有氧运动调控自发性高血压模型大鼠心脏重塑的机制

doi:10.12307/2022.488

中国组织工程研究 ›› 2022, Vol. 26 ›› Issue (14): 2231-2237.doi: 10.12307/2022.488

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有氧运动调控自发性高血压模型大鼠心脏重塑的机制

朱政1，付常喜1，马文超1，马刚2，彭朋2

1徐州工程学院体育学院，江苏省徐州市 221018；2中国人民武装警察部队后勤学院卫生勤务系，天津市 300309

收稿日期:2021-06-03 修回日期:2021-06-23 接受日期:2021-07-01 出版日期:2022-05-18 发布日期:2021-12-22
通讯作者: 彭朋，博士，讲师，中国人民武装警察部队后勤学院卫生勤务系，天津市 300309
作者简介:朱政，男，1987年生，江苏省徐州市人，汉族，2013年江苏师范大学毕业，硕士，讲师，主要从事运动健康促进的研究。
基金资助:
天津市自然科学基金项目(17JCYBJC27400)，项目负责人：彭朋

Regulatory mechanism of aerobic exercise on cardiac remodeling in spontaneously hypertensive rats

Zhu Zheng1, Fu Changxi1, Ma Wenchao1, Ma Gang2, Peng peng2

1Department of Physical Education, Xuzhou University of Technology, Xuzhou 221018, Jiangsu Province, China; 2Department of Health Service, Logistics University of Chinese People’s Armed Police Forces, Tianjin 300309, China

Received:2021-06-03 Revised:2021-06-23 Accepted:2021-07-01 Online:2022-05-18 Published:2021-12-22
Contact: Peng Peng, MD, Lecturer, Department of Health Service, Logistics University of Chinese People’s Armed Police Forces, Tianjin 300309, China
About author:Zhu Zheng, Master, Lecturer, Department of Physical Education, Xuzhou University of Technology, Xuzhou 221018, Jiangsu Province, China
Supported by:
the Natural Science Foundation of Tianjin, No. 17JCYBJC27400 (to PP)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
高血压心脏重塑：高血压患者由于血压升高激活神经-内分泌系统，造成心肌细胞、非心肌细胞及细胞外基质基因表达发生改变，使心脏结构、代谢与功能经历长期的模式改建过程，称为心脏重塑。
肾素-血管紧张素系统：是由一系列肽类激素及相应酶组成的重要体液调节系统，其主要功能是调节和维持人体血压及水、电解质的平衡，维持人体内环境的相对稳定。病理情况下肾素-血管紧张素系统是参与高血压发病的重要机制。

背景：肾素-血管紧张素系统是介导高血压发生发展的主要病理生理机制。规律运动尤其是有氧运动对于诸多心血管疾病均具有防治作用，然而针对高血压的最佳运动处方仍未确定。
目的：观察有氧运动对自发性高血压大鼠(SHR)心脏重塑的影响，并探讨局部和全身肾素-血管紧张素系统在其间的可能作用机制。
方法：30只雄性SHR随机分为SHR安静组和SHR运动组，同时将15只Wistar-Kyoto大鼠作为正常血压对照组(WKY组)。WKY组和SHR安静组大鼠在鼠笼内安静饲养，SHR运动组进行8周中等强度跑台运动。实验后，利用无创血压仪检测尾动脉血压；超声心动仪检测心脏结构与功能；苏木精-伊红和Masson染色进行心肌组织病理学观察；荧光底物法测定血清、心脏血管紧张素转换酶和血管紧张素转换酶2活性；高效液相色谱法检测血清、心脏血管紧张素Ⅱ和血管紧张素(1-7)水平；Western bolt法检测心脏血管紧张素转换酶、血管紧张素Ⅱ1型受体(AT1R)、血管紧张素转换酶2和Mas受体蛋白表达量。研究经徐州工程学院伦理委员会审查和批准(批准号：XZUTLL 2019-003-02)。
结果与结论：①心脏结构与功能：与WKY组比较，SHR安静组大鼠血压升高(P < 0.05)，左心室发生向心性肥大与心肌纤维化(P < 0.05)，心功能下降(P < 0.05)；与SHR安静组比较，SHR运动组血压下降(P < 0.05)，左心室呈现离心性肥大、心肌纤维化减轻，心功能改善(P < 0.05)；②局部(心脏)肾素-血管紧张素系统：与SHR安静组比较，SHR运动组心脏血管紧张素转换酶活性和蛋白表达量以及血管紧张素Ⅱ水平降低(P < 0.05)，血管紧张素(1-7)水平升高(P < 0.05)，血管紧张素转换酶2和Mas受体蛋白表达量上调(P < 0.05)，血管紧张素转换酶/血管紧张素转换酶2活性和蛋白表达比值、血管紧张素Ⅱ/血管紧张素(1-7)比值以及AT1R/Mas受体蛋白表达比值降低(P < 0.05)；③全身肾素-血管紧张素系统：各组血清血管紧张素转换酶和血管紧张素转换酶2活性、血管紧张素转换酶/血管紧张素转换酶2活性比值、血管紧张素Ⅱ和血管紧张素(1-7)水平和血管紧张素Ⅱ/血管紧张素(1-7)比值比较差异均无显著性意义(P > 0.05)；④结果提示，有氧运动调控局部(心脏)肾素-血管紧张素系统，诱导ACE-Ang Ⅱ-AT1R轴向ACE2-Ang(1-7)-Mas受体轴转变，进而抑制SHR心脏重塑。
缩略语：血管紧张素转换酶：angiotensin-converting enzyme，ACE；血管紧张素：angiotensin，Ang；自发性高血压大鼠：spontaneously hypertensive rats，SHR

https://orcid.org/0000-0002-6058-2343 (朱政) ；https://orcid.org/0000-0001-5039-6128 (彭朋)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 有氧运动, 高血压, 肾素-血管紧张素系统, 心脏重塑, 心力衰竭

Abstract: BACKGROUND: Renin-angiotensin system is the main pathophysiological mechanism that mediates the occurrence and development of hypertension. Regular exercise, especially aerobic exercise, can prevent and treat many cardiovascular diseases. However, the optimal exercise prescription for hypertension has not been determined.
OBJECTIVE: To observe the effect of aerobic exercise on cardiac remodeling and to investigate the possible mechanism of local and systemic renin-angiotensin system in spontaneously hypertensive rats (SHR)
METHODS: Thirty male SHR rats were randomly divided into SHR sedentary group and SHR exercise group. At the same time, 15 Wistar-Kyoto rats were used as normal blood pressure control group (WKY). The animals in the WKY and SHR sedentary groups were caged and raised quietly, and the SHR exercise group performed moderate intensity treadmill exercise for 8 weeks. After the experiment, caudal artery blood pressure was measured by non-invasive sphygmomanometer. Cardiac structure and function were detected by echocardiography. Myocardial histopathology was observed by hematoxylin-eosin and Masson staining. Angiotensin converting enzyme (ACE) and ACE2 activities in serum and heart were measured by fluorescence substrate method, and angiotensin II (Ang II) and Ang(1-7) contents in serum and heart were detected by high performance liquid chromatography. The protein expression of ACE, Ang II type 1 receptor (AT1R), ACE2 and Mas receptor was detected by western blot. The study protocol was reviewed and approved by the Ethics Committee of Xuzhou University of Technology (approval No. XZUTLL 2019-003-02).
RESULTS AND CONCLUSION: Cardiac structure and function: compared with the WKY group, blood pressure increased (P < 0.05), left ventricular concentric hypertrophy and myocardial fibrosis occurred (P < 0.05), and cardiac function decreased (P < 0.05) in SHR sedentary group. Compared with the SHR sedentary group, blood pressure decreased (P < 0.05), left ventricle presented eccentric hypertrophy and myocardial fibrosis alleviated (P < 0.05), and cardiac function improved (P < 0.05) in the SHR exercise group. Local (heart) renin-angiotensin system: compared with the SHR sedentary group, cardiac ACE activity and protein expression and Ang II content decreased (P < 0.05), Ang(1-7) content increased (P < 0.05), ACE2 and Mas receptor protein expression upregulated (P < 0.05), ACE/ACE2 activity and protein expression ratio, Ang II/Ang(1-7) content ratio, and AT1R/Mas receptor protein expression ratio decreased (P < 0.05) in the SHR exercise group. Systemic renin-angiotensin system: there was no significant difference in the activity of ACE and ACE2, ACE/ACE2 activity ratio, the content of Ang II and Ang(1-7), and Ang II/Ang(1–7) content ratio of serum in all groups (P > 0.05). To conclude, aerobic exercise regulates local (heart) renin-angiotensin system to shift ACE-Ang II-AT1R axis to ACE2-Ang(1-7)-Mas receptor axis, thereby inhibiting cardiac remodeling in SHR rats.

Key words: aerobic exercise, hypertension, renin-angiotensin system, cardiac remodeling, heart failure

中图分类号:

朱政, 付常喜, 马文超, 马刚, 彭朋. 有氧运动调控自发性高血压模型大鼠心脏重塑的机制[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(14): 2231-2237.

Zhu Zheng, Fu Changxi, Ma Wenchao, Ma Gang, Peng peng. Regulatory mechanism of aerobic exercise on cardiac remodeling in spontaneously hypertensive rats[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2022, 26(14): 2231-2237.

图/表（结果） 9

2.1 实验动物数量分析实验过程中，由于死亡、拒跑等原因，共剔除6只动物，因此最终纳入统计的样本量n=39。
2.2 各组大鼠血压水平比较与WKY组比较，SHR安静组收缩压、舒张压和平均动脉压均升高(P < 0.05)；与SHR安静组比较，SHR运动组收缩压、舒张压和平均动脉压均下降(P < 0.05)。见表1。

2.3 各组大鼠体质量、心脏质量、心脏质量指数以及心脏结构与功能的比较与WKY组比较，SHR安静组心脏质量、心脏质量指数、左心室质量和左心室质量指数均升高(P < 0.05)，左心室壁厚度升高(P < 0.05)，左心室舒张末期直径和左心室射血分数下降(P < 0.05)；与SHR安静组比较，SHR运动组左心室舒张末期直径和左心室射血分数增加(P < 0.05)，心脏质量、心脏质量指数、左心室质量、左心室质量指数和左心室壁厚度的变化差异均无显著性意义(P > 0.05)。见表2。

2.4 心脏病理组织学观察
2.4.1 心肌苏木精-伊红染色见图1。结果显示细胞质呈粉红色，细胞核呈蓝色。WKY组心肌细胞形态正常，结构完整，排列规则紧凑；SHR安静组心肌细胞肿胀肥大，排列紊乱，伴有肌纤维断裂；SHR运动组心肌细胞排列较规整，胞浆和胞核接近WKY组。与WKY组比较，SHR安静和SHR运动组心肌细胞横截面积增加(P < 0.05)，与SHR安静组比较，SHR运动组心肌细胞横截面积的变化差异无显著性意义(P > 0.05)。见图2。

2.4.2 心肌Masson染色见图3。

结果显示心肌细胞呈红色，胶原纤维呈蓝色。WKY组心肌细胞间有极少量胶原纤维；SHR安静组细胞间质大量胶原沉积，发生心肌纤维化改变；SHR运动组纤维化程度明显减轻。与WKY组比较，SHR安静组胶原沉积指数增加(P < 0.05)，与SHR安静组比较，SHR运动组胶原沉积指数降低(P < 0.05)。见图4。

2.5 各组大鼠血清、心脏ACE和ACE2活性以及Ang Ⅱ和Ang(1-7)水平
2.5.1 血清ACE、ACE2活性和Ang Ⅱ、Ang(1–7)水平各组大鼠血清ACE和ACE2活性，ACE/ACE2比值，Ang Ⅱ和Ang(1–7)水平以及Ang Ⅱ/Ang(1–7)比值比较，差异均无显著性意义(P > 0.05)。见图5，6。

2.5.2 心脏ACE、ACE2活性与WKY组比较，SHR安静组心脏ACE活性和ACE/ACE2活性比值升高(P < 0.05)；与SHR安静组比较，SHR运动组心脏ACE活性和ACE/ACE2活性比值下降(P < 0.05)。各组心脏ACE2活性比较差异均无显著性意义(P > 0.05)。见图7。

2.5.3 心脏Ang Ⅱ、Ang(1–7)水平与WKY组比较，SHR安静组心脏Ang Ⅱ水平升高(P < 0.05)，Ang(1–7)水平变化差异无显著性意义(P > 0.05)，Ang Ⅱ/Ang(1–7)比值升高(P < 0.05)；与SHR安静组比较，SHR运动组心脏Ang(1–7)水平升高(P < 0.05)，Ang Ⅱ水平以及Ang Ⅱ/Ang(1–7)比值下降(P < 0.05)。见图8。

2.6 各组大鼠心脏肾素-血管紧张素系统轴相关蛋白表达量比较与WKY组比较，SHR安静组心脏ACE蛋白表达量上调(P < 0.05)，ACE2和Mas蛋白表达量下调(P < 0.05)，ACE/ACE2蛋白表达比值以及AT1R/Mas蛋白表达比值升高(P < 0.05)；与SHR安静组比较，SHR运动组心脏ACE蛋白表达量下调(P < 0.05)，ACE2和Mas蛋白表达量上调(P < 0.05)，ACE/ACE2蛋白表达比值以及AT1R/Mas蛋白表达比值下降(P < 0.05)。各组心脏AT1R蛋白表达量比较差异均无显著性意义(P > 0.05)。见图9，10。

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引言

高血压是最常见的慢性病，也是心脑血管病最主要的危险因素[1]。高血压患者由于血压升高(压力超负荷)激活神经-内分泌系统，造成心肌细胞、非心肌细胞及细胞外基质基因表达发生改变，使心脏结构、代谢与功能经历长期的模式改建过程，称为心脏重塑(cardiac remodeling)[1]。研究表明，肾素-血管紧张素系统(renin–angiotensin system，RAS)过度激活与高血压心脏重塑的发生发展密切相关[2]。在经典的肾素-血管紧张素系统级联反应途径中，血管紧张素转换酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)催化血管紧张素Ⅰ(angiotensin Ⅰ，Ang Ⅰ)转变为血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ)，后者与Ang Ⅱ 1型受体(Ang Ⅱ type 1 receptor，AT1R)结合进而发挥生物学效应[3-4]。ACE-Ang Ⅱ-AT1R轴(经典轴)可介导多种病理生理过程，包括氧化应激和促炎症反应，从而引起心肌肥大、间质纤维化等病理性心脏重塑，最终导致心功能失代偿以及心力衰竭[3-4]。近期的研究发现，肾素-血管紧张素系统存在一种反向调节机制，即ACE2(ACE的同源酶)将Ang Ⅰ或Ang Ⅱ转变为Ang(1-7)，后者与Mas受体结合，其介导的生物学作用可对抗ACE-Ang Ⅱ-AT1R轴的诸多不利影响[5]。已证实，ACE-Ang Ⅱ-AT1R轴与ACE2- Ang(1-7)-Mas受体轴功能失衡是慢性高血压的重要标志，可导致心功能障碍以及靶器官损害，而抑制ACE-Ang Ⅱ-AT1R轴(ACE抑制剂和AT1R拮抗剂类降压药)或激活ACE2-Ang
(1-7)-Mas受体轴则具有心脏保护效应[6-7]。
高血压治疗的益处主要来源于血压控制本身，调查发现，若安静收缩压和舒张压均下降3 mmHg，中风发生率将下降8%，冠心病发病率将下降5%，死亡率将下降4%[8]。然而降压药物存在多种不良反应，其疗效并不稳定[9]。近年来的研究指出，规律体力活动尤其是有氧运动作为多种慢性病的非药物治疗手段具有简便易行、不良反应小、作用持久等突出优势，已成为高血压、糖尿病、肥胖等患者一级和二级预防的重要康复策略[10-11]，美国运动医学会与美国医学会2007年联合推出的“运动是良医”(exercise is medicine)项目已在世界范围内得到推广[12]。Meta分析指出，长期有氧运动能够使高血压患者收缩压和舒张压分别平均下降 7 mmHg和
5 mmHg[13]。课题组前期研究证实，有氧运动可降低自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rats，SHR)血压水平并抑制病理性心脏重塑，然而运动改善心血管功能的确切机制尚未明确[14-17]。由于肾素-血管紧张素系统参与了高血压心脏重塑的病理过程，故推测运动的心脏保护作用与调控肾素-血管紧张素系统有关，但这一假设未得到验证。因此，此次研究以SHR为动物模型，观察8周有氧运动对心脏重塑的影响并探讨局部和全身肾素-血管紧张素系统在其间的可能作用机制。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验，组间比较采用单因素方差分析，多重比较使用LSD检验。
1.2 时间及地点实验于2019年5-11月在武警后勤学院军事训练医学教研室运动生理实验室完成。
1.3 材料
1.3.1 实验动物 30只3月龄SPF级雄性SHR，体质量(220±18) g；Wistar-Kyoto大鼠15只，购自北京维通利华实验动物技术有限公司，许可证号：SCXK(京)2018-0027。大鼠饲养环境：温度24-26℃，湿度50%-60%，12∶12 h明暗周期，分笼 (5只/笼)标准饲料饲养，自由进食水。
研究经徐州工程学院动物实验伦理委员会批准(批准号为XZUTLL 2019-003-02)。
1.3.2 药品和仪器设备氯胺酮(80 mg/kg，江苏恒瑞医有限公司，批号：KH071001)和赛拉嗪(12 mg/kg，长沙拜特生物科技有限公司，批号：180121777)；智能无创血压测试仪(BP-2010E，日本)；超声心动仪(VisualSonics Vevo 770，美国)；光学显微镜(奥林巴斯IX71，日本)；图像分析软件(Image Pro Plus 6.0，美国)；高效液相色谱仪(岛津LC-6A型，日本)；凝胶成像系统(ChemiDoc XRS，美国)。
1.3.3 实验用主要试剂多聚甲醛溶液(南京建成生物工程研究所)；5%牛血清白蛋白(武汉博士德生物工程有限公司)；ACE单抗(sc-23908)、ACE2单抗(sc-390851)、Mas受体单抗(sc-390453)(Santa cruz公司)；AT1R单抗(ab124734)、亲环蛋白(Cyclophilin)单抗(ab231155)(Abcam公司)；辣根过氧化物酶标记的羊抗兔IgG(武汉博士德生物工程有限公司，BA1039)。
1.4 实验方法
1.4.1 动物分组动物适应环境1周后随机分为SHR安静组和SHR运动组，每组15只，同时将15只Wistar-Kyoto大鼠作为正常血压对照组(WKY组)。WKY组和SHR安静组动物在鼠笼内安静饲养，SHR运动组进行8周中等强度跑台运动。
1.4.2 大鼠有氧运动能力测定和跑台运动方案所有动物先进行3 d适应性跑台运动，方案：速度5-15 m/min、坡度0°、时间10 min/d。参照课题组前期建立的方法进行最大跑台运动测试[17-18]，该测试用于评定大鼠有氧运动能力(最大跑速)并据此制定训练强度。方案如下：起始负荷(跑台速度)5 m/min，每2 min递增1.5 m/min，直至力竭(坡度始终为0°)，记录最大跑速。动物力竭标准：用毛刷驱赶(未使用电刺激)仍处于跑台后1/3处超过10次[19]。SHR运动组大鼠随后进行8周跑台运动训练，运动强度为最大跑速的60%，运动时间为 60 min/d，每周训练5 d。分别于第4周和第6周重新测定最大跑速以调整训练强度(跑速)[18]。
1.4.3 血压以及心脏结构与功能测定末次训练后72 h(避免急性运动的影响)，用氯胺酮(80 mg/kg)和赛拉嗪(12 mg/kg)腹腔注射麻醉大鼠，采用智能无创血压测试仪测量尾动脉血压，包括收缩压和舒张压，计算平均动脉压=(收缩压+舒张压×2)÷3。随后利用超声心动仪检测大鼠心脏结构和功能，参数包括：左心室舒张末期直径、左心室收缩末期直径、左心室壁厚度和左心室射血分数。
1.4.4 动物取材超声检测后，麻醉后开胸心脏取血3 mL，4 ℃、3 000 r/min离心15 min分离血清，–20 ℃低温冰箱冻存待测血清ACE和ACE2活性以及Ang Ⅱ和Ang(1–7)水平。迅速剥离心脏并称质量，计算心脏质量(mg)与体质量(g)的比值作为心脏质量指数。分离左心室，称质量并计算左心室质量(mg)与体质量(g)的比值作为左心室质量指数；沿纵轴将左心室分为两部分，一部分固定在体积分数10%甲醛溶液中用于心肌组织病理学观察，另一部分迅速投入液氮中快速冷冻，取出用锡纸包裹并于–80 ℃低温冰箱中储存用于ACE、ACE2、AT1R和Mas受体蛋白表达量分析以及ACE、ACE2活性和Ang Ⅱ、Ang(1–7)水平测定。
1.4.5 心肌组织病理学观察取固定的心脏样品，石蜡包埋，分别用苏木精-伊红和Masson染色并制作3 μm厚组织切片。每张切片于光学显微镜(奥林巴斯IX71，日本)下选取15个视野，对心脏标本进行组织病理学观察。用图像分析软件(Image Pro Plus 6.0，美国)测量苏木精-伊红染色切片的心肌细胞横截面积以及Masson染色切片的胶原面积与所测视野面积比值，即胶原沉积指数(代表心肌纤维化程度)。
1.4.6 血清、心脏ACE和ACE2活性测定参照CARMONA等[20]建立的方法，采用荧光底物法测定血清、心脏ACE和ACE2活性。先采用考马斯亮蓝法测定蛋白水平。①血清和心脏ACE活性测定：取25 g心脏组织样品0.1 mmol/L Tris-HCl缓冲液(pH=7.0，含50 mmol/L NaCl)中匀浆，以荧光底物Abz-FRK-(Dnp)P-OH与样品(心脏匀浆液或血清)在37 ℃孵育30 min的水解速率代表ACE酶活性。②血清和心脏ACE2活性：以Abz-APK-(Dnp)-OH作为荧光底物测定血清和心脏匀浆液中ACE2活性，其他方法同ACE步骤。单位分别为U/(min·mL)(血清)和U/(min·mg)(心脏)。
1.4.7 血清、心脏Ang Ⅱ和Ang(1–7)水平测定参照ROSA等[21]建立的方法，采用高效液相色谱法检测血清、心脏Ang Ⅱ和Ang(1–7)水平。取25 mg左心室样品，加入100 mmol/L PB匀浆液(pH=7.2，含340 mmol/L蔗糖，300 mmol/L NaCl和蛋白酶抑制剂)进行匀浆。取50 μL血清，加入500 μL蛋白酶抑制剂进行离心。样品于4 ℃、15 000 r/min离心20 min。色谱柱采用粒径5 μm的C8反相柱(150 mm×4.6 mm)，流动相采用1.0 mmol/L乙腈，60 g/L甲醇，20 mmol/L氢氧化钠，30 mmol/L醋酸钠，10 mmol/L醋酸，流速1.0 mL/min。检测波长为214 nm，柱温为40 ℃。分别称取Ang Ⅱ和Ang(1–7)标准品制备标准应用液，上述同样条件绘制标准曲线。计算各样品中Ang Ⅱ和Ang(1–7)水平。单位分别为ng/L(血清)和pmol/g(心脏)。
1.4.8 Western blot检测肾素-血管紧张素系统各蛋白表达量取50 mg心脏组织匀浆后取上清，考马斯亮蓝法测定蛋白浓度。取10 μg蛋白样品在垂直电泳仪上经12% SDS-PAGE分离后，转移至聚二氟乙烯膜上。用5%牛血清白蛋白封闭，并在4 ℃依次与下列兔抗鼠一抗孵育过夜：ACE(1∶1 000)、AT1R(1∶500)、ACE2(1∶1 000)、Mas受体(1∶500)。TBST洗涤3次后加入二抗(辣根过氧化物酶标记的羊抗兔IgG，1∶5 000)室温孵育1 h。充分洗涤后，使用ECL发光成像，X射线胶片压片曝光，利用凝胶成像系统拍摄并扫描各条带灰度值。Cyclophilin(1∶2 000)为内参蛋白，以各组与WKY组的比值作为蛋白相对表达量。
1.5 主要观察指标 ①大鼠血压水平；②大鼠体质量、心脏质量、心脏质量指数以及心脏结构与功能；③大鼠心脏病理组织学观察；④大鼠血清、心脏ACE和ACE2活性以及Ang Ⅱ和Ang(1–7)水平；⑤大鼠心脏肾素-血管紧张素系统轴相关蛋白表达量。
1.6 统计学分析使用SPSS 20.0软件包对数据进行统计学处理与分析。所有数据以x±s表示。各指标3组间比较采用单因素方差分析，若F检验具有统计学意义，则多重比较使用最小显著差别LSD检验。P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

此次研究的主要发现是，有氧运动对SHR具有以下作用：①降低血压水平，使心肌由病理性肥大向生理性肥大转变，减轻心肌纤维化，心功能得以改善；②使心脏ACE活性和蛋白表达量以及AngⅡ水平恢复正常，上调心脏ACE2蛋白表达量，提高Ang(1-7)水平和Mas受体表达水平，降低ACE/ACE2、AngⅡ/Ang(1-7)和AT1R/Mas受体比值；③对全身肾素-血管紧张素系统水平并无影响。上述结果提示，有氧运动通过调控心脏局部肾素-血管紧张素系统抑制SHR心脏重塑，进而改善心功能并延缓心力衰竭进程。
3.1 有氧运动对SHR心脏重塑的影响心脏肥大是高血压心脏重塑的主要表现[22]。心脏肥大在高血压进程的初期具有代偿作用，可提高心肌收缩力并维持心搏出量和心功能；然而伴随疾病进展，心肌细胞体积增长与毛细血管数量之间的匹配失衡，继之引起心肌缺血缺氧、细胞凋亡坏死，最终发生心功能失代偿以及心力衰竭。此次研究发现，与WKY组比较，SHR安静组大鼠心脏形态表现为心脏质量、心脏质量指数、左心室质量和左心室质量指数以及心肌细胞横截面积升高，心腔缩窄(左心室舒张末期直径下降)，即心脏发生向心性心脏肥大，由于心功能下降，因此属于病理性心脏肥大[23]。经过8周有氧运动后，与SHR安静组比较，SHR运动组大鼠心脏肥大程度并未改变，但心脏扩张(左心室舒张末期直径增加)，即发生离心性心脏肥大，同时心功能改善，这与长期从事耐力项目运动员的心脏结构类似[24]，其机制与运动时心脏前负荷(回心血量)增加造成肌节串联性增生有关[23]，提示有氧运动诱导SHR心脏表型由病理性心脏肥大向生理性肥大转变[23]。
长期血压升高可造成心肌胶原代谢紊乱以及细胞外基质过度沉积[25-26]。在此次研究中，与WKY组比较，SHR安静组间质胶原沉积指数明显增加，提示发生心肌纤维化。研究表明，心肌纤维化可导致心脏硬度增加、心室壁顺应性下降，从而影响心脏舒缩功能；此外，间质胶原过度沉积还可增加心肌电不均一性，易引发室性心律失常甚至心源性猝死[26]。跑台运动后，与SHR安静组比较，SHR运动组大鼠间质胶原沉积指数下降，说明心肌纤维化减轻，这有助于恢复心动周期过程中异常的心肌收缩力分布并提高室壁顺应性，进而改善心功能，同时可降低心律失常发生率[27]。CHOI等[28]报道，有氧运动通过减少心肌胶原交联改善衰老大鼠心脏舒张障碍。结合此次研究结果推测，有氧运动对胶原含量以及空间结构均具有积极作用。
3.2 有氧运动对SHR全身和局部肾素-血管紧张素系统的影响运动对心脏和循环肾素-血管紧张素系统的影响尚存争议。FILHO等[29]发现，SHR经过8周游泳运动后，血浆Ang Ⅱ水平降低、Ang(1-7)水平未发生变化，左心室Ang(1-7)水平和Mas受体蛋白表达增加、Ang Ⅱ水平无显著性改变。FERNANDES等[30]证实，正常血压大鼠10周游泳运动后，左心室Ang(1-7)水平以及ACE2活性增加，ACE表达量和活性以及Ang Ⅱ水平下降，然而AT1R表达却出现上调。不同研究结果存在差异与动物模型、运动方式以及运动时间等因素有关。此次研究发现，与WKY组比较，SHR安静组心脏ACE活性和蛋白表达量增加、AngⅡ水平升高，提示肾素-血管紧张素系统经典轴持续激活，然而AT1R蛋白表达水平并未随之升高，由于受体的功能与其表达量和/或亲和力有关，故推测AT1R与AngⅡ的亲和力增加，受体后信号级联反应增强[31]。先前的研究表明，SHR模型ACE-Ang Ⅱ-AT1R轴表达上调，并参与高血压进展和心脏重塑进程[32]。跑台训练后，SHR运动组大鼠心脏ACE和Ang Ⅱ下降至正常水平(与WKY组比较无统计学差异)，提示有氧运动对心脏重塑的抑制效应与ACE-Ang Ⅱ-AT1R轴功能恢复有关。此外，SHR安静组大鼠心脏ACE2和Mas表达量上调，提示ACE2-Ang(1-7)-Mas受体轴受到抑制，这与前人针对多种心血管疾病模型的研究结果一致[33-34]。ACE2一方面通过降低Ang Ⅱ，另一方面通过产生Ang(1–7)发挥心肌保护作用[5]。ACE2和Mas受体基因敲除小鼠皮下注射Ang Ⅱ后迅速出现高血压以及高血压肾病[35]，而激活ACE2- Ang(1-7)-Mas受体轴则改善高血压孕鼠心血管功能障碍并抑制心脏重塑[7]。在此次研究中，经过8周跑台运动后，SHR运动组大鼠ACE2-Ang(1-7)-Mas受体轴水平升高并基本恢复正常，说明有氧运动通过调控心脏ACE2-Ang(1-7)-Mas受体轴对抗长期血压升高的不利影响，同时也提示，ACE2-Ang(1-7)-Mas受体轴是运动发挥心脏保护效应的重要靶点。可以展望，在高血压的临床治疗中，除抑制ACE-Ang Ⅱ-AT1R轴(如ACE抑制剂、AT1R拮抗剂)外，激活ACE2-Ang(1-7)-Mas受体轴也为开发新型降压药提供了崭新思路[36]。
值得注意的是，此次研究还发现，SHR安静组大鼠心脏ACE/ACE2比值(活性和蛋白表达量)、AngⅡ/Ang(1-7)水平比值和AT1R/Mas受体蛋白表达比值升高，提示心脏肾素-血管紧张素系统发生稳态失衡并向经典轴(ACE-Ang Ⅱ-AT1R轴)方向漂移。经过8周跑台运动后，SHR运动组上述各参数基本得到逆转，表明有氧运动促使ACE-Ang Ⅱ-AT1R轴向ACE2-Ang(1-7)-Mas受体轴转变，这与针对骨骼肌的研究结果一致[37]。上述结果提示，有氧运动能够对抗ACE-Ang Ⅱ-AT1R轴的负面效应，而ACE2-Ang(1-7)-Mas受体轴上调则可能是运动发挥心肌损伤保护效应以及抑制心脏重塑的重要分子机制。此外，此研究并未观察到血清ACE和ACE2活性以及AngⅡ和Ang(1-7)水平的变化，推测蛋白酶(ACE和ACE2)主要在表达相应受体(AT1R和Mas)的组织局部发挥其生物学效应，也可能与运动干预时间较短有关。因此，局部组织肾素-血管紧张素系统的改变独立于全身肾素-血管紧张素系统，即心脏与全身肾素-血管紧张素系统的变化并无关联。
此次研究尚存在些许不足。由于研究只观察到动物模型肾素-血管紧张素系统组分与心脏重塑的平行变化，所获研究数据并不能直接证实运动-肾素-血管紧张素系统-心脏之间的相关性，因此尚需要体外细胞实验加以印证。
结论：有氧运动能够抑制SHR心脏重塑并延缓心力衰竭进程，表现为血压下降、心肌由病理性肥大向生理性肥大转变，减轻心肌纤维化，心功能得以改善，其机制可能与调控局部(心脏)肾素-血管紧张素系统并诱导ACE-Ang Ⅱ-AT1R轴向ACE2-Ang(1-7)-Mas受体轴转变有关，而与全身肾素-血管紧张素系统并无关联。研究结果进一步证实，规律体力活动作为防治高血压的非药物康复手段，值得临床推广。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

有氧运动调控自发性高血压模型大鼠心脏重塑的机制

Regulatory mechanism of aerobic exercise on cardiac remodeling in spontaneously hypertensive rats

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