ)其(qí)中(zhōng)，心(xīn)肌对(duì)運動(dòng)的(de)反(fǎn)應(yìng)具有(yǒu)運動(dòng)方(fāng)式和(hé)病因(yīn)依賴性(xìng)。