急性运动对P53调节线粒体有氧呼吸轴P53、SCO2、COXII基因表达的影响*

邵 月

(河南财经政法大学体育部，河南郑州 450002)

急性运动对P53调节线粒体有氧呼吸轴P53、SCO2、COXII基因表达的影响*

邵 月

(河南财经政法大学体育部，河南郑州 450002)

目的:研究一次急性运动对骨骼肌P53调节线粒体有氧呼吸轴P53、SCO2和COXII基因表达的影响。方法:20只大鼠随机分为2组:安静组(CON，n=10)、一次急性运动组(AE，n=10)。建立SD大鼠一次急性60分钟跑台运动实验模型，在一次急性运动后即刻断头处死切取腓肠肌，Real－time PCR检测P53、SCO2和COXII的mRNA转录，Western blot检测P53、SCO2和COXII的蛋白表达。结果:1)AE组P53mRNA转录、蛋白表达水平与CON组相比均没有显著性差异(P＞0.05)。2)AE组SCO2基因转录水平与CON组相比显著性升高(P＜0.05)，但AE组SCO2蛋白表达水平与CON组相比则没有显著性差异(P＞0.05)。3)AE组COXIImRNA转录水平和蛋白表达水平与CON组相比均没有显著性差异(P＞0.05)。结论:一次急性运动对P53调节的线粒体有氧呼吸通路影响不是太大，P53基因转录和蛋白表达均没有产生显著变化，SCO2基因转录水平显著上调，但这种上调并没有反应在蛋白表达上，COXII基因转录和蛋白表达都没有产生显著性变化，线粒体有氧呼吸的运动适应性改善仅靠一次急性运动很难达到期望效应，也许长期耐力训练才是更加合适的促进机体有氧呼吸能力的运动方式。

急性运动;P53;SCO2;COXII

机体细胞间需要通过复杂的信号传递来传递外界刺激，调控物质和能量代谢过程。运动导致机体物质代谢和能量代谢发生改变，P53广泛参与调节大量信号转导通路，是平衡有氧呼吸和糖酵解的重要物质，骨骼肌具有较高的能量需求，运动供能主要通过有氧呼吸和糖酵解，因此运动必然会对P53信号转导通路产生重要的影响，机体的能量平衡、氧化应激稳态、生理条件等过程也会发生改变。本实验以急性运动为模型，研究了一次急性运动对P53调节能量代谢信号通路相关基因表达的影响，旨在观察生理条件下一次急性运动后骨骼肌细胞中P53、SCO2、COXII基因表达的变化。目前，有关运动与骨骼肌中P53、SCO2、COXII基因表达关系的相关研究国内外尚鲜见报道。

1 研究方法

4周龄SD雄性大鼠20只，由上海斯莱克实验动物有限公司提供。实验室适应性喂养一周，随机分为2组，即安静组(CON)，一次急性运动组(AE)。AE组进行一次急性耐力运动后即刻断头处死，20 min内分别取完整下肢腓肠肌，切分若干份后置于液氮中速冻，－80℃超低温冰箱保存。荧光定量 PCR检测P53、COXII的基因转录，Western blot测定细胞 P53、SCO2、COXII的蛋白表达。扩增引物见表1。

表1 用于实时荧光定量PCR的引物序列

各检测结果以±SEM表示，用SPSS15.0软件统计，各组用独立样本T检验，以P＜0.05为差异显著性标准。

2 结果

2.1 荧光定量PCR检测结果

表2 一次急性运动对骨骼肌P53、SCO2、COXII mRNA 转录的影响

1 一次急性运动对骨骼肌P53、COXII mRNA转录的影响

2.2 Western blot检测结果

表3 一次急性运动对骨骼肌P53、SCO2、COXII蛋白表达的影响

3 讨论

P53通过反式激活SCO2(Synthesis of Cytochromec Oxidase 2)激活线粒体有氧呼吸，COXII亚基在SCO2的协助下整合进入细胞色素C氧化酶复合物(COX)［1］，研究一次急性运动后P53调节能量代谢信号转导通路的应激反应将有助于我们观察其基因表达机制。

3.1 急性运动对P53基因表达的影响

关于运动对P53基因表达影响的研究还非常少。Siu PM等(2005、2006)研究了失重和牵拉负荷状态下鹌鹑和大鼠骨骼肌快慢肌亚细胞结构P53基因表达的变化，发现牵拉负荷快肌纤维中核P53蛋白含量升高，细胞质P53蛋白含量没有变化，慢肌纤维牵拉负荷刺激后P53蛋白含量与快肌纤维显现同向变化［2］。幼年和老年大鼠后肢失重状态下腓肠肌细胞质中P53蛋白含量显著上调，细胞核中则没有这种现象［3］。然而Ohnishi T等(1999)发现14天太空失重后萎缩的骨骼肌中P53蛋白总量增加［4］。P53在成熟肌细胞中的表达具有很好的保守性［5，6，7］，分裂后骨骼肌细胞中P53的角色尚不十分清楚，可能与废用引起的肌萎缩凋亡激活有关。本实验研究观察了一次急性运动对P53基因表达的影响，发现一次急性运动对正常SD大鼠无论是基因转录还是蛋白表达水平都没有产生显著性影响。也有研究者观察到不同结果，Chen YW等(2002)研究了一次急性最大离心收缩对翻译和转录调控基因表达的影响，发现运动后6小时P53蛋白水平升高。骨骼肌表型对收缩活动模式非常敏感，抗阻训练后几个小时骨骼肌蛋白合成有一个爆发性的增加，已经证明不同物种中都存在这种现象［8］。野生型小鼠急性肌肉收缩诱导的P53磷酸化与其上游基因AMPK蛋白激酶和P38激活增加一致，说明P53在保持线粒体生物发生、凋亡和骨骼肌生理功能中也发挥作用［9］。

3.2 急性运动对SCO2基因表达的影响

线粒体细胞色素C氧化酶组成需要大量核基因产物支持。金属伴侣蛋白COX17携带铜原子从细胞膜到线粒体膜间区，释放铜原子给SCO蛋白家族，SCO蛋白家族对于形成亚基II的CuA中心和亚基1的CuB－细胞色素a3中心具有非常重要的作用，是产生能量不可或缺的蛋白质［1］。由于研究运动对SCO2基因表达影响的文献还非常少，本实验也仅仅在此做一探索性研究，探讨一下运动影响下SCO2基因表达究竟发生了什么变化，这种变化与P53、与线粒体有氧呼吸、与运动方式的不同究竟存在哪些关联。通过本实验研究发现:AE组大鼠SCO2基因转录与CON组相比有显著性增加，但其蛋白表达水平与CON组相比却没有显著性差异，这说明SCO2对运动较为敏感，哪怕是一次急性运动对其都有显著性的影响，但是这种反应仅仅发生在转录水平，并没有发生在蛋白翻译水平，也许这种现象仅仅是运动引起的暂时的应激反应，对一次急性运动增加了线粒体有氧呼吸这样的结果还须谨慎解释。

3.3 急性运动对COXII基因表达的影响

机体通过线粒体氧化磷酸化过程产生ATP提供能量，细胞供能依赖氧化磷酸化酶复合物的生物合成，复合物亚基被核基因组和线粒体基因组共同编码。COX是一个多聚体蛋白复合物，嵌进线粒体内膜，是哺乳动物能量代谢关键功能调控位点之一，主要催化呼吸链最后一步，从还原的细胞色素C转移电子给氧分子并把质子从线粒体基质泵出到膜间区。COX包含有13个结构亚基，三个最大的亚基I–III由线粒体基因组编码，构成酶的催化核心，剩余十个亚基由核基因组编码，与酶合成调控功能相关［10］。运动能对呼吸链功能产生重要影响，大量研究证实不同运动方式对呼吸链酶复合物活性产生不同影响，本实验研究从基因表达角度探讨了COXII的运动应答，发现一次急性运动后，一次急性耐力训练组COXII基因表达在转录和翻译水平上均没有显著改变，也许一次急性运动影响更多的是酶活性及其它环节，对COXII基因表达影响不是很大。

4 结论

1.一次急性运动对P53基因表达没有产生显著影响，P53对运动没有很强的敏感性，可能更在充分发挥其调节、检查、平衡、整合的稳态效应。

2.一次急性运动虽然显著增加了SCO2基因转录，但对其蛋白表达水平则没有产生显著性影响，也许这仅仅是一次急性运动后的应激性反应。

3.一次急性运动对COXII基因转录和蛋白表达都没有显著性影响，看来有氧呼吸链组分的运动适应性改善仅靠短期训练很难达到期望效应。

［1］邵月，陈胜强，漆正堂，等.不同训练方式对骨骼肌P53调节线粒体有氧呼吸轴P53、SCO2、COXII基因表达的影响［J］. 体育科学，2010，30(3):46 －52

［2］Siu PM，Alway SE.Subcellular responses of p53 and Id2 in fast and slow skeletal muscle in response to stretch－induced overload［J］.J Appl Physiol，2005，99:1897 – 1904

［3］Siu PM，Pistilli EE，Murlasits Z，et al.Hindlimb unloading increases muscle content of cytosolic but not nuclear Id2 and p53 proteins in young adult and aged rats［J］.J Appl Physiol，2006，100:907－16

［4］Ohnishi T，Takahashi A，Wang X，et al.Accumulation of a tumor suppressor p53 protein in rat muscle during a space flight［J］.Mutat Res，1999，430:271 – 274

［5］Chen YW，Nader GA，Baar KR，et al.Response of rat muscle to acute resistance exercise defined by transcriptional and translational profiling［J］.J Physiol，2002，545:27 – 41

［6］Siu PM，Pistilli EE，Butler DC，et al.Aging influences cellular and molecular responses of apoptosis to skeletal muscle unloading［J］.Am J Physiol Cell Physiol，2005，288:C338 – C349

［7］Siu PM，Pistilli EE，Ryan MJ，et al.Aging sustains the hypertrophy－associated elevation of apoptotic suppressor XIAP in skeletal muscle during unloading［J］.J Gerontol A Biol Sci Med Sci，2005，60:976 –983

［8］ Macdougall JD，Gibala MJ，Tarnopolsky MA，et al.The time course for elevated muscle protein synthesis following heavy resistance exercise［J］.Canadian Journal of Applied Physiology ，1995，20:480 –486

［9］Saleem A，Adhihetty PJ，Hood DA.Role of p53 in mitochondrial biogenesis and apoptosis in skeletal muscle［J］.Physiol Genomics，2009，37(1):58 －66

［10］Kadenbach B，Stroh A，Huther FJ，et al.Evolutionary aspects of cytochrome c oxidase［J］.J Bioenerg Biomembr，1991，23:321－334

Effects of Different Training Program on Gene Expression of P53 －COXII－Respiration Axis in Skeletal Muscle

SHAO Yue

(Henan University of Economics and law，Zhengzhou 450002，China)

Purpose:To investigate Gene Expression of P53－SCO2－COXII－Respiration Axis to an acute training in skeletal muscle.Method:20 rats were distributed into two groups:sedentary(CON，n=10)，an acute training(AE，n=10).CON and AE groups were killed after an acute training consisted of 60 min of continuous treadmill exercise at a lower intensity(≤16.7 m/min).gastrocnemius was excised and analyzed.Result:1)there was no marked difference on P53 gene expression between AE and CON group(P＞0.05).2)There was a significant regulation on SCO2 gene transcription(P＜0.05)but have no significant change between AE and CON group(P＞0.05).3)there was no marked difference on COXIImRNA both gene transcription and protein translation between AE and CON group(P＞0.05).Conclusion:1)An acute training have no significant effect on gene expression of P53 － coxII－ respiration axis regutated by P53，P53 gene expression has no significant change，though there is a marked regulation of SCO2 gene transcription，the protein expression of SCO2 have no significant change，and both gene transcription and protein expression of coxII are not significant difference in all groups，so，the adaptive improvementof mitochondrial aerobic respiration to an acute training couldn＇t meet our expectations，maybe the long － term endurance training is a more adaptive way to facilitate the body＇s aerobic capacity.

acute training;P53;SCO2;COXII

G804.7

A

1007－323X(2011)06－0083－03

2011－03－20

邵月(1973－)，河南遂平人，博士，副教授

研究方向:运动分子生物学

1.河南省科学技术厅基础与研究项目(112300410216);2.河南财经政法大学重大研究课题资金资助。