張 琳，吳 迎，曾凡星，石麗君

PI3K/Akt和MAPK信號(hào)通路平衡在運(yùn)動(dòng)調(diào)控高血壓血管平滑肌表型轉(zhuǎn)換中的作用

張 琳，吳 迎，曾凡星，石麗君

目的：探究PI3K/Akt（磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B）和MAPK（絲裂原活化蛋白激酶）信號(hào)通路間平衡在有氧運(yùn)動(dòng)調(diào)控高血壓平滑肌表型轉(zhuǎn)換中的作用。方法：選取3月齡雄性Wistar-Kyoto大鼠（WKY）和自發(fā)性高血壓大鼠（SHR），隨機(jī)分為安靜組［WKY-SED（正常血壓）、SHR-SED（高血壓）］、有氧運(yùn)動(dòng)組［WKY-EX（正常血壓）、SHR-EX（高血壓）］。運(yùn)動(dòng)組進(jìn)行8周55%～65% V.O2max強(qiáng)度的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，觀察有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)高血壓大鼠胸主動(dòng)脈管壁厚度、平滑肌標(biāo)志蛋白和信號(hào)蛋白表達(dá)的影響。結(jié)果：1）與WKY-SED組相比，SHRSED組SBP顯著升高（P＜0.01），WKY-EX組SBP顯著下降（P＜0.05）。與SHR-SED組相比，SHR-EX組SBP顯著下調(diào)（P＜0.01）。2）與WKY-SED組相比，SHR-SED組胸主動(dòng)脈管壁厚度明顯增加（P＜0.01），WKY-EX組無(wú)顯著性差異；與SHR-SED組相比，SHR-EX組胸主動(dòng)脈管壁厚度顯著降低（P＜0.05）。3）與WKY-SED組相比，SHR-SED組平滑肌收縮表型標(biāo)志蛋白（α-SM-actin、calponin）蛋白表達(dá)顯著下調(diào)，而合成表型標(biāo)志蛋白（OPN）顯著上調(diào) （P＜0.01），WKY-EX組無(wú)顯著性差異。與SHR-SED組相比，SHR-EX組α-SM-actin、calponin的蛋白表達(dá)顯著上調(diào)，而OPN的蛋白表達(dá)顯著下調(diào)（P＜0.05）。與WKY-SED組相比，SHR-SED組p-Akt、eNOS的蛋白表達(dá)顯著下調(diào)（P＜0.01），p-ERK、p-p38的蛋白表達(dá)顯著上調(diào)（P＜0.01），WKY-EX組p-Akt（P＜0.05）、eNOS（P＜0.01）的蛋白表達(dá)呈上調(diào)趨勢(shì)。與SHR-SED組相比，SHR-EX組p-Akt（P＜0.05）、eNOS（P＜0.01）的蛋白表達(dá)顯著上調(diào)，p-ERK和p-p38（P＜0.05）的蛋白表達(dá)顯著下調(diào)。結(jié)論：有氧運(yùn)動(dòng)可抑制高血壓大鼠VSMC由收縮表型向合成表型轉(zhuǎn)換，且VSMC的表型可能是通過(guò)PI3K/Akt和MAPK通路之間的平衡作用進(jìn)行調(diào)控的。

有氧運(yùn)動(dòng)；高血壓；表型轉(zhuǎn)換；PI3K/Akt；MAPK

高血壓作為威脅人類健康的殺手，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和治療將會(huì)導(dǎo)致心肌梗塞、中風(fēng)、腎衰竭，甚至造成死亡。2014年成人高血壓的管理指南中指出，60歲及以上高血壓患者的治療目標(biāo)是血壓低于150/90 mmHg，而對(duì)于30～59歲的高血壓人群來(lái)說(shuō)，要求血壓低于140/90 mmHg［14］。血壓升高與血管功能密切相關(guān)，血管的舒縮活動(dòng)主要取決于血管平滑肌細(xì)胞（vascular smooth muscle cell，VSMC）［11］。VSMC位于動(dòng)脈管壁的中層，通過(guò)舒縮來(lái)調(diào)節(jié)血流阻力和流向外周的血流量。成年個(gè)體中，VSMC呈收縮表型，在眾多細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子的調(diào)控下，可從處于靜息狀態(tài)的收縮表型轉(zhuǎn)換為具有增殖遷移功能的合成表型。收縮表型的標(biāo)志蛋白有α平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-SM-actin）、調(diào)寧蛋白（calponin）、平滑肌肌球蛋白重鏈蛋白（SM-MHC），轉(zhuǎn)凝蛋白（SM22α）等，合成表型的標(biāo)志蛋白有骨橋蛋白o(hù)steopontin（OPN），表皮調(diào)節(jié)素（Epiregulin）［2］。同時(shí)，VSMC的這種變化受磷脂酰肌醇激酶信號(hào)通路（PI3K/Akt）和絲裂原活化蛋白激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)（mitogen-activated protein kinase，MAPK）等多種通路的調(diào)控［26］。

靜坐少動(dòng)的生活方式導(dǎo)致肥胖、II型糖尿病和心血管疾病等慢性病的發(fā)病率大大增加。規(guī)律性的有氧運(yùn)動(dòng)可以激活體內(nèi)相關(guān)信號(hào)通路，從而延緩慢性病的發(fā)展進(jìn)程［20］。運(yùn)動(dòng)作為非藥物治療手段，已經(jīng)被越來(lái)越多的高血壓患者所接受，堅(jiān)持長(zhǎng)期規(guī)律性的有氧運(yùn)動(dòng)可以有效降低血壓，改善血管舒縮功能，積極地預(yù)防心血管疾病。運(yùn)動(dòng)改善VMSC的舒縮功能可能是通過(guò)調(diào)控VSMC的表型來(lái)實(shí)現(xiàn)的，表型轉(zhuǎn)換在VSMC的功能調(diào)控方面起著重要作用。

本實(shí)驗(yàn)采用自發(fā)性高血壓大鼠（spontaneously hypertensive rat，SHR）和正常血壓大鼠（Wistar Kyoto rats，WKY），探討有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)正常血壓和高血壓大鼠VSMC表型轉(zhuǎn)換的影響及相關(guān)信號(hào)通路（PI3K/Akt和MAPK）的平衡在VSMC表型轉(zhuǎn)換中的調(diào)控。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組

選取3月齡雄性SPF級(jí)的WKY和SHR各24只。全部大鼠采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動(dòng)物飼料進(jìn)行飼養(yǎng)，自由飲食和進(jìn)水，動(dòng)物飼養(yǎng)完全符合動(dòng)物倫理委員會(huì)的相關(guān)規(guī)定。

全部大鼠先進(jìn)行為期1周的跑臺(tái)適應(yīng)性訓(xùn)練，1周后對(duì)大鼠進(jìn)行分組。分組情況如下：正常血壓安靜對(duì)照組（WKY-SED）、正常血壓有氧運(yùn)動(dòng)組（WKY-EX）、高血壓安靜對(duì)照組（SHR-SED）、高血壓有氧運(yùn)動(dòng)組（SHR-EX）。WKY-EX和SHR-EX進(jìn)行8周的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)干預(yù)。運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案為：以55%～65%O2max進(jìn)行訓(xùn)練，20 m/min，60 min/天，5 天/周。

1.3 大鼠尾動(dòng)脈無(wú)創(chuàng)血壓測(cè)定

測(cè)試要求在安靜、溫暖的環(huán)境下，大鼠需保持清醒，用智能無(wú)創(chuàng)血壓測(cè)試儀BP-2010A（軟隆生物公司，北京）測(cè)量大鼠安靜時(shí)的尾動(dòng)脈血壓和心率HR。

1.4 H&E染色

選取各組大鼠的胸主動(dòng)脈進(jìn)行固定，梯度酒精二甲苯脫水透明后，浸蠟包埋。石蠟塊固定于病理切片機(jī)上，設(shè)置4 μm的蠟片厚度，將胸主動(dòng)脈切片放于60 ℃烤箱烤2 h。二甲苯脫蠟及梯度濃度酒精水化后，分別用蘇木素伊紅對(duì)細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行著色，酒精二甲苯處理后封片。

1.5 免疫組化

檢測(cè)了各組大鼠胸主動(dòng)脈α-SM-actin、calponin、OPN的表達(dá)。對(duì)抗原修復(fù)后的各組胸主動(dòng)脈切片使用0.3%TritonX-100進(jìn)行打孔處理，BSA封閉20 min后進(jìn)行免疫反應(yīng)，滴加一抗于切片上，4 ℃過(guò)夜。第2天取出切片，室溫下復(fù)溫1 h后，用0.01 mol/L的PBS緩沖液洗3×5 min（一抗不同要分開洗）。滴加辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的二抗，室溫孵育1h，DAB顯色，蘇木素復(fù)染，梯度酒精和二甲苯處理后，中性樹膠封片。

1.6 蛋白免疫印跡分析

采用蛋白免疫印跡技術(shù)檢測(cè)了各組大鼠胸主動(dòng)脈平滑肌表型標(biāo)志蛋白α-SM-actin、Calponin、OPN及信號(hào)蛋白p-Akt、Akt、eNOS、p-42/44 ERK、42/44ERK、p-p38 MAPK、p38 MAPK、的蛋白表達(dá)量。具體操作如下：動(dòng)物麻醉取大鼠的胸主動(dòng)脈，剝離干凈后投入液氮中暫存。研磨組織至粉狀，迅速加入裂解液（PIPA裂解液中已經(jīng)預(yù)先加入了一定比例的蛋白酶抑制劑和磷酸酶抑制劑）。振蕩搖勻后離心后取上清液。用BCA試劑盒測(cè)定蛋白濃度，樣品制備，聚丙烯酰胺凝膠（SDS-PAGE）電泳后，恒流轉(zhuǎn)膜。5%的BSA封閉2 h后加入一抗溶液過(guò)夜。第2天加入二抗孵育，ECL發(fā)光液滴于PVDF膜上，孵育1 min左右后放入ChemiDoc XRS+ 系統(tǒng)成像。Image Lab? Software軟件根據(jù)光密度進(jìn)行目標(biāo)蛋白質(zhì)條帶的半定量分析。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)方法采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示。組間比較采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析（one way-ANOVA），P＜0.05為具有顯著性差異，P＜0.01為具有非常顯著性差異。蛋白印跡法用Image-Lab進(jìn)行分析，免疫組化用IPP進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)圖表用GraphPad Prism 5制作。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 各組大鼠的心臟重量指數(shù)

表1和圖1所示，實(shí)驗(yàn)前（initial），SHR-SED組與SHREX組相比，WKY-SED組與WKY-EX組相比，體重?zé)o顯著差異。8周實(shí)驗(yàn)后（fi nal），高血壓運(yùn)動(dòng)組和正常血壓運(yùn)動(dòng)組分別與其安靜組相比，體重顯著下調(diào)（P＜0.05）。大鼠的心臟重量指數(shù)（Heart Weight Index，Heart weight/Body weight），SHR-SED組顯著高于WKY-SED組（P＜0.01），SHR-EX組顯著低于SHR-SED組（P＜0.05），WKY-EX組顯著高于WKYSED組（P＜0.05）。

表1 各組大鼠心臟重量指數(shù)Table 1 The Heart Weight/Body Weight of Rats

圖1 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠心臟重量/體重的影響Figure 1. E ff ects of Aerobic Exercise on HW/BW of Rats

2.2 運(yùn)動(dòng)對(duì)WKY和SHR血壓及心率的影響

對(duì)WKY和SHR實(shí)驗(yàn)前、后的收縮壓（SBP）、舒張壓（DBP）、平均動(dòng)脈壓（MAP）、HR進(jìn)行測(cè)量后發(fā)現(xiàn)：1）實(shí)驗(yàn)前：與WKY-SED組相比，SHR-SED組的SBP、DBP、MAP、HR出現(xiàn)顯著性上調(diào)（P＜0.01）。2）8周運(yùn)動(dòng)后：與WKY-SED組相比，WKY-EX組的SBP、DBP、MAP、HR雖有所下調(diào)，但并未出現(xiàn)顯著性的差異。與SHR-SED組相比，SHR-EX組的SBP、MAP、HR均出現(xiàn)顯著下調(diào)，其中以SBP的下調(diào)尤為顯著（P＜0.01，圖2）。

2.3 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)WKY和SHR胸主動(dòng)脈管壁厚度的影響

取各組胸主動(dòng)脈進(jìn)行H&E染色，比較管壁厚度。與WKY-SED組相比，SHR-SED組胸主動(dòng)脈管壁厚度顯著增加（P＜0.01），但與WKY-EX組相比管壁厚度無(wú)顯著差異。與SHR-SED組相比，SHR-EX組胸主動(dòng)脈管壁厚度顯著下降（P＜0.05，圖3）。

2.4 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)WKY和SHR胸主動(dòng)脈平滑肌表型標(biāo)志蛋白的分布和表達(dá)的影響

圖2 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠血壓及心率的影響Figure 2. E ff ects of Aerobic Exercise on BP and HR of Rats

圖3 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠胸主動(dòng)脈管壁厚度的影響Figure 3. E ff ects of Aerobic Exercise on the Thickness of Thoracic Aortic Aorta of Rats

免疫組化實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了各組大鼠胸主動(dòng)脈平滑肌表型標(biāo)志蛋白α-SM-actin、calponin及OPN的蛋白分布及表達(dá)。結(jié)果表明，與WKY-SED組相比，SHR-SED組中胸主動(dòng)脈的α-SM-actin、calponin的表達(dá)顯著下調(diào)（P＜0.01），而OPN的表達(dá)顯著上調(diào)（P＜0.01）；與WKY-EX組無(wú)明顯差異；與SHR-SED組相比，SHR-EX組α-SM-actin、calponin的表達(dá)顯著上調(diào)（P＜0.05），而OPN顯著下調(diào)（P＜0.05）。組化染色及統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖4所示。

2.5 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)WKY和SHR胸主動(dòng)脈平滑肌表型標(biāo)志蛋白表達(dá)量的影響

由圖5可知，與WKY-SED組相比，SHR-SED組α-SM-actin和calponin的蛋白表達(dá)量呈顯著性下調(diào)（P＜0.01），而與SHR-SED組相比，SHR-EX組的α-SM-actin的蛋白表達(dá)量顯著上調(diào)（P＜0.05）。WKY-SED組合WKY-EX組無(wú)顯著性差異。與WKY-SED組相比，SHR-SED組的OPN的蛋白表達(dá)顯著性上調(diào)（P＜0.01），而與SHR-SED組相比，SHR-EX組OPN的蛋白表達(dá)量出現(xiàn)顯著性下調(diào)（P＜0.05）。WKY-SED組與WKY-EX組之間無(wú)顯著性差異。

2.6 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)WKY和SHR胸主動(dòng)脈平滑肌信號(hào)蛋白表達(dá)量的影響

本實(shí)驗(yàn)有氧運(yùn)動(dòng)部分同樣對(duì)PI3K/Akt/eNOS和MAPK信號(hào)通路進(jìn)行檢測(cè)。MAPK信號(hào)通路中選取了兩個(gè)與平滑肌表型轉(zhuǎn)化相關(guān)的信號(hào)，分別是42/44 ERK和p38 MAPK，觀察有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)3個(gè)通路的磷酸化水平的影響。

圖4 大鼠胸主動(dòng)脈平滑肌表型標(biāo)志蛋白α-SM-actin、calponin及OPN分布及表達(dá)Figure 4. Protein Expression and Distribution of α-SM-actin，Calponin and OPN in Thoracic Aortic Smooth Muscle Cells

由圖6可知，與WKY-SED組相比，WKY-EX組p-Akt的蛋白表達(dá)顯著性升高（P＜0.05），SHR-SED組p-Akt的蛋白表達(dá)水平顯著性下調(diào)（P＜0.01）。與SHR-SED組相比，SHR-EX組p-Akt的蛋白表達(dá)水平顯著性上調(diào)（P＜0.05）。與WKY-SED相比，WKY-EX組eNOS的蛋白表達(dá)量顯著性升高（P＜0.01），SHR-SED組eNOS的蛋白表達(dá)量顯著性下調(diào)（P＜0.01）；與SHR-SED組相比，SHR-EX組eNOS的蛋白表達(dá)量顯著性上調(diào)（P＜0.05）。

由圖7可知，與WKY-SED組相比，SHR-SED組p-42/44 ERK和p-p38 MAPK的蛋白表達(dá)量顯著上調(diào)（P＜0.01），而WKY-EX組無(wú)顯著性差異；與SHR-SED相比，SHR-EX組p-42/44 ERK的蛋白表達(dá)量顯著下調(diào)（P＜0.01），SHR-EX組p-p38 MAPK的蛋白表達(dá)量也顯著下降（P＜0.05）。

3 討論

平滑肌的表型調(diào)控在高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、肺動(dòng)脈高壓等心血管疾病中發(fā)揮重要作用。目前對(duì)VSMC表型的研究已經(jīng)有了一定的進(jìn)展。VSMC在胚胎時(shí)期和血管形成過(guò)程中呈合成表型，具有較強(qiáng)的增殖和遷移能力。在成熟個(gè)體中，VSMC呈高度分化型，通過(guò)舒縮來(lái)調(diào)控管腔大小、血壓以及血流的分布［23］。分化型的VSMC表現(xiàn)出較低的增殖和合成能力，通過(guò)表達(dá)特殊的收縮蛋白、離子通道及信號(hào)分子來(lái)完成細(xì)胞的收縮功能［24，30］。然而，已有研究表明，VSMC 在成年個(gè)體中具有高度的可塑性，當(dāng)血管發(fā)生損傷時(shí)，其表型會(huì)發(fā)生可逆性轉(zhuǎn)變，此過(guò)程稱之為表型轉(zhuǎn)換（phenotypic switching）［3，4，13］。已有流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示，身體活動(dòng)能夠改善血管疾病，降低心血管的發(fā)病率和死亡［6，7，28］，但鮮見有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)高血壓血管平滑肌表型的調(diào)控研究。有氧運(yùn)動(dòng)調(diào)控血壓的機(jī)制可能是通過(guò)逆轉(zhuǎn)VSMC的表型來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

圖5 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠胸主動(dòng)脈α-SM-actin蛋白表達(dá)量的影響Figure 5. E ff ects of Aerobic Exercise on the Makers Protein Expression of α-SM-actin，Calponin and OPN in Thoracic Aortic Smooth Muscle Cells

圖6 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠胸主動(dòng)脈eNOS蛋白表達(dá)量的影響Figure 6. E ff ects of Aerobic Exercise on the Protein Expression of p-Akt and eNOS in Thoracic Aortic Smooth Muscle Cells

常用心臟重量指數(shù)（Heart Weight Index）來(lái)評(píng)價(jià)心臟肥大的程度。本實(shí)驗(yàn)中，有氧運(yùn)動(dòng)可以增加正常大鼠的心臟重量指數(shù)，降低安靜時(shí)的HR和收縮壓；高血壓運(yùn)動(dòng)組和安靜組對(duì)比發(fā)現(xiàn)，有氧運(yùn)動(dòng)可以減輕因病理原因?qū)е碌男呐K病理性肥大，降低因高血壓引起的HR和心臟重量指數(shù)的增加，同時(shí)還可以有效降低收縮壓和平均動(dòng)脈壓。有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)于正常血壓大鼠仍有良好效應(yīng)，促進(jìn)其心臟產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)適應(yīng)，形成生理性肥大。有氧運(yùn)動(dòng)能顯著增強(qiáng)正常大鼠的心臟功能，血壓降低可能涉及到各種調(diào)節(jié)機(jī)制，從神經(jīng)系統(tǒng)分析，可能是因?yàn)橛醒踹\(yùn)動(dòng)有效調(diào)節(jié)植物神經(jīng)系統(tǒng)，降低了交感神經(jīng)的興奮性，同時(shí)增強(qiáng)了迷走神經(jīng)的調(diào)節(jié)作用，從而緩解了小動(dòng)脈的痙攣［21］。

高血壓導(dǎo)致血管的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，這種改變也體現(xiàn)了機(jī)體在高血壓癥狀下的自我防御［22］。在健康個(gè)體中，有氧運(yùn)動(dòng)可以引起血管結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性變化，這種變化包括冠狀動(dòng)脈阻力的變化［17］。有氧運(yùn)動(dòng)可以維持動(dòng)脈管壁的彈性，延緩動(dòng)脈管壁增厚的速度，維持動(dòng)脈管壁原有的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，SHR安靜對(duì)照組胸主動(dòng)脈的管壁厚度要明顯大于WKY安靜對(duì)照組，而有氧運(yùn)動(dòng)可以改善高血壓大鼠血管壁增厚的現(xiàn)象，與正常血壓的安靜組相比，經(jīng)過(guò)8周的規(guī)律性有氧運(yùn)動(dòng)的正常血壓有氧運(yùn)動(dòng)組胸主動(dòng)脈的管壁厚度出現(xiàn)一定程度的下降；與高血壓安靜組相比，高血壓有氧運(yùn)動(dòng)組胸主動(dòng)脈的管壁厚度明顯減少，猜想血管的彈性和功能都得到了積極性改善。無(wú)論是對(duì)于高血壓大鼠還是正常血壓大鼠來(lái)說(shuō)，血管彈性的增強(qiáng)，使得對(duì)抗心臟泵出血液的緩沖能力增強(qiáng)，可以貯備更多的勢(shì)能，即使在血管舒張期也能將血液繼續(xù)泵向外周。

圖7 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠胸主動(dòng)脈p-42/44 ERK和p-p38 MAPK蛋白表達(dá)的影響Figure 7. E ff ects of Aerobic Exercise on the Protein Expression of p-42/44ERK and p-p38 MAPK in Thoracic Aortic Smooth Muscle Cells

在健康成熟個(gè)體中，VSMC以高度分化，無(wú)增殖和遷移能力的收縮表型為主，即以α-SM-actin、h1-calponin、SMMHC的蛋白表達(dá)為主，而OPN和Epiregulin等合成表型標(biāo)志蛋白表達(dá)較少［29］。一旦血管發(fā)生病變，VSMC的收縮表型蛋白表達(dá)下調(diào)，合成表型蛋白表達(dá)上調(diào)。高血壓的發(fā)生可導(dǎo)致VSMC的結(jié)構(gòu)異常和功能紊亂。VSMC在血管損傷過(guò)程中的表型調(diào)控是一種適應(yīng)性的表現(xiàn)，然而，這些適應(yīng)性的變化也導(dǎo)致了動(dòng)脈硬化或高血壓的發(fā)生［1，25］。本實(shí)驗(yàn)對(duì)VSMC收縮表型標(biāo)志蛋白α-SM-actin、h1-calponin和合成表型標(biāo)志蛋白OPN的表達(dá)量進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果表明，SHR安靜對(duì)照組胸主動(dòng)脈的收縮表型標(biāo)志蛋白α-SM-actin和h1-calponin的表達(dá)量明顯少于WKY安靜對(duì)照組，相反，SHR安靜對(duì)照組合成表型標(biāo)志蛋白OPN的表達(dá)量明顯多于WKY安靜對(duì)照組。但經(jīng)過(guò)8周跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，這種現(xiàn)象得到明顯逆轉(zhuǎn)。表明，有氧運(yùn)動(dòng)可以有效逆轉(zhuǎn)高血壓誘導(dǎo)的VSMC的表型轉(zhuǎn)換，使收縮表型標(biāo)志蛋白呈優(yōu)勢(shì)表達(dá)，合成表型標(biāo)志蛋白表達(dá)量下調(diào)，改變血管的結(jié)構(gòu)，從而恢復(fù)血管的舒縮功能。

VSMC的表型轉(zhuǎn)化受多條信號(hào)通路的共同調(diào)控，蛋白磷酸化往往是信號(hào)傳遞信息改變基因表達(dá)的直接方式，轉(zhuǎn)錄因子或與其相互作用的蛋白質(zhì)常常是磷酸化作用的靶點(diǎn)。研究表明，VSMC的表型轉(zhuǎn)換是由細(xì)胞Ca2+進(jìn)行調(diào)控的，Ca2+介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)興奮轉(zhuǎn)錄耦聯(lián)過(guò)程，Ca2+通過(guò)激活相關(guān)信號(hào)通路，引起胞內(nèi)蛋白的異常表達(dá)［16］。與VSMC表型轉(zhuǎn)換相關(guān)的兩條主要信號(hào)通路分別為磷脂酰肌醇激酶信號(hào)通路（PI3K/Akt/eNOS）和絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路（mitogen-activated protein kinase，MAPK）［12，21］。研究發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt信號(hào)通路參與到VSMC的表型轉(zhuǎn)換，但對(duì)于其作用是維持VSMC的收縮表型還是合成表型還存在爭(zhēng)議［8，10，15］。MAPK通路具有三級(jí)激酶模式，ERK和p38MAPK是MAPK的亞族，參與到VSMC的表型轉(zhuǎn)換過(guò)程中［5，9，19］，激活MAPK通路可促進(jìn)VSMC的增殖和遷移。本實(shí)驗(yàn)中，高血壓大鼠和正常血壓大鼠相比，高血壓大鼠分化表型標(biāo)志蛋白α-SM-actin、h1-calponin表達(dá)減少，合成表型標(biāo)志蛋白OPN增多時(shí)，相應(yīng)的具有活性的p-Akt與eNOS的表達(dá)減少，而具有活性的p-ERK和p-p38MAPK作用增強(qiáng)。說(shuō)明PI3K/Akt/eNOS信號(hào)通路對(duì)VSMC的表型具有調(diào)控作用，維持VSMC的收縮表型。相反，ERK和p38MAPK信號(hào)通路主要維持VSMC的合成表型，使其具有增殖和遷移的能力。

有氧運(yùn)動(dòng)可以調(diào)控SHR的Ras元件，從而改善促炎反應(yīng)和抗炎反應(yīng)之間的平衡作用。Roque FR［27］等人用3月齡的SHR的冠狀動(dòng)脈和腸系膜動(dòng)脈作為研究對(duì)象，12周的運(yùn)動(dòng)干預(yù)后發(fā)現(xiàn)，有氧運(yùn)動(dòng)可以明顯降低高血壓大鼠腸系膜動(dòng)脈的氧化應(yīng)激現(xiàn)象，同時(shí)使得 eNOS的蛋白表達(dá)量明顯增加，從而進(jìn)一步改善高血壓大鼠VSMC的功能［31］。本實(shí)驗(yàn)對(duì)調(diào)控平滑肌表型轉(zhuǎn)換的信號(hào)蛋白檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，有氧運(yùn)動(dòng)使高血壓大鼠p-Akt和eNOS的蛋白表達(dá)量均顯著上調(diào)，同時(shí)p-ERK和p-p38水平顯著性下調(diào)，有氧運(yùn)動(dòng)也可使正常血壓大鼠的p-Akt和eNOS的蛋白表達(dá)量顯著上調(diào)。說(shuō)明有氧運(yùn)動(dòng)介導(dǎo)的VSMC表型轉(zhuǎn)換是通過(guò)促進(jìn)PI3K/Akt信號(hào)通路作用增強(qiáng)，同時(shí)抑制MAPK信號(hào)通路的作用，從而使得高血壓大鼠平滑肌向收縮表型方向轉(zhuǎn)化，抑制其向合成表型方向轉(zhuǎn)化。有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)于正常血壓的大鼠血管機(jī)能方面也有良好的促進(jìn)作用。對(duì)于正常血壓大鼠來(lái)說(shuō)，有氧運(yùn)動(dòng)也可以促進(jìn)PI3K/Akt信號(hào)通路的作用增強(qiáng)，從而維持VSMC的收縮表型標(biāo)志蛋白優(yōu)勢(shì)表達(dá)。這也印證了VSMC主要以何種表型存在是由PI3K/PKB（Akt）和MAPK兩條信號(hào)之間的平衡作用決定的。

4 結(jié)論

有氧運(yùn)動(dòng)可抑制高血壓大鼠VSMC由收縮表型向合成表型轉(zhuǎn)換，對(duì)VSMC的表型可能是通過(guò)PI3K和MAPK通路之間的平衡進(jìn)行調(diào)控的，且使促分化的PI3K/Akt作用增強(qiáng)，促合成的MAPK作用減弱。

［1］ AOSHIMA D，MURATA T，HORI M，et al. Time-dependent phenotypic and contractile changes of pulmonary artery in chronic hypoxia-induced pulmonary hypertension.［J］. J Pharmacol Sci，2009，110（2）：182-190.

［2］ BEAMISH J A，HE P，KOTTKE-MARCHANT K，et al. Molecular regulation of contractile smooth muscle cell phenotype：implications for vascular tissue engineering［J］. Tissue Eng Part B Rev，2010，16（5）：467-491.

［3］ BENTON J F，SONDERGAARD C S，KASSEM M，et al.Smooth muscle cells healing atherosclerotic plaque disruptions are of local，not blood，origin in apolipoprotein E knockout mice［J］.Circulation，2007，116（18）：2053-2061.

［4］ BENTZON J F，WEILE C，SONDERGAARD C S，et al. Smooth muscle cells in atherosclerosis originate from the local vessel wall and not circulating progenitor cells in ApoE knockout mice［J］.ArteriosclerThromb Vasc Biol，2006，26（12）：2696-2702.

［5］ BRENAN L，ANDREEV A，COHEN O，et al. Phenotypic characterization of a comprehensive set of MAPK1/ERK2 missense mutants［J］. Cell Rep，2016，17（4）：1171-1183.

［6］ BRIONES A M，TOUYZ R M. Moderate exercise decreases infl ammation and oxidative stress in hypertension：but what are the mechanisms［J］. Hypertension，2009，54（6）：1206-1208.

［7］ CAMPNELL N R，KHAN N A，HILL M D，et al. 2009 Canadian hypertension education program recommendations：the scienti fi c summary--an annual update［J］. Can J Cardiol，2009，25（5）：271-277.

［8］ CHOI K H，KIM J E，SONG N R，et al. Phosphoinositide 3-kinase is a novel target of piceatannol for inhibiting PDGF-BB-induced proliferation and migration in human aortic smooth muscle cells［J］. Cardiovasc Res，2010，85（4）：836-844.

［9］ CUENDA A，ROUSSEAU S. p38 MAP-kinases pathway regulation，function and role in human diseases［J］. Biochim Biophys Acta，2007，1773（8）：1358-1375.

［10］ FAN Z，LI C，QIN C，et al. Role of the PI3K/AKT pathway in modulating cytoskeleton rearrangements and phenotype switching in rat pulmonary arterial vascular smooth muscle cells［J］. DNA Cell Biol，2014，33（1）：12-19.

［11］ GERTHOFFER W T. Mechanisms of vascular smooth muscle cell migration［J］. Cir Res，2007，100（5）：607-621.

［12］ HAYASHI K，TAKAHASHI M，KIMURA K，et al. Changes in the balance of phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B （Akt）and the mitogen-activated protein kinases （ERK/p38MAPK） determine a phenotype of visceral and vascular smooth muscle cells［J］.J Cell Biol，1999，145（4）：727-740.

［13］ HOOFNAGLE M H，THOMAS J A，WAMHOFF B R，et al.Origin of neointimal smooth muscle we’ve come full circle［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2006，26（12）：2579-2581.

［14］ JAMES P A，OPARIL S，CARTER B L，et al. 2014 evidence-based guideline for the management of high blood pressure in adults：report from the panel members appointed to the eighth Joint National Committee （JNC 8）［J］. JAMA，2014，311（5）：507-520.

［15］ KAWAHARA S，UMEMOTO S，TANAKA M，et al. Up-regulation of Akt and eNOS induces vascular smooth muscle cell di ff erentiation in hypertension in vivo［J］. J Cardiovasc Pharmacol，2005，45（4）：367-374.

［16］ KUDRYAVTSEVA O，AALKJAER C，MATCHKOV V V. Vascular smooth muscle cell phenotype is de fi ned by Ca2+-dependent transcription factors.［J］. FFBS J，2013，280（21）：5488-5499.

［17］ LAUGHLIN M H，BOWLES D K，DUNCKER D J. The coronary circulation in exercise training［J］. Am J Physiol，2012，302（1）：H10-H23.

［18］ LEANDRO C G，LEVADA A C，HIRABARA S M，et al. A program of moderate physical training for Wistar rats based on maximal oxygen consumption［J］. J Strength Cond Res，2007，21（3）：751-756.

［19］ LI H，WANG Y P，ZHANG L N，et al. Perivascular adipose tissue-derived leptin promotes vascular smooth muscle cell phenotypic switching via p38 mitogen-activated protein kinase in metabolic syndrome rats［J］. Exp Biol Med（Maywood），2014，239（8）：954-965.

［20］ LI S，LAHER I. Exercise pills：At the starting line［J］. Trends Pharmacol Sci，2015，36（12）：906-917.

［21］ MIMURA J，YUASA F，YUYAMA R，et al. The e ff ect of residential exercise training on barore fl ex control of heart rate and sympathetic nerve activity in patients with acute myocardial infarction［J］.Chest，2005，127（4）：1108-1115.

［22］ MULVANY M J. Small artery remodelling in hypertension：causes，consequences and therapeutic implications［J］. Med Biol Eng Comput，2008，46（5）：461-467.

［23］ OWENS G K，KUMAR M S，WAMHOFF B R. Molecular regulation of vascular smooth muscle cell di ff erentiation in development and disease［J］. Physiol Rev，2004，84（3）：767-801.

［24］ OWENS G K. Regulation of differentiation of vascular smooth muscle cells［J］. Physiol Rev，1995，75（3）：487-517.

［25］ ORR A W，HASTINGS N E，BLACKMAN B R，et al. Complex regulation and function of the in fl ammatory smooth muscle cell phenotype in atherosclerosis［J］. J Vasc Res，2010，47（2）：168-180.

［26］ RENSEN S S，DOEVENDANS P A，VAN EYS G J. Regulation and characteristics of vascular smooth muscle cell phenotypic diversity［J］. Neth Heart J，2007，15（3）：100-108.

［27］ ROQUE F R，BRIONES A M，GARCIA-REDONDO A B，et al.Aerobic exercise reduces oxidative stress and improves vascular changes of small mesenteric and coronary arteries in hypertension.［J］.Br J Pharmacol，2013，168（3）：686-703.

［28］ RUIVO J A，ALCANTARA P. Hypertension and exercise［J］.Rev Port Cardiol，2012，31（2）：151-158.

［29］ SARTORE S，SCATENA M，CHIAVEGATO A，et al. Myosin isoform expression in smooth muscle cells during physiological and pathological vascular remodeling［J］. J Vasc Res，1994，31（2）：61-81.

［30］ SOMLYO A P，SOMLYO A V. Ca2+sensitivity of smooth muscle and nonmuscle myosin II：modulated by G proteins，kinases，and myosin phosphatase［J］. Physiol Rev，2003，83（4）：1325-1358.

［31］ WANG X，CADE R，SUN Z. Human eNOS gene delivery attenuates cold-induced elevation of blood pressure in rats［J］. Am J Physiol Heart Cir Physiol，2005，289（3）：H1161-1168.

Role of the Balance of PI3K/Akt and MAPK Pathways in the Aerobic Exercise-induced Regulation of the Phenotypic Switching of VSMC from Spontaneously Hypertensive Rats

ZHANG Lin，WU Ying，ZENG Fan-xing，SHI Li-jun

Objective：This study aimed to explore aerobic exercise-induced the balance of PI3K/Akt and MAPK pathways on the phenotypic switching in the vascular smooth muscle cells from spontaneously hypertensive rats （SHR）. Methods：12-week-old male SHR and WKY rats were randomly assigned to sedentary groups （SHR-SED，WKY-SED） and aerobic exercise training groups （SHR-EX，WKY-EX ）. Exercise groups were performed an 8-week moderate-intensity treadmill running （55%～65%VO2max）. After 8 weeks，thoracic aortic morphological and structural were evaluated. Results：1） Compared with WKY-SED，SBP was signi fi cantly higher than SHR-SED （P＜0.01），however，SBP was signi fi cantly lower in WKY-EX ones （P＜0.05）. Compared with SHR-SED，SBP became signi fi cantly lower than in SHR-EX （P＜0.01）. 2） Compared with WKY-SED，thoracic aortic wall thickness was increased signi fi cantly in SHR-SED （P＜0.01）. There was no signi fi cant di ff erences in WKY-EX；Compared with SHR-SED，thoracic aortic wall thickness was signi fi cantly lower in SHR-EX ones （P＜0.05）. 3） Compared with WKY-SED，α-SM-actin，calponin protein expression level were signi fi cantly lower，and OPN was signi fi cantly higherin SHR-SED （P＜0.01），there was no signi fi cant di ff erence between WKY-EX and WKY-SED. Compared with SHR-SED，α-SM-actin，calponin protein expression level were signi fi cantly increased，OPN was signi fi cantly lower in SHR-EX（P＜0.05）. Compared with WKY-SED，p-Akt （P ＜0.01） and eNOS （P＜0.01） were signi fi cantly lowered，however，p-ERK （P＜ 0.01） and p-p38 MAPK（P＜0.01） were signi fi cant increasing in SHR-SED. In WKY- EX group，the p-Akt （P＜0.05），and eNOS （P＜0.01） showeda trend of increasing. Compared with SHR-SED，p-Akt （P＜0.05） and eNOS （P＜0.01） were signi fi cant increasing，p-ERK （P＜0.05） and p-p38 MAPK （P＜0.05） were signi fi cantly lower in SHR-EX ones. Conclusions：Aerobic exercise can inhibit the phenotypic switching from contractile phenotype to synthetic phenotype，and VSMC phenotype is decided by the balance of PI3K/Akt and MAPK signal pathways.

aerobic exercise；hypertension；phenotypic switching；PI3K/Akt；MAPK

1002-9826（2017）06-0108-09

10. 16470/j. csst. 201706014

G804.7

A

2017-04-12；

2017-08-12

北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（5172023）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（2017ZD004）。

張琳，女，在讀博士研究生，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)和心血管生理學(xué)，E-mail：zhanglinbsu@126.com。

北京體育大學(xué) 運(yùn)動(dòng)與體質(zhì)健康教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084 Beijing Sport University，Beijing 100084，China.