关键词:
衰老
运动训练
心脏
APJ
摘要:
目的
衰老是公认的心血管疾病危险因素。老年期的运动训练如何影响衰老心脏尚未明确。APJ及其配体-Apelin和Elabela与心血管功能关系密切,近年来的研究提示该系统可能发挥抗衰老作用。本研究假设,老年期的运动训练能改善心脏衰老,APJ-Apelin/Elabela可能参与运动对衰老心脏的影响。我们拟采用临床研究探讨运动训练对老年人心肺储备、静息心脏功能和循环APJ配体的影响,通过自然衰老的小鼠模型对比不同训练模式对衰老心脏的影响,探索心脏APJ在运动训练对心脏衰老影响中发挥的作用。
方法
1.招募65-85岁的老年人,按Zelen设计随机分入中心为基础训练组(CBE)和对照组(CON)进行干预。应用心肺运动测试获取峰值公斤摄氧量(peak VO2/kg)用于评价心肺储备功能,通过心脏磁共振获取的参数评价静息下心脏的结构和功能,应用酶联免疫吸附法(ELISA)检测血清Apelin和Elabela,采用液相悬浮芯片技术检测其他传统的潜在衰老相关分泌表型(SASP)。应用协方差分析组间结局变量的差异,用线性回归初步探索影响主要结局的因素,进一步应用机器学习模型建立主要结局的预测方程。
2.以3月龄和18月龄的C57BL/6小鼠为研究对象,根据不同分组相应地给予8周跑台训练。小鼠分为4组:青年组、老年静止对照组、持续中等强度训练组(CMIT)和高强度间歇训练组(HIIT)。干预后对小鼠进行最大速度和心脏超声检查,分别用于评估心肺储备和静息心脏功能。取小鼠心脏标本行HE染色观察心肌细胞形态,Masson和天狼猩红染色观察胶原沉积,TUNEL染色观察凋亡细胞比例。麦胚凝集素和异凝集素B4免疫荧光染色观察细胞面积和毛细血管数量。透射电镜观察肌节和线粒体等细胞结构。WB和免疫组织化学检测心肌细胞衰老标志物、线粒体功能蛋白、APJ和Apelin的表达。RT-PCR检测端粒相对长度、线粒体DNA拷贝数、心肌细胞肥大标志物和心肌SASP。多因子固相芯片分析血清SASP。ELISA检测血清Apelin和Elabela水平。
3.构建含肌钙蛋白T启动子、针对APJ的短发夹RNA(sh APJ)和萤火虫荧光素酶报告基因的心肌靶向腺相关病毒。将制备好的病毒颗粒通过尾静脉注射进18月龄雄性C57BL/6小鼠体内进行sh APJ基因转移实验,以特异性抑制心脏APJ表达,通过小动物活体成像验证模型成功。小鼠随机分为3组:对照-空载病毒组(CON-NC)、高强度间歇训练-空载病毒组(HIIT-NC)和过表达sh APJ的高强度间歇训练组(HIIT-sh APJ)。给予相应组老年小鼠8周HIIT干预,干预后对比心脏衰老表型和线粒体功能的差异。提取HIIT-NC和HIIT-sh APJ心肌组织RNA建库、测序和生物信息学分析。
结果
***提高老年人的peak VO2/kg和右室峰值充盈速率。CBE提高血清Elabela浓度,且Elabela的变化与peak VO2/kg的增量相关。与CON相比,CBE组血清Apelin浓度无明显变化。通过多元线性回归进行多因素的校正后发现,运动频次、Elabela的变化量、基线peak VO2/kg、前白蛋白和体质指数可以共同预测48.5%的peak VO2/kg绝对变化。其中,Elabela的变化还部分中介了训练频次与peak VO2/kg增量的关系。
2.与年轻小鼠相比,老年小鼠的最大速度下降,但静息下心室整体功能没有明显差异。8周运动提高老年小鼠的最大速度和心室整体功能,改善心肌纤维化、心肌衰老标志、线粒体结构异常和自噬平衡。CMIT可以改善老年小鼠心室肥厚和心肌细胞肥大。HIIT可以促进心肌微血管生成,降低血清SASP,改善线粒体生物发生、心肌能量代谢和线粒体动力。
3.敲低心脏APJ减弱了HIIT对老年小鼠最大速度的改善。敲低APJ减轻了HIIT对老年小鼠心肌纤维化、细胞衰老和线粒体形态的改善作用,减轻了促进心肌微血管生成的作用。APJ参与了老年运动小鼠心肌线粒体质量控制(生物发生、动力和自噬)和能量代谢。生物信息学分析提示APJ可能通过上调一氧化氮水平,黏着斑和缝隙连接功能,抑制不适当的炎症反应、细胞凋亡和氧化应激参与HIIT对衰老心脏的影响。
结论
***改善老年人心肺储备和右室舒张功能。peak VO2/kg呈运动频次依赖的变化。Elabela的变化可以预测peak VO2/kg的增量,并中介了运动频次与peak VO2/kg增量的关系。
2.老年期开始的长期运动可以提高小鼠心肺储备和静息心室功能。与CMIT相比,HIIT可能通过更大程度改善线粒体结构和功能(生物发生、能量代谢、线粒体动力和自噬)延缓衰老心脏相关改变。APJ-Apelin/Elabela系统可能参与运动改善心脏衰老