冬泳對大鼠骨骼肌UCP基因表達的影響

李金輝,邵淑麗

冬泳對大鼠骨骼肌UCP基因表達的影響

李金輝1,邵淑麗2

1.齊齊哈爾大學(xué)體育學(xué)院,黑龍江齊齊哈爾161000
2.齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院,黑龍江齊齊哈爾161000

為研究冬泳對大鼠體脂含量及骨骼肌UCP基因表達的變化情況，本文把48只SD大鼠隨機分為安靜組A、3 min游泳組B每組8只，30 min游泳組C和冬泳組D每組16只，測定大鼠體脂含量及骨四頭肌UCP基因的表達情況。結(jié)果表明：C、D組體脂含量低于A、B組，差異極顯著（P＜0.01），C、D組UCP mRNA表達極顯著地高于A、B組（P＜0.01），D組運動后即刻UCP mRNA表達極顯著地高于C組（P＜0.01）,因而冬泳大鼠機體在外界低溫的刺激下發(fā)生了誘導(dǎo)上調(diào)反應(yīng)，骨骼肌UCP基因表達升高。

冬泳;大鼠;體脂含量;UCP基因表達

冬泳是集防病、健身、抗衰為一體的運動項目，是利用機體可接受的冷刺激量來調(diào)節(jié)各系統(tǒng)的功能，對機體產(chǎn)生積極作用的群眾性體育項目。對機體呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)等產(chǎn)生積極作用[1]。酯類作為能量物質(zhì)在生物體內(nèi)儲存，當(dāng)機體運動量過大時，可以通過酯類供能，體脂含量還能夠保護機體熱量的散失，維持正常體溫，決定了一次冬游時間的長短。UCP是線粒體陰離子載體蛋白家族中的成員，位于線粒體內(nèi)膜。UCP基因表達受多重調(diào)節(jié)，運動量、冷刺激以及T3、視黃酸、胰島素等對UCP基因家族的表達都有影響。寒冷使棕色脂肪線粒體上UCP含量增加，活性增強，當(dāng)機體感受寒冷時，解除了正常生理狀態(tài)下抑制UCP嘌呤核苷酸的結(jié)合，使UCP質(zhì)子通道打開，導(dǎo)致氧化磷酸化解偶聯(lián)而產(chǎn)熱。

1 材料與方法

1.1實驗動物

清潔級SD雄性大鼠48只，體重240～280 g，按照體重隨機分為四組：安靜組A、3 min游泳組B每組8只，30 min游泳組C和冬泳組D每組16只。動物于PLA-2型自動送風(fēng)養(yǎng)鼠籠中飼養(yǎng)，籠內(nèi)溫度24±2℃，相對濕度40～60%，自由飲食飲水，飼料為購于吉林大學(xué)實驗動物中心的維持飼料，照明隨同室內(nèi)自然光變化[2]。

1.2試劑與儀器

乙醚溶液500 mL，5×TBE濃縮儲液，0.5 mol/L EDTA，溴化乙錠溶液0.5 mg/mL，氯仿，異丙醇，75%乙醇，0.1%DEPC水，Trizol試劑，吖啶橙染液，北京鼎國通用型RT-PCR試劑盒，山東產(chǎn)202型烘干箱，Germany MLE Z323K臺式高速冰凍離心機，北京產(chǎn)索氏提取器，北京產(chǎn)ECP3000電泳儀，USA UVP GDS-8000紫外凝膠成像系統(tǒng)，UK TECHNE FFG02HSD PCR儀。

1.3實驗方法

3 min游泳對照B組接受水溫22℃的游泳訓(xùn)練，30 min游泳C組接受適應(yīng)訓(xùn)練后，遞增3 min/d至30 min，水溫22℃，冬泳D組接受適應(yīng)訓(xùn)練后，從22℃水溫開始每天遞減2℃，降至8℃，3 min/d，各組大鼠每周游泳6 d，上午進行，共計6周。大鼠均在長為100 cm，寬為40 cm，水深為60 cm的水池中游泳。室內(nèi)水槽自然狀態(tài)下水溫22℃，冬泳水溫控制采用水槽中加冰的方法降2℃/d，逐漸降水溫至8℃[3]。

1.4統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS17.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，組間比較使用一維方差分析（One-way ANOVA），所有數(shù)值均用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean±SD）。用Origin7.5進行柱狀圖比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1體脂含量的變化

冬泳訓(xùn)練后體酯含量結(jié)果見表1，結(jié)果顯示A、B組體酯含量較高，C、D組體酯含量較低，差異極顯著。C組與D組相比體酯含量較低，差異顯著。

表1 體酯含量變化(Mean±SD)Table 1 The content change of body ester(Mean±SD)

2.2UCP基因RT-PCR電泳結(jié)果

骨骼肌UCP基因RT-PCR電泳各條帶凝膠密度分析結(jié)果見表2，UCP基因可以在大鼠股四頭肌骨骼肌中表達，C組、D組與A組、B組相比UCP基因的mRNA表達量有明顯增高趨勢，差異極顯著，且C組和D組之間的mRNA表達量也存在極顯著差異。

表2 大鼠骨骼肌UCP基因與內(nèi)參照條帶的灰度比結(jié)果（Mean±SD）Table 2 Results of rat skeletal muscle UCPgenes and the gray ratio of inner reference stripe

根據(jù)C組、D組大鼠運動后即刻與恢復(fù)24 h后股四頭肌UCP基因RT-PCR電泳條帶凝膠密度分析結(jié)果，將游泳恢復(fù)前后的數(shù)據(jù)作圖，結(jié)果見圖1，冬泳組與30 min游泳組相比，UCP基因的mRNA表達量有明顯增高趨勢，差異極顯著。經(jīng)過24 h恢復(fù)，二者UCP基因的mRNA表達量無明顯區(qū)別。

圖1冬泳組與30 min游泳組的相對表達量

Fig.1 The relative expression between winter swimming and swimming in 30 min

3 討論

脂類是油、脂肪、類脂的總稱，酯類可以維持正常體溫，并作為能量物質(zhì)在生物體內(nèi)儲存，當(dāng)機體運動量過大時，可以通過酯類供能[4]。冬泳運動后體酯含量的實驗結(jié)果表明A、B組體酯含量較高，C組、D組體酯含量較低，差異極顯著。C組、D組的大鼠在相應(yīng)的運動條件下都可以明顯的起到減少體脂含量的作用。C組與D組相比，差異顯著，由于C組大鼠游泳時間較長，進行的有氧運動，消耗的脂肪更多，所以體脂含量更低。

解偶聯(lián)蛋白UCP(Uncoupling Protein)是線粒體陰離子載體蛋白家族中的成員，位于線粒體內(nèi)膜。有實驗證明，UCP基因在轉(zhuǎn)染的酵母中過量表達可導(dǎo)致酵母線粒體膜電位降低，表明UCP具有解偶聯(lián)活性[5]。UCP能使線粒體呼吸鏈中ATP的合成解偶聯(lián)，因此把能量以熱能的形式驅(qū)散開，從而影響能量合成的效率。UCP基因表達受多重調(diào)節(jié)，運動量、冷刺激以及T3、視黃酸(RA)、胰島素、糖皮質(zhì)等激素對UCP基因家族的表達都有影響。UCP在組織中分布廣泛，主要在骨骼肌、脂肪組織和心臟表達最為密切，機體的一切運動由骨骼肌發(fā)起，任何動作都會導(dǎo)致UCP表達變化。

運動量對UCP基因表達的影響主要通過解偶聯(lián)作用降低線粒體膜質(zhì)子梯度，減少ATP生成，從而達到調(diào)節(jié)能量代謝的目的。能量物質(zhì)的氧化通過質(zhì)子流與ATP的合成偶聯(lián)，質(zhì)子電化學(xué)梯度在F0-F1-ATP合成酶作用下使ADP磷酸化，形成ATP。呼吸作用使氧消耗與ADP磷酸化形成ATP相互偶聯(lián)，運動量增加導(dǎo)致耗氧量增大，啟動UCP基因解偶聯(lián)機制。UCP的數(shù)量和活性決定機體的運動能力，當(dāng)大鼠運動時，解除了正常生理狀態(tài)下抑制作用，使UCP質(zhì)子通道打開，導(dǎo)致氧化磷酸化解偶聯(lián)而加快代謝。

同時UCP基因在脂肪組織中表達，它的另一個重要作用是調(diào)節(jié)脂肪的代謝[6]，通過驅(qū)散線粒體膜質(zhì)子梯度進行調(diào)節(jié)，當(dāng)外界溫度降低到一定程度后，就需要酯類物質(zhì)參與供能，UCP表達增強，需要更多能量通過UCP解偶聯(lián)，以熱能的形式散發(fā)出來。冷刺激對可使動物通過啟動與抗冷性有關(guān)的UCP基因進行表達，生物機體形成冷適應(yīng)后，表現(xiàn)出基礎(chǔ)代謝或產(chǎn)熱增加[7]。在寒冷環(huán)境下，為維持體溫，需要更多能量通過UCP解偶聯(lián)，使UCP質(zhì)子通道打開，導(dǎo)致氧化磷酸化解偶聯(lián)而產(chǎn)熱[8]，以熱能的形式散發(fā)出來。寒冷使棕色脂肪線粒體上UCP含量增加，活性增強，UCP的數(shù)量和活性決定產(chǎn)熱能力。

驗結(jié)果表明，C組、D組大鼠游泳后的UCP基因表達顯著上調(diào)，極顯著地高于A、B組，且D組極顯著地高于C組，說明寒冷條件下的游泳和較大運動量的游泳均可使UCP基因表達增強，在寒冷條件下的游泳運動更能加強UCP基因的表達。另外實驗結(jié)果顯示C組、D組大鼠經(jīng)過24 h恢復(fù)后，數(shù)據(jù)基本恢復(fù)到UCP基因正常表達值，與其它組大鼠無顯著性區(qū)別，提示無論寒冷條件下的游泳和較大運動量的游泳均能在24 h后得到恢復(fù)。

4 結(jié)論

冬泳和較大運動量的游泳均可使UCP基因表達增強，加強機體的脂肪代謝，使體脂含量減少。冬游與較大運動量的游泳相比，體脂含量波動較小，運動后即刻UCP基因的表達上調(diào)，24 h后UCP基因表達恢復(fù)到正常水平。冬泳運動可以給機體帶來適應(yīng)性的變化，運動負(fù)荷既不超量，也能較好的完成運動目的。

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The Effect of Winter Swimming on the UCP Gene Expression of Rats'Skeletal Muscle

LI Jin-hui1,SHAO Shu-li2
1.Physical Education College of Qiqihar University,Qiqihar161000,China
2.Life Sciences and Agriculture College of Qiqihar University,Qiqihar161000,China

In order to explore the effect of winter swimming on the body fat and the expression of UCP gene,this paper took rats randomly to divided into quiet group A,3 minute swimming group B with 8 rats in each group,30 minute swimming group C and winter swimming group D with 16 rats so as to weigh the content of body fat and expression of the rat's UCP gene and to research the change of the expression of skeletal muscle UCP.The results showed that the content of body fat in C,D group was less than that in A,B group and the difference was high significantly(P＜0.01).The UCP mRNA expression in C,D group was higher significantly in A B(P＜0.01).The UCP mRNA instant expression after motion in D group was higher significantly in C(P＜0.01).Therefore the expression of UCP gene was higher when rat was lower and the amount of UCP mRNA increased significantly with the decrease of temperature.

Winter swimming;rats;body fat;UCP gene expression

G861.1

A

1000-2324(2014)04-0637-04

2013-04-14

2013-06-02

齊齊哈爾大學(xué)青年教師科研啟動支持計劃項目(2012W-M20)

李金輝(1978-),男,黑龍江綏化人,講師,碩士研究生,從事體育教育與教學(xué)研究.E-mail:lijinhui99@163.com