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目的:力竭运动可以引起心肌能量衰竭造成心肌损伤。运动预适应可以提高心肌能量代谢水平,使心肌产生适应性,对心脏起到保护作用,其机制可能与线粒体自噬功能密切相关。在运动性心脏保护的机制中线粒体自噬AMPK-mTOR-ULK1信号通路发挥着重要的作用。本研究通过建立运动预适应SD大鼠模型,以一次性力竭运动为损伤性因素,探讨运动激活的线粒体自噬AMPK-mTOR-ULK1信号通路对力竭大鼠心脏的影响和保护机制,为运动性心脏保护的研究提供新的参考依据。方法:1.选用18只健康的雄性SD大鼠,随机分为安静对照组(Con组),运动预适应+力竭组(EP+EE组),一次性力竭组(EE组),每组6只。参照Domenech和Lennon的运动负荷标准,建立运动预适应大鼠模型。除Con组以外,其余两组均进行跑台运动。EP+EE组以坡度为5°,速度为26 m/min进行间歇跑台运动,运动15 min,休息5 min,重复3次,运动6天/周,共3周。于运动训练结束后次日与EE组以坡度为0°,速度为30 m/min进行持续性跑台运动,直至大鼠力竭。Con组直接取心肌组织,EP+EE组和EE组于力竭运动后30 min取材。2.光镜下观察心肌显微结构改变;透射电镜下观察线粒体超微结构及自噬情况。3.采用TUNEL法检测大鼠心肌细胞凋亡情况,评估心肌细胞凋亡程度。4.Real-time PCR技术检测大鼠心肌蛋白AMPK、ULK1、mTOR、LC3Ⅱ、Beclin1基因表达情况。5.Western blot技术检测大鼠心肌蛋白AMPK、ULK1、mTOR、LC3Ⅱ、Beclin1、p-AMPK(Thr.172)、p-ULK1(Ser757)、p-ULK1(Ser555)、p-mTOR(Ser2448)蛋白水平表达。结果:1.各组大鼠心肌组织病理学观察结果光镜下Con组心肌结构较为完整,肌纤维排列整齐,未见断裂,间质未见水肿;EE组、EP+EE组的大鼠心肌较Con组损伤性改变明显,其中EP+EE组心肌损伤较EE组减轻。电镜下Con组心肌线粒体结构完整,线粒体嵴清晰可见,排列整齐;EE组、EP+EE组可见明显的线粒体损伤和自噬体的出现,其中EP+EE组线粒体损伤较EE组减轻,自噬体相对减少。2.各组大鼠心肌细胞凋亡指数的比较与Con组相比,EE组和EP+EE组的大鼠心肌凋亡指数显著升高,差别具有统计学意义(P<0.05);与EE组相比,EP+EE组的大鼠心肌凋亡指数降低,差别具有统计学意义(P<0.05)。3.Real-time PCR技术检测大鼠心肌蛋白AMPK、ULK1、mTOR、LC3Ⅱ、Beclin1基因表达情况3.1各组大鼠心肌线粒体自噬通路相关基因mRNA AMPK、ULK1、mTOR的表达与Con组相比,EE组和EP+EE组自噬相关蛋白AMPK、ULK1的mRNA表达均高于Con组,差别有统计学意义(P<0.05);EE组和EP+EE组自噬相关蛋白mTOR的mRNA表达均低于Con组,差别有统计学意义(P<0.05)。与EE组相比,EP+EE组自噬相关蛋白AMPK、ULK1的mRNA表达较EE组降低,差别有统计学意义(P<0.05);EP+EE组自噬相关蛋白mTOR的mRNA表达高于EE组,差别有统计学意义(P<0.05)。3.2各组大鼠心肌自噬相关基因mRNA LC3Ⅱ、Beclin1的表达与Con组相比,EE组和EP+EE组自噬相关蛋白LC3Ⅱ、Beclin1的mRNA表达均高于Con组,差别有统计学意义(P<0.05);与EE组相比,EP+EE组LC3Ⅱ、Beclin1的mRNA表达降低,差别有统计学意义(P<0.05)。4.Western blot技术检测大鼠心肌蛋白AMPK、ULK1、mTOR、LC3Ⅱ、Beclin1、p-AMPK(Thr.172)、p-ULK1(Ser757)、p-ULK1(Ser555)、p-mTOR(Ser2448)蛋白水平表达4.1各组大鼠心肌线粒体自噬通路相关蛋白AMPK、ULK1、mTOR、p-AMPK(Thr.172)、p-ULK1(Ser757)、p-ULK1(Ser555)、p-mTOR(Ser2448)的表达水平的比较4.1.1各组大鼠心肌线粒体自噬通路相关蛋白AMPK、ULK1、mTOR含量比较与Con组相比,EE组和EP+EE组大鼠心肌蛋白AMPK相对含量明显增加,Con组和EE组差别有统计学意义(P<0.05),和EP+EE差别无统计学意义(P>0.05);与EE组相比,EP+EE组大鼠心肌蛋白中AMPK含量降低,差别有统计学意义(P<0.05)。Con组、EE组和EP+EE组各组间心肌mTOR、ULK1蛋白含量差别无统计学意义(P>0.05)。4.1.2各组大鼠心肌线粒体自噬通路相关蛋白p-AMPK(Thr.172)、p-ULK1(Ser757)、p-ULK1(Ser555)、p-mTOR(Ser2448)含量比较与Con组相比,EE组和EP+EE组大鼠心肌蛋白p-AMPK(Thr.172)、p-ULK1(Ser555)含量均明显增加,差别具有统计学意义(P<0.05);与EE组相比,EP+EE组心肌蛋白p-ULK1(Ser555)相对含量减少,差别有统计学意义(P<0.05),p-AMPK(Thr.172)相对含量也减少,但差别无统计学意义(P>0.05)。与Con组相比,EE组和EP+EE组大鼠心肌蛋白p-mTOR(Ser2448)、p-ULK1(Ser757)表达均减少,其中与EE组差别有统计学意义(P<0.05),与EP+EE组差别无统计学意义(P>0.05);与EE组相比,EP+EE组心肌蛋白p-mTOR(Ser2448)、p-ULK1(Ser757)相对含量增加,差别有统计学意义(P<0.05)。4.2各组间线粒体自噬相关蛋白Beclin1、LC3Ⅱ含量的比较与Con组比较,EE组中大鼠心肌Beclin1、LC3Ⅱ含量显著增高,差别有统计学意义(P<0.05),EE+EP组大鼠心肌中的Beclin1、LC3Ⅱ相对含量较高,差别无统计学意义(P>0.05);与EE组相比,EE+EP组大鼠心肌中的Beclin1、LC3Ⅱ相对含量降低,差别有统计学意义(P<0.05)。4.3线粒体自噬相关蛋白之间的相关性分析AMPK-mTOR-ULK1信号通路蛋白与Beclin1、LC3Ⅱ成相关性。结论:1.力竭运动会造成心肌损伤,其机制可能与力竭运动激活的线粒体自噬AMPK-mTOR-ULK1信号通路有关,通过引起AMPK-mTOR-ULK1信号通路过度表达,线粒体自噬过度,出现自噬性凋亡。2.运动预适应可以减轻力竭性心脏损伤,其机制可能是通过调控线粒体自噬AMPK-mTOR-ULK1信号通路,抑制AMPK-mTOR-ULK1信号通路过表达,减少细胞凋亡,发挥对心脏的保护作用。3.过度的线粒体自噬会加重运动性心脏损伤,适度的线粒体自噬对心脏具有保护作用。