有氧运动诱导衰老血管功能重塑的平滑肌K+通道机制

血管衰老是人体衰老的关键始发因素，探讨血管衰老机理和寻找延缓血管老化的策略已成为国内外的研究热点。适度运动对增强血管功能和维持血压恒定具有积极意义。运动可引起血管结构与功能的重塑，主要体现在血管内皮和血管平滑肌细胞(VSMC)上。以往有关运动对血管功能影响的研究多集中在心血管疾病治疗方面，且多关注内皮功能重塑，对VSMC功能重塑的研究十分有限，而后者对血管衰老的发生和防治至关重要。钾通道(KCa、KATP等)广泛分布于VSMC上，是膜电位和血管张力的主要调节因素，增龄可致其功能改变。本课题拟将膜片钳技术应用于运动干预血管衰老的机理研究中，于衰老大鼠施加有氧训练，结合动态心血管功能监测、离体动脉反应性及细胞内钙测定、BK通道蛋白表达和全细胞及单通道电流检测，系统探讨运动诱导衰老血管功能重塑的VSMC钾通道机理，为有氧运动改善血管衰老的细胞学机制提供实验依据，并为合理运动方案的制定奠定基础。

本课题于衰老大鼠施加不同频率的有氧运动刺激，从整体水平、组织器官水平、细胞和分子水平三个层次系统探讨了有氧运动诱导衰老血管功能重塑的平滑肌膜钾通道机制。研究选用老年雄性Wistar大鼠（19-21月龄），随机分为安静对照组（O-SED）和老年运动组（O-EX），并和2月龄青年组进行对比（Young）。实验采用膜片钳电生理学技术，结合以透射电镜、心血管功能动态监测、离体血管环收缩性能检测、免疫组化和蛋白免疫印迹分析等多种实验方法。研究发现，增龄可导致大鼠收缩压和脉压显著增大，动脉超微结构发生改变；动脉舒张功能显著下降，其中血管平滑肌细胞（VSMC）的大电导钙激活钾通道（BKCa）功能下降发挥着重要作用；而免疫组化和蛋白免疫印迹分析检测发现BKCa通道功能下降主要源自BKCa通道α和β1亚基的非平行性下调，即β1亚基下调显著大于α亚基，从而导致通道的电压敏感性和钙敏感性下降，平均开放时间缩短而平均关闭时间延长，从而活性显著下降。有氧运动训练12周后，大鼠安静时收缩压和心率显著下降，心脏重量/体重比增加；动脉舒张功能得以改善，其中衰老所致的BKCa通道功能下调得到逆转；分子水平研究发现运动训练显著抑制了衰老所致的BKCa通道α和β1亚基的非平行性下调，使通道功能得以恢复，继而使增龄所致的血管张力增加得到改善，外周阻力下降，血压降低。研究还发现，改变运动频次（如每周3次和每周5次），效果有显著差异，每周5次效果更佳。该研究以动脉平滑肌的钾通道为切入点，聚焦于功能学，为有氧运动诱导衰老动脉功能重构的离子通道机制提供了电生理和分子方面的重要依据，对阐明有氧运动延缓血管衰老的生物学机理具有重要意义。该研究结论也为运动干预增龄导致的心血管疾病的方法学建立提供了基础实验依据，对改善老年人心血管机能、预防心血管疾病具有重要的临床应用价值和社会意义。