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作者与发表信息

本研究由Chen Guo、Rui-Yun Wu、Jia-Hao Dou、Shou-Fang Song、Xue-Lu Sun、Yi-Wei Hu、Fan-Shun Guo、Jia Wei、Lin Lin和Jin Wei共同完成。他们分别来自西安交通大学第二附属医院心内科和陕西省地方病临床研究中心。该研究于2023年11月9日首次发表在《Journal of Applied Physiology》上，文章标题为“Mitophagy-dependent cardioprotection of resistance training on heart failure”。

学术背景

研究的主要科学领域是心脏康复与运动生理学，特别是针对心力衰竭（heart failure, HF）患者的运动干预。心力衰竭是一种严重的心血管疾病，常伴随心肌功能障碍和线粒体功能异常。线粒体自噬（mitophagy）是清除受损线粒体的关键过程，其功能障碍与心力衰竭的发病机制密切相关。虽然已有研究表明运动训练对心力衰竭患者有益，但不同运动模式（如抗阻训练与有氧训练）对心肌线粒体自噬的影响及其机制尚未完全阐明。因此，本研究旨在探讨单独抗阻训练（resistance training, RT）及与不同有氧训练（如中等强度持续训练和高强度间歇训练）结合对心力衰竭小鼠心脏功能及线粒体自噬的影响，并揭示其潜在的分子机制。

研究流程

研究分为以下几个主要步骤：

1. 动物模型构建与分组
   研究使用8周龄的C57BL/6J雄性小鼠，通过横主动脉缩窄术（transverse aortic constriction, TAC）构建慢性压力超负荷心力衰竭模型。小鼠分为假手术组（HF-sham）、久坐组（HF-sed）、抗阻训练组（HF-RT）、中等强度持续训练结合抗阻训练组（HF-MRT）和高强度间歇训练结合抗阻训练组（HF-HRT），每组6只。

2. 运动训练方案
   训练持续8周，具体方案如下：

   • HF-RT组：进行抗阻训练，负荷为最大负荷（maximum load, ML）的40%-60%，每周5天。
     
   • HF-MRT组：交替进行中等强度持续训练（65%-70%峰值速度，60分钟）和抗阻训练，每周5天。
     
   • HF-HRT组：交替进行高强度间歇训练（包括热身、8次85%-90%峰值速度的4分钟间歇和50%-60%峰值速度的2分钟恢复）和抗阻训练，每周5天。

3. 心脏功能与形态学评估
   在训练结束后，通过超声心动图评估小鼠的左心室舒张末期内径（left ventricular end-diastolic dimension, LVEDD）、左心室收缩末期内径（left ventricular end-systolic dimension, LVESD）、左心室射血分数（left ventricular ejection fraction, LVEF）等心脏功能指标。同时，通过苏木精-伊红染色（hematoxylin-eosin staining, HE）和Masson三色染色观察心肌形态和纤维化程度。

4. 线粒体自噬相关基因与蛋白表达分析
   通过Western blot和qRT-PCR检测心肌组织中与线粒体自噬相关的基因和蛋白表达，包括LC3、PINK1、Parkin、BNIP3、HIF1α等。

5. 原代心肌细胞实验
   分离新生小鼠的心肌细胞，通过异丙肾上腺素（isoproterenol, ISO）模拟心力衰竭状态，并通过胰岛素样生长因子1（insulin-like growth factor 1, IGF1）模拟运动刺激。进一步通过siRNA敲低HIF1α和Parkin基因，研究其在运动保护中的作用。

6. 数据分析
   使用Stata 15.1、GraphPad Prism 9.1.1和ImageJ 1.53k软件进行统计分析，采用t检验、单因素或双因素方差分析比较组间差异。

主要结果

1. 运动训练对心脏功能的影响
   与HF-sed组相比，HF-RT和HF-MRT组显著改善了最大负荷、左心室直径和收缩功能（p < 0.01），而HF-HRT组无明显改善。HF-MRT组的心脏形态和纤维化程度改善最为显著。

2. 运动训练对线粒体自噬的影响
   HF-RT和HF-MRT组显著增强了心肌线粒体自噬活性，并提高了HIF1α表达（p < 0.05）。HF-HRT组对线粒体自噬无明显影响。

3. 原代心肌细胞实验结果
   IGF1模拟的运动刺激显著改善了心力衰竭心肌细胞的线粒体自噬和HIF1α表达（p < 0.05）。敲低HIF1α和Parkin基因后，运动刺激对线粒体自噬和心肌功能的保护作用被抑制。

结论

研究表明，抗阻训练与中等强度持续训练结合（HF-MRT）对心力衰竭小鼠的心脏功能和线粒体自噬具有最优的保护作用，而高强度间歇训练结合抗阻训练（HF-HRT）效果不明显。HIF1α-Parkin-线粒体自噬通路在运动对心力衰竭的保护中起关键作用。

研究意义与价值

本研究首次系统比较了不同运动模式对心力衰竭小鼠心脏功能和线粒体自噬的影响，揭示了HIF1α-Parkin-线粒体自噬通路在运动保护中的核心作用。这为心力衰竭患者的运动康复提供了新的理论依据和优化方案，具有重要的科学价值和应用前景。

研究亮点

1. 首次系统比较了抗阻训练与不同有氧训练结合对心力衰竭小鼠的影响。
   
2. 揭示了HIF1α-Parkin-线粒体自噬通路在运动保护中的关键作用。
   
3. 为心力衰竭患者的个性化运动康复提供了科学依据。

其他有价值的内容

研究还发现，运动训练通过HIF1α-Parkin-线粒体自噬通路减少了心力衰竭心肌细胞的活性氧（reactive oxygen species, ROS）积累，增加了ATP生成，并降低了脑钠肽（brain natriuretic peptide, BNP）表达，进一步验证了运动对心肌和线粒体功能的保护作用。