冬泳对大鼠骨骼肌UCP基因表达的影响

李金辉,邵淑丽

冬泳对大鼠骨骼肌UCP基因表达的影响

李金辉1,邵淑丽2

1.齐齐哈尔大学体育学院,黑龙江齐齐哈尔161000
2.齐齐哈尔大学生命科学与农林学院,黑龙江齐齐哈尔161000

为研究冬泳对大鼠体脂含量及骨骼肌UCP基因表达的变化情况，本文把48只SD大鼠随机分为安静组A、3 min游泳组B每组8只，30 min游泳组C和冬泳组D每组16只，测定大鼠体脂含量及骨四头肌UCP基因的表达情况。结果表明：C、D组体脂含量低于A、B组，差异极显著（P＜0.01），C、D组UCP mRNA表达极显著地高于A、B组（P＜0.01），D组运动后即刻UCP mRNA表达极显著地高于C组（P＜0.01）,因而冬泳大鼠机体在外界低温的刺激下发生了诱导上调反应，骨骼肌UCP基因表达升高。

冬泳;大鼠;体脂含量;UCP基因表达

冬泳是集防病、健身、抗衰为一体的运动项目，是利用机体可接受的冷刺激量来调节各系统的功能，对机体产生积极作用的群众性体育项目。对机体呼吸系统、消化系统、血液循环系统等产生积极作用[1]。酯类作为能量物质在生物体内储存，当机体运动量过大时，可以通过酯类供能，体脂含量还能够保护机体热量的散失，维持正常体温，决定了一次冬游时间的长短。UCP是线粒体阴离子载体蛋白家族中的成员，位于线粒体内膜。UCP基因表达受多重调节，运动量、冷刺激以及T3、视黄酸、胰岛素等对UCP基因家族的表达都有影响。寒冷使棕色脂肪线粒体上UCP含量增加，活性增强，当机体感受寒冷时，解除了正常生理状态下抑制UCP嘌呤核苷酸的结合，使UCP质子通道打开，导致氧化磷酸化解偶联而产热。

1 材料与方法

1.1实验动物

清洁级SD雄性大鼠48只，体重240～280 g，按照体重随机分为四组：安静组A、3 min游泳组B每组8只，30 min游泳组C和冬泳组D每组16只。动物于PLA-2型自动送风养鼠笼中饲养，笼内温度24±2℃，相对湿度40～60%，自由饮食饮水，饲料为购于吉林大学实验动物中心的维持饲料，照明随同室内自然光变化[2]。

1.2试剂与仪器

乙醚溶液500 mL，5×TBE浓缩储液，0.5 mol/L EDTA，溴化乙锭溶液0.5 mg/mL，氯仿，异丙醇，75%乙醇，0.1%DEPC水，Trizol试剂，吖啶橙染液，北京鼎国通用型RT-PCR试剂盒，山东产202型烘干箱，Germany MLE Z323K台式高速冰冻离心机，北京产索氏提取器，北京产ECP3000电泳仪，USA UVP GDS-8000紫外凝胶成像系统，UK TECHNE FFG02HSD PCR仪。

1.3实验方法

3 min游泳对照B组接受水温22℃的游泳训练，30 min游泳C组接受适应训练后，递增3 min/d至30 min，水温22℃，冬泳D组接受适应训练后，从22℃水温开始每天递减2℃，降至8℃，3 min/d，各组大鼠每周游泳6 d，上午进行，共计6周。大鼠均在长为100 cm，宽为40 cm，水深为60 cm的水池中游泳。室内水槽自然状态下水温22℃，冬泳水温控制采用水槽中加冰的方法降2℃/d，逐渐降水温至8℃[3]。

1.4统计学分析

使用SPSS17.0软件进行数据分析，组间比较使用一维方差分析（One-way ANOVA），所有数值均用平均数±标准差（Mean±SD）。用Origin7.5进行柱状图比较分析。

2 结果与分析

2.1体脂含量的变化

冬泳训练后体酯含量结果见表1，结果显示A、B组体酯含量较高，C、D组体酯含量较低，差异极显著。C组与D组相比体酯含量较低，差异显著。

表1 体酯含量变化(Mean±SD)Table 1 The content change of body ester(Mean±SD)

2.2UCP基因RT-PCR电泳结果

骨骼肌UCP基因RT-PCR电泳各条带凝胶密度分析结果见表2，UCP基因可以在大鼠股四头肌骨骼肌中表达，C组、D组与A组、B组相比UCP基因的mRNA表达量有明显增高趋势，差异极显著，且C组和D组之间的mRNA表达量也存在极显著差异。

表2 大鼠骨骼肌UCP基因与内参照条带的灰度比结果（Mean±SD）Table 2 Results of rat skeletal muscle UCPgenes and the gray ratio of inner reference stripe

根据C组、D组大鼠运动后即刻与恢复24 h后股四头肌UCP基因RT-PCR电泳条带凝胶密度分析结果，将游泳恢复前后的数据作图，结果见图1，冬泳组与30 min游泳组相比，UCP基因的mRNA表达量有明显增高趋势，差异极显著。经过24 h恢复，二者UCP基因的mRNA表达量无明显区别。

图1冬泳组与30 min游泳组的相对表达量

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

3 讨论

脂类是油、脂肪、类脂的总称，酯类可以维持正常体温，并作为能量物质在生物体内储存，当机体运动量过大时，可以通过酯类供能[4]。冬泳运动后体酯含量的实验结果表明A、B组体酯含量较高，C组、D组体酯含量较低，差异极显著。C组、D组的大鼠在相应的运动条件下都可以明显的起到减少体脂含量的作用。C组与D组相比，差异显著，由于C组大鼠游泳时间较长，进行的有氧运动，消耗的脂肪更多，所以体脂含量更低。

解偶联蛋白UCP(Uncoupling Protein)是线粒体阴离子载体蛋白家族中的成员，位于线粒体内膜。有实验证明，UCP基因在转染的酵母中过量表达可导致酵母线粒体膜电位降低，表明UCP具有解偶联活性[5]。UCP能使线粒体呼吸链中ATP的合成解偶联，因此把能量以热能的形式驱散开，从而影响能量合成的效率。UCP基因表达受多重调节，运动量、冷刺激以及T3、视黄酸(RA)、胰岛素、糖皮质等激素对UCP基因家族的表达都有影响。UCP在组织中分布广泛，主要在骨骼肌、脂肪组织和心脏表达最为密切，机体的一切运动由骨骼肌发起，任何动作都会导致UCP表达变化。

运动量对UCP基因表达的影响主要通过解偶联作用降低线粒体膜质子梯度，减少ATP生成，从而达到调节能量代谢的目的。能量物质的氧化通过质子流与ATP的合成偶联，质子电化学梯度在F0-F1-ATP合成酶作用下使ADP磷酸化，形成ATP。呼吸作用使氧消耗与ADP磷酸化形成ATP相互偶联，运动量增加导致耗氧量增大，启动UCP基因解偶联机制。UCP的数量和活性决定机体的运动能力，当大鼠运动时，解除了正常生理状态下抑制作用，使UCP质子通道打开，导致氧化磷酸化解偶联而加快代谢。

同时UCP基因在脂肪组织中表达，它的另一个重要作用是调节脂肪的代谢[6]，通过驱散线粒体膜质子梯度进行调节，当外界温度降低到一定程度后，就需要酯类物质参与供能，UCP表达增强，需要更多能量通过UCP解偶联，以热能的形式散发出来。冷刺激对可使动物通过启动与抗冷性有关的UCP基因进行表达，生物机体形成冷适应后，表现出基础代谢或产热增加[7]。在寒冷环境下，为维持体温，需要更多能量通过UCP解偶联，使UCP质子通道打开，导致氧化磷酸化解偶联而产热[8]，以热能的形式散发出来。寒冷使棕色脂肪线粒体上UCP含量增加，活性增强，UCP的数量和活性决定产热能力。

验结果表明，C组、D组大鼠游泳后的UCP基因表达显著上调，极显著地高于A、B组，且D组极显著地高于C组，说明寒冷条件下的游泳和较大运动量的游泳均可使UCP基因表达增强，在寒冷条件下的游泳运动更能加强UCP基因的表达。另外实验结果显示C组、D组大鼠经过24 h恢复后，数据基本恢复到UCP基因正常表达值，与其它组大鼠无显著性区别，提示无论寒冷条件下的游泳和较大运动量的游泳均能在24 h后得到恢复。

4 结论

冬泳和较大运动量的游泳均可使UCP基因表达增强，加强机体的脂肪代谢，使体脂含量减少。冬游与较大运动量的游泳相比，体脂含量波动较小，运动后即刻UCP基因的表达上调，24 h后UCP基因表达恢复到正常水平。冬泳运动可以给机体带来适应性的变化，运动负荷既不超量，也能较好的完成运动目的。

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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

齐齐哈尔大学青年教师科研启动支持计划项目(2012W-M20)

李金辉(1978-),男,黑龙江绥化人,讲师,硕士研究生,从事体育教育与教学研究.E-mail:lijinhui99@163.com