长期有氧运动增强胰岛素对缺血/再灌注心肌的保护作用及机制

胰岛素抵抗是2型糖尿病、高血压及冠心病等重大疾病的"共同土壤"。众多研究与临床实践证明，运动尤其是长期有氧运动，可明显改善胰岛素敏感性，并一直被作为防治2型糖尿病及相关疾病的有效措施之一。以往有关运动与胰岛素敏感性关系的研究主要集中在脂肪及骨骼肌等组织，心肌胰岛素抵抗尚未引起人们的重视。我们新近发现，有氧运动可通过增强心肌内源性eNOS-NO信号系统减轻缺血/再灌注心肌损伤(Apoptosis, 2007)；另一方面，胰岛素也可激活心血管Akt-eNOS系统。据此我们设想：有氧运动可能通过上调内源性Akt-eNOS-NO机制增强心血管对胰岛素的敏感性，发挥对缺血心脏的保护作用。本课题拟在我们上述研究基础上进一步明确运动对心脏Akt-eNOS及心肌胰岛素敏感性的影响及其关系，明确有氧运动是否可通过上述机制增强胰岛素对缺血心肌的保护作用，以期为运动防治冠心病提供直接的实验依据和理论支持。

我们前期发现胰岛素可通过激活细胞“生存信号”，即磷脂酰肌醇-3激酶-蛋白激酶B（PI3K-Akt）信号通路保护缺血／再灌注（MI/R）心肌；有氧运动已被证实可改善骨骼肌对胰岛素的敏感性，我们前期还发现运动可改善心肌的胰岛素敏感性。然而，运动可否与胰岛素产生协同作用保护缺血心肌尚无报道。因此，本研究的目的是观察长期有氧运动对胰岛素缺血心肌保护作用的影响并探讨其机制。成年雄性Sprague-Dawley (SD) 大鼠随机接受8周安静处理或无负重游泳训练 (3 h/d, 5 d/wk)，随后常规构建整体MI/R模型，缺血30 min，再灌注4 h，再灌注前5 min给予生理盐水（0.9 % NaCl, 4 ml•kg-1•h-1, i.v.）或胰岛素（60 U/L），期间监测血流动力学变化，再灌注结束后检测心梗面积及细胞凋亡，并观察信号蛋白分子Akt、glycogen synthase kinase-3β（GSK-3）表达及磷酸化水平改变。MI/R导致明显的心肌功能障碍及心肌细胞凋亡 (TUNEL染色阳性细胞)。与安静组（Sed）相比，运动组大鼠接受胰岛素（insulin）治疗后心梗面积减少 (13.3% ± 3.4% vs.26.8% ± 1.5% of Sed plus insulin group, n = 6, P < 0.05)，心肌细胞凋亡指数降低 (P < 0.05)，血浆肌酸激酶（CK）与乳酸脱氢酶（LDH）活性减小，心肌收缩／舒张功能改善。另外，有氧运动还使总Akt表达水平增加2倍 (n=4, P < 0.05 vs. Sed)，使磷酸化Akt及GSK-3（Akt下游分子，可标记Akt活性）分别增加1.7和1.9倍，(n = 4, all P < 0.05)。重要的是，再灌注前15 min给予PI3K (Akt上游信号分子) 抑制剂wortmannin (15 μg/kg, i.v.) 不仅降低Akt及GSK-3磷酸化水平 (n =4, P < 0.05)，而且抑制了运动与胰岛素保护缺血心肌的协同作用（即凋亡、CK、LDH活性及心梗面积增加，心肌功能减弱）。上述结果表明，有氧运动可增强胰岛素保护缺血心肌的作用，其机制与上调PI3K-Akt信号通路有关，提示长期有氧运动可有效减少心肌在发生急性缺血时的损伤，并可促进缺血心肌功能恢复。