胡柏平,汪曉瑞,夏敏慧
(1陜西師范大學(xué) 體育學(xué)院,陜西 西安710119;2海南師范大學(xué) 體育學(xué)院,海南 ???71158)
應(yīng)激作為機(jī)體對(duì)外界環(huán)境變化的綜合應(yīng)答反應(yīng),能保護(hù)細(xì)胞正常代謝,但若超過(guò)機(jī)體所能承受的應(yīng)激反應(yīng)域,則機(jī)體代謝會(huì)發(fā)生異常改變,使細(xì)胞受損直至影響正常生理功能。目前,運(yùn)動(dòng)干預(yù)應(yīng)激損傷的研究備受關(guān)注。已有研究顯示,中低強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)方式能夠使機(jī)體產(chǎn)生良好的適應(yīng)性變化,提高機(jī)體抵抗各種刺激的能力[1-2]。
攻擊行為屬于應(yīng)激性負(fù)情緒,對(duì)社會(huì)發(fā)展具有嚴(yán)重的危害性。自殺未遂的青少年犯罪者都有較高的攻擊性和沖動(dòng)性[3],而運(yùn)動(dòng)干預(yù)可以有效改善和降低攻擊行為[4]。無(wú)論是攻擊性評(píng)價(jià)還是行為學(xué)實(shí)驗(yàn)均顯示,中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)能夠有效地降低攻擊行為;但是在降低攻擊行為的同時(shí),是否也降低了個(gè)體組織器官的應(yīng)激損傷則鮮有報(bào)道。本文從降低應(yīng)激反應(yīng)程度以及減少應(yīng)激造成的機(jī)體損傷方面,探索運(yùn)動(dòng)拮抗攻擊性應(yīng)激對(duì)機(jī)體組織器官的保護(hù)作用。熱休克70kDa蛋白 (Heat shock 70kDa protein,HSP70)是分子量約70kD的熱休克蛋白,是熱休克蛋白家族中重要的一員,被稱為主要熱休克蛋白。HSP70對(duì)應(yīng)激很敏感,是一種應(yīng)激保護(hù)蛋白,其過(guò)高表達(dá)預(yù)示著應(yīng)激對(duì)組織器官造成損傷。因此,本文通過(guò)定量分析游泳干預(yù)攻擊行為大鼠,觀察其腎臟形態(tài)及HSP70的表達(dá),探索游泳對(duì)應(yīng)激損傷的保護(hù)作用及其可能機(jī)制,為運(yùn)動(dòng)干預(yù)降低攻擊行為及其對(duì)腎臟損傷的保護(hù)機(jī)制的探討提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
Sprague-Dawley健康雄性大鼠42只,西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。隨機(jī)分為5組:安靜對(duì)照組(A組)8只,群居游泳組(B組)8只,攻擊對(duì)照組(C組)8只,攻擊游泳組(D組)8只,入侵組(E 組)10只。
1.2.1 攻擊模型建立 采用單籠飼養(yǎng)和入侵鼠攻擊建立攻擊模型[5-7]。單籠飼養(yǎng)20d,第21天開(kāi)始,電刺激入侵鼠使其具有攻擊性用以攻擊單籠飼養(yǎng)鼠,使其產(chǎn)生攻擊行為,依據(jù)攻擊行為評(píng)定分值判定是否成功誘導(dǎo)了攻擊性。
1.2.2 訓(xùn)練方案 水深高度隨著大鼠身長(zhǎng)的增長(zhǎng)從40cm逐漸增加到55cm,水溫32~34℃,適應(yīng)性訓(xùn)練4d后,增加訓(xùn)練時(shí)間至20min;一周后,增加訓(xùn)練時(shí)間至30min;四周后直至90min。群居游泳組每周一、二、三、五、日訓(xùn)練,攻擊游泳組訓(xùn)練前先進(jìn)行情緒激惹,每周一、二、三、五、日進(jìn)行訓(xùn)練,共訓(xùn)練8周,具體如表1所示。
表1 游泳訓(xùn)練負(fù)荷安排Tab.1 The load of the swimming training min
1.3.1 HE染色 二甲苯脫去切片中的石蠟,再經(jīng)由高濃度到低濃度的酒精處理,之后入蒸餾水,染色,脫水透明,最后封固。
1.3.2 免疫組化染色 選擇片子脫蠟至水,在3%H2O2放置10min,蒸餾水中洗,將片子放在檸檬酸鹽緩沖液(CB)中,一同放入微波爐,中火加熱至沸騰,間隔5min,再中火加熱至沸騰,拿出至冷卻,用磷酸鹽緩沖液(PBS)洗,在組織上滴加封閉液,室溫放置30min,然后甩去多余的液體,滴加一抗,置于4℃冰箱過(guò)夜,拿出片子,復(fù)溫30min,用PBS洗,滴加二抗,37℃,放置30min,用PBS洗,滴加鏈霉親和素-生物素復(fù)合物(SABC),二氨基聯(lián)苯(DAB)顯色,蘇木素復(fù)染,脫水,透明,中性樹(shù)膠封片。
1.3.3 Western Blot實(shí)驗(yàn)方法 取樣本的冰凍組織,用細(xì)胞裂解緩沖液(RIPA)和苯甲基磺酰氟(PMSF)提取腎臟組織的總蛋白,然后對(duì)樣本蛋白進(jìn)行定量。等量的蛋白質(zhì)用聚丙酰胺凝膠電泳進(jìn)行分離,電泳結(jié)束后,將蛋白轉(zhuǎn)至硝酸纖維素膜(NC)上,用麗春紅進(jìn)行染色,之后用蒸餾水洗,再進(jìn)行封閉,40min后,孵育一抗,室溫放置30min后,放4℃冰箱過(guò)夜,復(fù)溫30min后,用Tris-HCl緩沖鹽溶液(TBST)洗5min×5次,孵育二抗,40min后用TBST洗5min×5次,用化學(xué)發(fā)光底物發(fā)光。
Western Blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果用Image J進(jìn)行灰度分析,所有數(shù)據(jù)均用GraphPad Prism軟件進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(X±SD)表示,用多因素方差分析進(jìn)行多重比較,P<0.05水平為差異顯著,P<0.01水平為差異非常顯著。
各組大鼠腎臟蘇木精—伊紅染色(HE)結(jié)果顯示(見(jiàn)圖1),安靜對(duì)照組和群居游泳組大鼠腎皮質(zhì)區(qū)結(jié)構(gòu)清晰,腎小球以及腎小管結(jié)構(gòu)基本正常;與安靜對(duì)照組相比,攻擊對(duì)照組與攻擊游泳組大鼠腎臟均出現(xiàn)不同程度的形態(tài)學(xué)改變,主要顯示腎小球肥大并伴有淤血現(xiàn)象,腎小管上皮細(xì)胞出現(xiàn)水腫,部分管腔擴(kuò)張,部分腎小管上皮細(xì)胞出現(xiàn)空泡樣變性,管腔中有少量脫落的上皮細(xì)胞及絨毛。與攻擊對(duì)照組相比,攻擊游泳組大鼠腎小球淤血現(xiàn)象和腎小管內(nèi)的脫落細(xì)胞有所減少。
圖1 各組大鼠腎小球HE染色結(jié)果Fig.1 The HE staining of glomerular in each group
光鏡下觀察各組大鼠腎皮質(zhì)區(qū)和髓質(zhì)區(qū)HSP70免疫組織化學(xué)染色。結(jié)果顯示,攻擊對(duì)照組與攻擊游泳組均可見(jiàn)不同程度的陽(yáng)性表達(dá)區(qū)域,呈棕黃色,形態(tài)多樣,主要分布在腎小球毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的胞漿以及腎小管上皮細(xì)胞的胞漿和胞核附近(見(jiàn)圖2)。安靜對(duì)照組和群居游泳組在腎小球和腎小管附近有少量的陽(yáng)性表達(dá),呈不規(guī)則形狀。與攻擊對(duì)照組相比,攻擊游泳組大鼠腎小球部分表達(dá)有所減少。
圖2 各組大鼠腎小球HSP70免疫組織化學(xué)染色結(jié)果Fig.2 The immunohistochemical staining expression of HSP70
Western Blot檢測(cè)結(jié)果(如圖3所示)顯示,HSP70蛋白表達(dá)群居游泳組低于安靜對(duì)照組(P<0.01),攻擊對(duì)照組顯著高于安靜對(duì)照組(P<0.01),攻擊游泳組顯著低于攻擊對(duì)照組(P<0.01)。雙因素方差分析顯示,游泳運(yùn)動(dòng)和攻擊性應(yīng)激的交互作用對(duì)大鼠腎臟HSP70蛋白的表達(dá)產(chǎn)生顯著影響。
圖3 HSP70蛋白的Western Blot結(jié)果Fig.3 The Western Blot expression of HSP70*.P<0.05與 A組比較;**.P<0.01與 A組比較;***.P<0.01與A組比較;###.P<0.01與C組比較。
腎臟對(duì)缺血及缺氧異常敏感,而大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后機(jī)體交感神經(jīng)興奮,兒茶酚胺分泌增加,血液重新分配,腎臟血管收縮,血液黏稠度增加,進(jìn)而影響腎臟的血流量。而腎臟血流量減少及細(xì)胞內(nèi)鈣離子的增加等會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的水腫以及變性。大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中的缺血再灌注可通過(guò)線粒體,花生四烯酸等多種途徑誘導(dǎo)自由基的產(chǎn)生[8],進(jìn)而攻擊腎臟的脂質(zhì)膜結(jié)構(gòu),改變細(xì)胞的通透性,使細(xì)胞發(fā)生水腫,影響腎臟的功能。而耐久性運(yùn)動(dòng)可通過(guò)提高腎臟超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)的活性,提高腎臟抵抗過(guò)強(qiáng)自由基的侵蝕能力[9]。
本實(shí)驗(yàn)顯示,中等強(qiáng)度的群居游泳組未出現(xiàn)腎皮質(zhì)區(qū)以及腎小管的結(jié)構(gòu)改變,提示中等負(fù)荷游泳運(yùn)動(dòng)使機(jī)體產(chǎn)生良好的適應(yīng)??赡苁怯捎谥械蛷?qiáng)度的運(yùn)動(dòng)提高了機(jī)體各器官組織的功能,使機(jī)體代謝能力增強(qiáng),提高了清除代謝廢產(chǎn)物的能力,使機(jī)體自由基處于較低狀態(tài),保護(hù)了組織器官,使腎臟的適應(yīng)機(jī)制增強(qiáng)。長(zhǎng)期中等強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)也能提高機(jī)體的心肺功能,提高氧的運(yùn)輸、攝取和利用能力,使機(jī)體能量利用的效率提高。由于部分自由基是因組織缺氧而誘導(dǎo)產(chǎn)生,機(jī)體心肺系統(tǒng)能力的提高使這部分自由基減少。同時(shí),長(zhǎng)期中等強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)使機(jī)體處于氧化應(yīng)激狀態(tài),長(zhǎng)期訓(xùn)練能導(dǎo)致各種抗氧化酶活性顯著提高,增強(qiáng)清除自由基的能力,從而減少代謝產(chǎn)物對(duì)膜結(jié)構(gòu)的侵蝕和損害。
機(jī)體組織對(duì)內(nèi)外環(huán)境變化等各種應(yīng)激刺激,如冷應(yīng)激、熱應(yīng)激和心理應(yīng)激等均會(huì)對(duì)腎小球和腎小管的組織細(xì)胞產(chǎn)生影響。攻擊行為的發(fā)生主要由遺傳因素、環(huán)境因素和個(gè)體的生長(zhǎng)影響而決定。當(dāng)環(huán)境等各因素發(fā)生劇烈變化時(shí),便會(huì)促發(fā)攻擊行為,機(jī)體受應(yīng)激影響繼而使內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡,造成組織器官損傷。日常生活中存在許多應(yīng)激源,家庭、學(xué)校以及社會(huì)等各個(gè)方面的不良刺激均能使機(jī)體生理機(jī)能發(fā)生改變,也會(huì)使機(jī)體自由基代謝異常,甚至氧化損傷。
本實(shí)驗(yàn)顯示,攻擊對(duì)照組大鼠腎皮質(zhì)以及腎小管出現(xiàn)了水腫、淤血以及空泡樣變性改變,證實(shí)攻擊性應(yīng)激會(huì)使腎臟發(fā)生形態(tài)學(xué)改變,提示攻擊行為能造成機(jī)體組織器官的損害。其誘因可能與情緒激動(dòng)、攻擊行為等負(fù)情緒變化,使機(jī)體神經(jīng)內(nèi)分泌功能發(fā)生異常,腎臟循環(huán)與代謝改變,抗氧化能力下降,腎臟血流量異常,導(dǎo)致自由基產(chǎn)生增加,使膜的空隙增大,脆性增加,毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、發(fā)生炎癥及退行性變,從而導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞膜性結(jié)構(gòu)中完整性喪失和損害。
HSP70家族是HSP家族中最重要的部分,在體內(nèi)含量最高,受到應(yīng)激時(shí)生成最為明顯[10],被認(rèn)為是細(xì)胞受到應(yīng)激時(shí)的指示器[11]。由于HSP70對(duì)應(yīng)激有高度敏感性和在評(píng)價(jià)應(yīng)激反應(yīng)程度中的有效性,常被用來(lái)研究應(yīng)激保護(hù)。研究顯示,心理應(yīng)激可以使大鼠咬肌自由基代謝出現(xiàn)異常,而長(zhǎng)期心理應(yīng)激使咬肌中HSP70表達(dá)增加能減輕自由基對(duì)咬肌的損傷[12]。預(yù)熱適應(yīng)誘導(dǎo)的HSP70的表達(dá),對(duì)大鼠運(yùn)動(dòng)性骨骼肌損傷有明顯保護(hù)作用[13]。中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員10d熱適應(yīng)過(guò)程中機(jī)體熱調(diào)節(jié)反應(yīng)增強(qiáng),可能是熱適應(yīng)運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)HSP70水平升高等熱適應(yīng)性變化,使機(jī)體有效地建立了熱適應(yīng)的結(jié)果[14]。
HSP70的表達(dá)量可以反應(yīng)應(yīng)激程度,機(jī)體細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的改變誘導(dǎo)應(yīng)激蛋白HSP70的合成是保護(hù)性反應(yīng),在一定范圍和階段內(nèi),這種反應(yīng)能夠保證細(xì)胞的功能。但若超過(guò)機(jī)體對(duì)抗應(yīng)激的范圍,使HSP70長(zhǎng)時(shí)間過(guò)高表達(dá),提示該刺激對(duì)機(jī)體造成損傷。研究顯示,過(guò)度訓(xùn)練和有氧訓(xùn)練相比,心肌細(xì)胞HSP70表達(dá)明顯升高[15]。長(zhǎng)時(shí)間的心理應(yīng)激也可以引起機(jī)體 HSP70的過(guò)高表達(dá)[2],因此認(rèn)為HSP70的高表達(dá)預(yù)示著機(jī)體已造成損傷。本實(shí)驗(yàn)顯示,攻擊對(duì)照組腎臟損傷明顯大于安靜組,而腎臟HSP70的表達(dá)也顯著高于安靜對(duì)照組,說(shuō)明攻擊對(duì)照組大鼠腎臟已經(jīng)發(fā)生了應(yīng)激損傷。
研究認(rèn)為,運(yùn)動(dòng)作為一種應(yīng)激,會(huì)誘導(dǎo)機(jī)體HSP70的產(chǎn)生,而不同訓(xùn)練方式對(duì)機(jī)體HSP70蛋白表達(dá)產(chǎn)生的影響不同。一次力竭離心運(yùn)動(dòng)即刻大鼠腓腸肌HSP70顯著增加,隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)表達(dá)下降[16]。長(zhǎng)期中等強(qiáng)度訓(xùn)練的個(gè)體HSP70的表達(dá)量低于普通個(gè)體[17-18]。
本實(shí)驗(yàn)顯示,群居游泳組HSP70低于安靜對(duì)照組,可能是由于游泳運(yùn)動(dòng)的負(fù)荷刺激增強(qiáng)了機(jī)體的內(nèi)分泌-免疫調(diào)節(jié)功能,是機(jī)體適應(yīng)機(jī)制良好的表現(xiàn)。游泳運(yùn)動(dòng)使機(jī)體產(chǎn)生良好的內(nèi)分泌-免疫調(diào)節(jié)機(jī)制,可以提高機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)功能,增強(qiáng)抵抗力和適應(yīng)能力。而攻擊行為是一種負(fù)情緒,使大鼠皮質(zhì)酮水平升高,持續(xù)升高的皮質(zhì)酮又會(huì)使機(jī)體代謝發(fā)生異常,內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)遭到破壞,對(duì)組織臟器造成損傷。攻擊組大鼠和攻擊游泳組大鼠腎臟均出現(xiàn)不同程度的形態(tài)學(xué)改變,腎小球肥大并伴有淤血現(xiàn)象,腎小管上皮細(xì)胞出現(xiàn)水腫,部分管腔擴(kuò)張,部分腎小管上皮細(xì)胞出現(xiàn)空泡樣變性,管腔中有少量脫落的上皮細(xì)胞及絨毛,進(jìn)而也影響了腎上腺功能,兒茶酚胺與皮質(zhì)酮分泌功能發(fā)生異常。腎臟是機(jī)體重要的調(diào)節(jié)器官,代謝異常對(duì)腎臟功能具有一定的影響。本實(shí)驗(yàn)顯示,8周中等強(qiáng)度的游泳運(yùn)動(dòng)使得攻擊游泳組腎臟HSP70的表達(dá)低于攻擊對(duì)照組,高于安靜對(duì)照組??赡苡捎谥械葟?qiáng)度的游泳干預(yù)使腎小球及腎小管的結(jié)構(gòu)和功能都得到了加強(qiáng),神經(jīng)內(nèi)分泌功能及抗氧化能力均得到提升,使腎臟產(chǎn)生了良好的適應(yīng)。雙因素方差分析表明,游泳運(yùn)動(dòng)和攻擊性應(yīng)激的共同作用對(duì)大鼠腎臟HSP70的表達(dá)產(chǎn)生顯著影響,游泳運(yùn)動(dòng)的干預(yù)可能降低了攻擊性行為大鼠的應(yīng)激損傷程度,提示中等強(qiáng)度的游泳運(yùn)動(dòng)拮抗了過(guò)強(qiáng)的應(yīng)激反應(yīng),使腎臟損傷降低。相關(guān)機(jī)制還需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探索。
通過(guò)以上研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),攻擊行為大鼠部分腎小球出現(xiàn)淤血現(xiàn)象,腎小管上皮細(xì)胞水腫,甚至出現(xiàn)空泡樣變性,官腔中存在少量脫落細(xì)胞。通過(guò)中等強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)可以緩解攻擊行為大鼠腎臟的形態(tài)學(xué)改變。
攻擊行為大鼠腎臟HSP70含量顯著增加,可能與腎臟應(yīng)激損傷相關(guān)。通過(guò)中強(qiáng)度游泳運(yùn)動(dòng)使攻擊行為大鼠腎臟HSP70表達(dá)下調(diào),可能與拮抗應(yīng)激反應(yīng),使腎臟損傷降低相關(guān)。
[1]顏軍,陳愛(ài)國(guó).體育鍛煉應(yīng)對(duì)應(yīng)激研究的述評(píng)[J].武漢體育學(xué)院學(xué)報(bào),2008,42(11):58-61.
[2]陳愛(ài)國(guó),佟強(qiáng),顏軍.中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)心理應(yīng)激大鼠行為和淋巴細(xì)胞熱休克蛋白70表達(dá)的影響[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2009,28(3):278-280.
[3]Pntnins A L.Correlates and predictors of self-reported suicide attempts among incarcerated youths[J].International Journal of Offender Therapy and Comparative Criminology,2005,49(4):143-157.
[4]胡柏平,蘇鐵柱.游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)攻擊行為大鼠海馬5-HT1A-R、5-HT1B-R 的影響[J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào),2015,38(1):68-73.
[5]Frye C A,Rhodes M E,Walf A,et al.Testosterone enhances aggression of wild-type mice but not those deficient in type 5-HT reductase[J].Brain Research,2002,948:165-170.
[6]Klaus A M,Subuhee H,Sara F.Alcohol-h(huán)eightened aggression in mice:attenuation by 5-HT1Areceptor agonists[J].Psychopharmacology,1998,139:160-168.
[7]Koolhaas J M,Bohus B.Animal model of human aggression[J].Neuromethods,1991,19:254-255.
[8]任綺.不同方式的急性運(yùn)動(dòng)和慢性運(yùn)動(dòng)對(duì)自由基代謝的影響 [J].體育科學(xué),2004,24(4):22-25.
[9]李海河,曹建民,金麗,等.耐久性運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致大鼠腎臟組織自由基代謝動(dòng)態(tài)變化[J].武漢體育學(xué)院學(xué)報(bào),2004,38(3):35-37.
[10]Frydman J.Folding of newly translated proteins in vivo:The role of molecular chaperones[J].Annual Review of Biomedical Engineering,2001,70:607-613.
[11]Liu Y F,Gampert L,Nething K,et al.Response and function of skeletal muscle heat shock protein 70[J].Frontiers in Bioscience,2006,11:2802-2827.
[12]李強(qiáng).心理應(yīng)激對(duì)大鼠咬肌自由基代謝及熱休克蛋白70表達(dá)影響的研究[D].西安:第四軍醫(yī)大學(xué),2010.
[13]朱洪竹,肖國(guó)強(qiáng).預(yù)熱適應(yīng)對(duì)大鼠離心運(yùn)動(dòng)骨骼肌形態(tài)結(jié)構(gòu)及 HSP70表達(dá)的影響[J].體育科學(xué),2011,31(12):73-78.
[14]吳衛(wèi)兵,王人衛(wèi),許弟群.中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員10天熱適應(yīng)過(guò)程中機(jī)體熱調(diào)節(jié)反應(yīng)及 HSP70變化[J].體育科學(xué),2013,33(9):46-51.
[15]胡亞哲,陳艷,扈詩(shī)興,等.運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練誘導(dǎo)大鼠心肌細(xì)胞熱休克蛋白70表達(dá)[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2009(5):561-563.
[16]李俊平,馬延超,張煒.一次力竭離心運(yùn)動(dòng)后大鼠骨骼肌HSP70的變化及針刺對(duì)其影響 [J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào),2011,34(8):44-47.
[17]Shin Young Oh,Oh Jae Keun,Sohn Hyun Sik,et al.Expression of exercise-induced HSP70in long-distance runner′s leukocytes[J].Journal of Thermal Biology,2004,29:769-774.
[18]Fehrenbach E,Niess A M,Schlotz E,et a1.Transcriptional and transnational regulation of heat shock proteins in leukocytes of endurance runners[J].Journal of Biochemistry,2000,89(2):704-710.