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编号:10270824
肌酸激酶活性与大鼠衰老关系的研究
http://www.100md.com 《中国康复医学杂志》 2000年第2期
     作者:赵昕 尉秀荣 刘楠 Robert D.Helme Merhi Merhi Maryam Bassirat Khalil Zeinab

    单位:赵昕北京医院检验科生化室,东单大华路1号,100730;尉秀荣1北京医院检验科生化室,东单大华路1号,100730;刘楠1北京医院检验科生化室,东单大华路1号,100730;Robert D.Helme2澳大利亚国立老年研究所;Merhi Merhi2澳大利亚国立老年研究所;Maryam Bassirat2澳大利亚国立老年研究所;Khalil Zeinab澳大利亚国立老年研究所

    关键词:肌酸激酶;衰老;大鼠

    中国康复医学杂志000202 摘要 目的:证实衰老过程中肌酸激酶活性的变化,探讨与衰老的关系。方法:应用24月龄和8周Sprague-Dawley大鼠作为老年组和青年组,过量麻醉处死后,测定心脏、脑组织和膀胱重量,并用酶法测定血清、心脏、脑组织、膀胱和趾长伸肌肌酸激酶活性。结果:老年大鼠心脏重量与体重的比值、脑组织重量与体重的比值以及膀胱重量与体重的比值均显著降低(P<0.001),老年大鼠血清、心脏、脑组织和骨骼肌肌酸激酶活性显著降低(P<0.001-0.05),但膀胱肌酸激酶活性降低无统计学意义。结论:肌酸激酶活性降低使能量代谢降低,可能影响对自由基造成损伤的修复能力,从而促进衰老进程;同时衰老本身也可能使合成酶蛋白的能力降低。
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    Interrelation of creatine kinase activity on ageing in rats

    ZHAO Xin, WEI Xiurong, LIU Nan

    Abstract Objective:To study the changes of creatine kinase(CK) activity in ageing of rats and to investigate the possible interrelation of CK and biological ageing process. Method:24 months old and 8 weeks old Sprague-Dawley rats were used as the old and young group respectively. Serum sample, heart, brain, bladder and extensor digitorum longus were collected from the young and old group. CK activity was measured by enzymologic method.Result:In compare with the young group, the value of heart/body weight, brain/body weight as well as bladder/body weight of the old group were significantly decreased (P<0.001 ). CK activity in plasma, heart, brain, and skeletal muscle of old rats were decreased significantly (P<0.001~0.05 ). There was no statistical significance for the elevation of CK level in bladder of old rat. Conclusion:The decreased CK activity results in a declined energy metabolism. This may reduce the ability of repairing damage introduced by oxygen free radicals, and may facilitate ageing process. On the other hand, ageing may also decline the protein synthesis of CK.
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    Author′s address Beijing Hospital,Beijing,100730

    Key words Creatine kinase; Ageing; Rat Creatine kinase; Ageing; Rat

    过去的几十年中,人类的平均预期寿命已有较快的增长,老年人口增多。怎样使老年人有一个良好的健康状况和生活质量,是全社会面临的挑战〔1〕,保持这一状况必然依赖于社会学的和自然科学的手段。虽然近年来已有众多的有关衰老的研究,但造成衰老的机理仍不清楚〔2〕 。在已知的几种学说中,氧代谢理论获得较多的实验证实〔2,3〕。根据这一理论,代谢中产生的自由基损伤线粒体,造成更多的自由基漏出,从而进一步损伤线粒体本身乃至整个细胞。最后导致细胞的能量衰竭,组织退行性改变即衰老。肌酸激酶(creatine kinase,CK)是在组织中广泛存在的胞浆和线粒体酶,它催化由磷酸激酸和ADP生成肌酸和ATP的反应,是能量代谢中的关键酶之一〔4,7〕。CK活性对于维持胞浆内恒定的ATP浓度有重要作用〔4,5〕 。因此,适当的CK活性可使细胞有足够的能量完成各种生理功能,修补氧自由基等各种原因造成的组织损伤〔4,5,6〕。CK降低对单一组织衰老的初步影响已经被人们所认识,曾有人报告过脑内CK活性降低与脑老化的关系〔8〕,但未见到同一机体多种主要组织内CK活性变化与衰老关系的报告。我们的研究课题是CK同工酶亚型与衰老的关系,本文是该项研究的阶段性报告,即青年和老年大鼠主要组织CK活性的变化及与衰老关系的初步研究。
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    1 方法

    1.1 实验动物

    实验用的Sprague-Dawley大鼠由澳大利亚墨尔本的La Trobe大学动物中心提供。随机选取24月龄大鼠18只作为老年组,随机选取同样数量2月龄大鼠作为青年组。

    1.2 组织提取

    将青年组和老年组大鼠用戊巴比妥钠按每公斤体重65mg麻醉后,从心脏取血3~4ml放在试管内,用于血浆CK活性测定。用过量麻醉将大鼠处死后,迅速取出心脏、膀胱、脑组织和趾长伸肌,称重后用液氮冷冻在-70℃保存。实验时将冰冻的组织放入室温,用小剪刀剪成小块后,用瑞士产PT-10-35多功能高速匀浆机在冰冻介质中匀浆,每升介质中含有10mmol Tris、0.25mol蔗糖、1mmol EGTA和1mmol巯基乙醇〔7〕。趾长伸肌和心脏用3000r/min的速度在4℃条件下离心10min,但脑组织和膀胱用1000r/min速度离心。其上清液在Tris缓冲液中稀释,用于CK活性测定。
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    1.3 测定CK活性

    根据Oliver-Rosalki动力学方法〔9〕,用美国Beckman DU-500分光光度计在340nm和30℃条件下,使用CK分析试剂盒测定。测定中以磷酸肌酸和ADP作为基质,在最佳反应条件下进行〔10〕。组织的酶活性以每克湿重表示;预实验已证明,干重量和湿重量之比在所测的两组鼠之间无差别。

    1.4 试剂

    CK试剂盒由美国Sigma 公司提供,Tris、EGTA、 巯基乙醇和蔗糖均由瑞士Fluka公司生产。

    1.5 统计学处理

    应用spss统计软件,采用二样本均数t检验分析。

    2 结果
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    全部大鼠被处死以后,它们的体重和器官重量见表1,CK活性见表2。

    表1 青年组和老年组大鼠体重以及脑、心脏和膀胱重量 分 组

    体重(g)

    心脏(mg)

    心脏/体重

    脑(mg)

    脑/体重

    膀胱(mg)

    膀胱/体重

    青年组

    304.1±13.64
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    892.7±63.68

    2.935±0.152

    2094±95.98

    6.207±0.486

    75.78±9.491

    0.2652±0.04

    老年组

    668.6±42.69

    1571±163.0

    2.353±0.241

    2609±463.0
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    3.880±0.586

    138.7±14.3

    0.2030±0.02

    CV(%)

    119.9

    75.98

    19.83

    24.59

    37.49

    83.03

    23.68

, 百拇医药     ①P<0.001, ②P<0.01 表2 青年组和老年组大鼠CK活性(IU) 分 组

    血浆

    心脏

    脑

    骨骼肌

    膀胱

    青年组

    683.4±45.53

    1415±213.1

    624.2±46.44

    6220±641.8

    318.0±42.82
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    老年组

    582.0±86.57

    1173±124.2

    538.0±83.12

    5146±433.0

    354.0±70.55

    CV(%)

    14.84

    17.10

    13.80

    17.27
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    11.32

    ①P<0.05, ②P<0.005,③P<0.01 3 讨论

    已有较多的文献报告,衰老动物和人类的多数组织和器官萎缩、重量变轻。但本组老年大鼠的体重、心脏、膀胱和脑组织重量却显著高于青年组,其主要原因是对于Sprague-Dawley大鼠来说,2月龄青年鼠仍处在生长期,有文献报告,该种大鼠生后70天的平均体重可达399g〔11〕。然而,它们心脏与体重的比值、脑组织与体重的比值以及膀胱与体重的比值均已明显降低,说明这些主要器官在衰老进程中已经开始萎缩。

    如表2所示,老年大鼠血浆和脑组织内CK活性明显降低,这一结果与其他学者报告的一致〔8,12,13〕。同时,我们还检测了过去未见报告的老年大鼠心脏、膀胱和趾长伸肌(作为骨骼肌的代表)CK活性,发现老年大鼠心脏和骨骼肌内CK活性显著降低。过去的研究证实,CK在细胞能量代谢中起重要作用,它参与ATP由线粒体进入胞浆的过程〔4,5,7〕,催化该反应的逆反应,使磷酸肌酸由线粒体进入胞浆,这对于维持线粒体的正常呼吸和有氧代谢,避免组织损伤具有重要意义。因此,CK活性的降低影响到细胞的能量供应,不能及时修补自由基造成的组织损伤〔3,5〕
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    我们的实验中老年大鼠膀胱内CK活性略有升高,但无统计学意义。这说明平滑肌衰老和退行性改变的速度较骨骼肌慢,也可能是由于老年大鼠尿量不减少或增多,膀胱出现的代偿性反应所致。

    不论是青年大鼠还是老年大鼠,其血浆CK活性总是接近于心脏、脑、膀胱和骨骼肌CK的平均值,其主要原因是血浆内的CK是来自身体的不同组织。

    本实验发现,像骨骼肌、心肌和脑组织这样耗能高的组织,其CK活性也高,可达低耗能组织(如膀胱)的2~20倍。但是,在衰老过程中其CK活性下降的幅度也高于膀胱等低耗能组织。高耗能组织内CK活性的下降可严重影响这些组织内的能量代谢;有人提出,老年动物可出现骨骼肌、心肌和大脑功能障碍的机理之一,是由于CK活性下降引起的功能失调〔14〕。这一实验结果表明,高耗能组织衰老的速度比低耗能组织快。脑内CK活性的过度降低和ATP的减少可能与造成Alzheimer型痴呆等不正常脑老化有关〔8〕
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    我们的实验再次肯定了他人报告的衰老大鼠血浆和脑内CK活性下降的结果,也提出了衰老大鼠心肌和骨骼肌CK显著降低以及膀胱CK不变的新发现,但CK活性下降的确切机理尚不清楚,它可能是由多种原因通过不同机制造成的。曾有人提出CK活性降低是由于氧自由基损伤酶蛋白造成稳定性降低或酶蛋白合成过程中的转录错误〔13〕。因此,下一步的研究应从两个方面考虑:①分析CK同工酶及其亚型对不同组织衰老的影响及利用分子生物学方法测CK mRNA分布。②纵向实验研究CK活性降低与衰老的因果关系。

    参考文献

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    6 Bessman SP. The creatine-kinase phosphate energy shuttle. Ann Rev Biochem,1985,54: 831-862.
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    7 Mokhtar N, Rousseau-Migneron S, Tancrede G, et al. Partial correction of impaired creatine kinase activity in diabetic rat heart by physical training. Metabolism,1992,141: 1004-1008.

    8 Orlovskaia DD, Burbaiaa GS, Vostrikov VM, et al. Neuromorphology and neurochemistry of senile dementias in the light of studies on glial response. Vestn Ross Akad Med Nauk,1992,8: 34-39.

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    11 Lane-Petter W. The laboratory rat. In: UFAW handbook on the care and management of laboratory animals. 5th ed. Edinburgh London and New York: Churchill Livingstone, 1976.210-217.

    12 Carney JM, Smith CD, Carney AM, et al. Ageing and oxygen-induced modifications in brain biochemistry and behavior. Ann N Y Acad Sci,1994,738: 44-53.
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    13 Smith CD, Landrum W, Carney JM, et al. Brain creatine kinase with ageing in F-344 rats: analysis by saturation transfer magnetic resonance spectroscopy. Neurobiol Ageing,1997,18: 617-622.

    14 West BL, Babbitt PC, Mendez B, et al. Creatine kinase protein sequence encoded by a cDNA made from torpedo california electric organ mRNA. Proc Natl Acad Sci,1984,81: 7007-7011.

    收稿日期:2000-01-24

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