高原低氧训练中血红素加氧酶-1提高运动能力的作用机制研究

Heme oxygenase-1 (HO-1) catalyzes the rate-limiting step in heme degradation.HO-1 has been implicated in anti-oxidative, anti-inflammation and anti-apoptosis. Recently, we have found that middle intensity exercise can induce expression of HO-1 in plateau hypoxia environment. In addition, overexpression of HO-1 can enhance mice exercise capacity. According to preliminary results，we focus on the regulation of HO-1 in muscle mitochondrial biogenesis and fiber typeduring under plateau hypoxia environment. We expected to investigate the molecule mechanism of plateau hypoxia training effecting on muscle sports capability, at the same time, to give evidence to supporting improving the function state of athlete and increasing sports endurance and raising sports results while using HO-1.

血红素加氧酶-1（Heme oxygenase-1，HO-1）是血红素降解的限速酶，具有抗氧化、抗炎、抗凋亡等多种生理功能。国内外有关HO-1与运动能力的研究刚刚起步，我们在前期研究中证实高原训练可明显诱导小鼠骨骼肌中HO-1的表达增加，并且全身过表达HO-1的转基因小鼠在高原训练中的运动能力明显增强，提示HO-1在高原训练中具有提高运动能力的重要作用，但就其机制的研究尚未开展。因此本研究将依据前期实验结果，利用全身过表达HO-1转基因小鼠和HO-1显性负性突变体转基因小鼠，进一步研究HO-1对骨骼肌线粒体生物合成及肌纤维类型转换的调节作用及相关分子通路，从而阐明HO-1在高原训练中提高运动能力的部分分子机制，以期能更好地完善高原训练提高运动能力的机制和利用HO-1改善运动员机能状态等方面提供理论和实验依据。

目的：探讨血红素加氧酶-1(Heme Oxygenase-1，HO-1)在低氧训练中对小鼠骨骼肌纤维组成和线粒体含量及生物合成的调节作用。方法：将8w雄性过表达HO-1转基因小鼠和野生小鼠分为6组：野生小鼠低氧静息组（C）、过表达HO-1转基因小鼠低氧静息组（H）、野生小鼠低氧训练30d组（C+T30）、野生小鼠低氧训练60d组（C+T60）、过表达HO-1转基因小鼠低氧训练30d组（H+T30）和过表达HO-1转基因小鼠低氧训练60d组（H+T60）。低氧训练（海拔2261m。20m/min，坡度5°，60min/d，5d/w，共4w）结束后记录各组小鼠力竭运动时间；行ATP酶染色后计算各型肌纤维的面积百分比；电镜检测骨骼肌线粒体数量；JC-1荧光探针检测线粒体膜电位；萤光素酶发光法检测线粒体ATP合成活性；用real time PCR、western blot法检测骨骼肌肌红蛋白（myoglobin）、PGC-1α、HO- 1和COX IV表达量。结果：与各自静息组相比，低氧训练30d组和60d组小鼠力竭运动时间均延长（P<0.05）；与野生小鼠相比，过表达HO-1的转基因小鼠经低氧训练后力竭运动时间延长显著（P<0.01）。与C组相比，C+T60组小鼠红肌纤维增多（P<0.05）；与H组相比，H+T30组和H+T60组小鼠红肌纤维均显著增多（P<0.01）；过表达HO-1转基因小鼠经过低氧训练后红肌纤维较野生小鼠增多显著（P<0.01）。与静息组小鼠相比，低氧训练后各组小鼠骨骼肌中myoglobin的表达增加（P<0.05），同时伴随PGC-1α表达增加（P<0.05），尤以过表达HO-1小鼠显著（P<0.05）。与野生小鼠低氧静息组相比，野生小鼠低氧训练30 d组和过表达HO-1转基因小鼠低氧训练30 d组线粒体数目略有增多，线粒体膜电位和ATP合成增加，HO-1、COX IV和PGC-1α蛋白表达量增加；与野生小鼠低氧训练组相比，过表达HO-1转基因小鼠低氧训练30 d组力竭运动时间明显增加，线粒体数目显著增多，线粒体膜电位和ATP合成增加，COX IV和PGC-1α蛋白表达量显著增加。结论：过表达HO-1在低氧训练中可显著提高小鼠运动耐力，其机制可能是通过HO-1增加PGC-1α的表达促进骨骼肌红肌纤维增加和骨骼肌线粒体数量和生物合成增加有关。