一、研究背景與目的
- 背景：心力衰竭（HF）是全球棘手的公共衛(wèi)生問(wèn)題，影響超3800萬(wàn)人，患者生活質(zhì)量低、預(yù)后差，1年死亡率30%-40%，5年死亡率超50%。運(yùn)動(dòng)心臟康復(fù)是HF管理的重要部分，但不同運(yùn)動(dòng)方式對(duì)不同病因HF的心臟結(jié)構(gòu)和功能益處尚無(wú)共識(shí)，且線粒體自噬（mitophagy）在其中的作用不明。
- 目的：探究8周中等強(qiáng)度持續(xù)訓(xùn)練（MICT）和高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練（HIIT）對(duì)缺血性和壓力超負(fù)荷性心力衰竭小鼠心臟結(jié)構(gòu)、功能的影響，以及線粒體自噬在其中的作用機(jī)制。
西安交通大學(xué)附屬第二醫(yī)院在《Experimental Physiology》發(fā)表文章“Exercise training improves cardiac function and regulates myocardial mitophagy differently in ischaemic and pressure-overload heart failure mice" ，研究表明運(yùn)動(dòng)可通過(guò)改善心肌自噬和線粒體自噬發(fā)揮心臟保護(hù)作用，且這種改善并非單純劑量依賴，與運(yùn)動(dòng)對(duì)心臟功能的促進(jìn)作用不一致；多種線粒體自噬通路（尤其是PRKN依賴通路）參與其中，心肌對(duì)運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)具有運(yùn)動(dòng)方式和病因依賴性。
二、研究方法
（一）實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組
- 選用8周齡雄性C57BL/6J野生型小鼠，構(gòu)建兩種HF模型：通過(guò)左前降支結(jié)扎（LAD）建立心肌梗死（MI）缺血性HF模型，通過(guò)主動(dòng)脈縮窄（TAC）建立壓力超負(fù)荷性HF模型。
- 小鼠隨機(jī)分為假手術(shù)組（SHAM）、久坐組（SED）、MICT組、HIIT組，每組6只。
（二）運(yùn)動(dòng)方案
- 適應(yīng)期：共3天，第1天跑步機(jī)速度0.0m/min，持續(xù)15min；第2天5.0m/min，15min；第3天10.0m/min，10min。
- 運(yùn)動(dòng)能力測(cè)試：熱身5min（6.0m/min），初始速度9.0m/min，每3min增加3.0m/min直至力竭，通過(guò)校正峰值速度（Vpeak）評(píng)估運(yùn)動(dòng)能力，訓(xùn)練前后及中期各測(cè)1次。
- 訓(xùn)練期：每周5天，共8周，每天60min。MICT強(qiáng)度為65%-70%Vpeak；HIIT含6min熱身（50-60%Vpeak）、8組間歇訓(xùn)練（4min 85-90%Vpeak+2min 50-60%Vpeak）、6min冷身（50-60%Vpeak）。
實(shí)驗(yàn)方法：
運(yùn)動(dòng)方案包括3天的適應(yīng)期、運(yùn)動(dòng)能力測(cè)試，以及術(shù)后2個(gè)月使用KW-PT小動(dòng)物跑步機(jī)(中國(guó)南京卡爾文)進(jìn)行的8周訓(xùn)練期(圖1a)。跑步帶后面的電網(wǎng)開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，以防止老鼠在跑步機(jī)上觸電;在電網(wǎng)前面放置障礙物，以防止老鼠在未通電的電網(wǎng)上休息。跑步機(jī)的傾斜度全程為0°。(1)適應(yīng)期，第1天跑步機(jī)速度為0.0m/min，持續(xù)15 min;第2天5.0 m/min，持續(xù) 15 分鐘;第3天10.0 m/min 持續(xù) 10 分鐘(Janice Sánchez等人，2019 年）
（三）檢測(cè)指標(biāo)與方法
1. 心臟結(jié)構(gòu)與功能：術(shù)后2個(gè)月及訓(xùn)練后，采用高分辨率小動(dòng)物超聲成像系統(tǒng)（Vevo 2100）檢測(cè)左心室舒張末期內(nèi)徑（LVIDd）、收縮末期內(nèi)徑（LVIDs）、射血分?jǐn)?shù)（LVEF）、縮短分?jǐn)?shù)（FS）；通過(guò)酶聯(lián)免疫法檢測(cè)血清腦鈉肽（BNP）濃度。
2. 心肌病理形態(tài)：處死小鼠后取心臟，計(jì)算心臟重量/體重（HW/BW）、心臟重量/脛骨長(zhǎng)度（HW/TL）、左心室質(zhì)量指數(shù)（LVMI）、右心室質(zhì)量指數(shù)（RVMI）；進(jìn)行HE染色觀察心肌纖維，Masson三色染色觀察心肌間質(zhì)纖維化并計(jì)算膠原體積分?jǐn)?shù)（CVF）。
3. 自噬與線粒體自噬相關(guān)指標(biāo)：采用實(shí)時(shí)熒光定量RT-PCR檢測(cè)自噬（Map1lc3b、Sqstm1）和線粒體自噬（Pink1、Prkn、Becn1、Bnip3、Hif1α）相關(guān)基因mRNA表達(dá)；Western blotting檢測(cè)相關(guān)蛋白（LC3B、P62、PINK1、PRKN、BECN1、BNIP3、HIF1α）表達(dá)；通過(guò)lv喹抑制自噬體與溶酶體融合，檢測(cè)心肌自噬流。
三、研究結(jié)果
（一）模型構(gòu)建驗(yàn)證
- 術(shù)后2個(gè)月，MI組小鼠出現(xiàn)毛發(fā)晦暗、乏力、氣短，運(yùn)動(dòng)能力顯著下降（P<0.01），LVIDs升高（P<0.01），LVEF、FS降低（P<0.0001）；TAC組小鼠無(wú)明顯外觀異常，運(yùn)動(dòng)能力略有下降但不顯著，LVIDd、LVIDs縮小（P<0.0001），LVEF、FS升高（P<0.05/P<0.01）。兩組血清BNP均顯著高于假手術(shù)組（P<0.0001），模型構(gòu)建成功。
（二）運(yùn)動(dòng)對(duì)心臟結(jié)構(gòu)與功能的影響
1. 缺血性HF（MI組）：MICT顯著提高LVEF、FS（P<0.05），降低LVIDs、BNP（P<0.01/P<0.0001）；HIIT僅顯著降低BNP（P<0.0001），對(duì)LVIDd、LVIDs、LVEF、FS無(wú)顯著改善。
2. 壓力超負(fù)荷性HF（TAC組）：MICT和HIIT均顯著提高LVEF、FS（P<0.001/P<0.0001），降低LVIDd、LVIDs、BNP（P<0.0001），且HIIT在降低BNP方面更優(yōu)（P<0.0001）。
3. 運(yùn)動(dòng)能力：MICT顯著提高兩種HF小鼠的運(yùn)動(dòng)能力（P<0.001/P<0.0001），且優(yōu)于HIIT（P<0.05）；HIIT僅呈改善趨勢(shì)，無(wú)顯著差異。
（三）運(yùn)動(dòng)對(duì)心肌病理形態(tài)的影響
- 久坐組HF小鼠心臟偏大，心肌纖維紊亂、斷裂，心室腔擴(kuò)大、室壁變薄，纖維化顯著（P<0.0001）。MICT和HIIT均能不同程度逆轉(zhuǎn)心肌肥大和重構(gòu)，減少間質(zhì)纖維化（P<0.01/P<0.0001），且改善趨勢(shì)與心臟功能結(jié)果一致。
（四）運(yùn)動(dòng)對(duì)自噬與線粒體自噬的影響
1. 自噬：HF小鼠心肌自噬流受抑，MICT和HIIT可改善自噬流。MI組中HIIT提升自噬相關(guān)指標(biāo)更顯著，TAC組中MICT提升更顯著（如TAC組MICT顯著提高LC3II/LC3I和LC3II/GAPDH比值，P<0.01）。
2. 線粒體自噬：HF小鼠線粒體自噬相關(guān)基因和蛋白表達(dá)降低，MICT和HIIT可上調(diào)其表達(dá)，但作用因模型而異。MI組中HIIT對(duì)PINK1、PRKN等提升更顯著，TAC組中MICT更有效；相關(guān)性分析顯示，缺血性HF中PINK1、PRKN、BECN1、HIF1α與LVEF、FS正相關(guān)（P<0.05/P<0.01/P<0.0001），壓力超負(fù)荷性HF中主要是PRKN依賴通路發(fā)揮作用（P<0.01）。
四、研究結(jié)論
1. 運(yùn)動(dòng)方式選擇：MICT是改善缺血性心力衰竭心臟結(jié)構(gòu)和功能的“最佳"方式；MICT和HIIT（尤其是HIIT）均適用于壓力超負(fù)荷性心力衰竭，且MICT在提升兩種HF小鼠運(yùn)動(dòng)能力方面有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
2. 機(jī)制作用：運(yùn)動(dòng)可通過(guò)改善心肌自噬和線粒體自噬發(fā)揮心臟保護(hù)作用，且這種改善并非單純劑量依賴，與運(yùn)動(dòng)對(duì)心臟功能的促進(jìn)作用不一致；多種線粒體自噬通路（尤其是PRKN依賴通路）參與其中，心肌對(duì)運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)具有運(yùn)動(dòng)方式和病因依賴性。
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