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人体进行力竭运动时,会产生大量氧自由基,导致心肌细胞损伤和线粒体功能紊乱。因此,研究运动氧化应激致心肌线粒体功能调控对预防运动性心肌损伤非常重要。S100A1是一种钙结合蛋白,具有提高心肌收缩力,调节血管功能,刺激ATP合成酶活性等作用,与腺苷酸转运蛋白（ANT）结合,影响线粒体的代谢及凋亡等。但运动氧化应激致心肌损伤后S100A1是否通过ANT调控心肌线粒体功能尚未见报道。本实验通过建立运动氧化应激损伤动物模型和离体心肌细胞氧化应激损伤模型,研究S100A1和ANT蛋白在心肌组织中的表达和线粒体的功能变化;采用外源性S100A1干预和敲除S100A1基因研究S100A1对氧化应激心肌线粒体功能的影响及调控,初步阐释其对氧化应激心肌线粒体功能调控机制,为建立运动性心肌损伤防护开辟新思路。主要研究结果如下:1、S100A1和ANT蛋白在不同大鼠心肌组织中的表达变化以雄性Wistar大鼠为实验对象,随机分为力竭运动损伤组（Exhaustion exercise injury,EI）和正常对照组（Normal Control,NC）,对EI组进行为期10天的连续力竭运动训练。待训练结束以后,即刻取大鼠血液和心肌组织,分别进行生化和病理指标检测。结果表明:力竭运动后,ROS活性和CK活性显著高于对照组;SOD活性和GSH-PX含量显著低于对照组。提示,大鼠力竭运动会导致心肌细胞氧化应激损伤,机体抗氧化能力降低。HE结果表明,力竭运动会导致大鼠心肌组织呈现空泡变性、心肌间质水肿等病理变化。电镜发现,对照组心肌组织毛细血管通畅,心肌纤维排列整齐,线粒体结构致密,心肌间质无明显渗出。运动损伤后,大鼠心肌组织间质渗出明显,毛细血管扩张,部分心肌细胞破裂,线粒体轻度肿大,心肌纤维及嵴不同程度断裂,可见局灶性坏死。免疫组化显示,正常心肌组织中,S100A1和ANT蛋白均匀分布,而损伤心肌组织中S100A1和ANT蛋白明显减少。Western-Blot结果表明,与对照组相比,损伤心肌组织中的S100A1和ANT蛋白表达水平降低。2、S100A1蛋白对氧化应激损伤心肌线粒体功能的影响及调控采用大鼠H9c2心肌细胞为研究对象,以1 mM的H2O2干预12 h,成功建立大鼠H9c2心肌细胞氧化应激损伤模型。结果表明,H2O2可诱导大鼠H9c2细胞发生氧化应激损伤,导致大鼠H9c2心肌细胞存活率降低,并伴有部分H9c2心肌细胞发生凋亡。外源性S100A1蛋白干预后,H9c2心肌细胞存活率升高。这提示,S100A1蛋白具有降低H9c2心肌细胞氧化应激损伤,抑制细胞凋亡的作用。RT-PCR结果表明,氧化应激损伤心肌细胞中S100A1、ANT、PGC-1α和Tfam的mRNA含量显著降低,外源性S100A1蛋白干预后,ANT、PGC-1α、Tfam的mRNA含量显著升高。Western-Blot结果表明,氧化损伤后,心肌细胞S100A1、ANT、PGC-1α和Tfam蛋白表达降低。S100A1蛋白干预后,心肌细胞S100A1、ANT、PGC-1α和Tfam蛋白含量表达升高。为了研究S100A1对氧化应激损伤心肌线粒体功能的影响及调控,我们采用Si-RNAS100A1技术,使心肌细胞S100A1基因沉默,RT-PCR和Western-Blot结果显示,敲除S100A1后,心肌细胞S100A1、ANT、PGC-1α和Tfam的基因和蛋白表达降低。提示,S100A1蛋白可能是通过与ANT的相互作用,进而影响PGC-1α及核转录因子Tfam的表达,发挥对损伤心肌线粒体功能的影响及调控作用。综上所述,力竭运动可致大鼠心肌细胞氧化应激损伤和线粒体功能紊乱,S100A1和ANT蛋白在力竭运动氧化应激损伤大鼠心肌组织中表达降低。建立了H9c2心肌细胞氧化应激模型,给予外源性S100A1蛋白后,H9c2心肌细胞存活率升高,同时ANT、PGC-1α和Tfam的基因和蛋白表达水平升高。敲除S100A1后,H9c2心肌细胞S100A1、ANT、PGC-1α和Tfam的基因和蛋白表达水平降低。提示,S100A1蛋白对氧化应激损伤心肌线粒体功能的影响及调控,可能是通过S100A1蛋白与线粒体靶标ANT相互作用,介导胞浆ADP和线粒体ATP的交换。ANT蛋白具有促进PGC-1α功能的作用。PGC-1α含量的升高,同时会伴有核转录因子Tfam的表达增加,进而促进线粒体功能改善,这可能是S100A1蛋白对氧化应激损伤心肌线粒体功能的调控机制之一。