饮食诱导肥胖与自主运动训练对小鼠心脏脂质组学及线粒体功能的影响：机制探索与运动干预策略

《Journal of Sport and Health Science》：Influence of diet-induced obesity and voluntary exercise training on cardiac lipids and mitochondrial function in mice

本研究针对肥胖相关心脏代谢疾病风险，探讨高脂饮食（HFD）诱导肥胖对心脏形态与线粒体功能的影响，并揭示自主运动训练（VET）的改善作用。研究人员通过多组学分析发现HFD降低心脏心磷脂（CL）含量及线粒体复合体II、IV活性，而VET可逆转CL减少并诱导生理性心肌肥大，为肥胖相关心血管疾病的线粒体靶向治疗提供新依据。

　　

肥胖已成为全球健康危机，影响超过6.5亿成年人，是心血管疾病的主要风险因素。肥胖患者常出现心肌底物利用转变，表现为脂肪酸氧化增加和葡萄糖利用减少，这种代谢转换导致氧化应激、线粒体功能障碍和氧化磷酸化减少。线粒体动力学通过融合（由Mitofusin 1/2和OPA1调控）和裂变（由DRP1和FIS1调控）过程精密调节，而高脂饮食会改变这些过程，影响心脏功能。运动训练作为肥胖治疗的有效策略，能诱导生理性心肌肥大，改善心脏功能，并通过促进线粒体生物发生和适应性重塑来增强线粒体功能。然而，高脂饮食和运动对心脏线粒体脂质组学和功能的具体影响尚未完全阐明。

为了深入探究这些问题，研究人员在《Journal of Sport and Health Science》发表了一项研究，通过多学科方法揭示了高脂饮食和自主运动训练对小鼠心脏线粒体功能和脂质代谢的影响。研究使用6周龄雄性C57Bl/6J小鼠，分为高脂饮食（HFD）和普通饮食（chow）组，10周龄时进一步分为静止（sedentary）和自主运动训练（VET）组，持续20周。主要技术方法包括：通过磁共振成像（MRI）评估体成分，超声心动图评估心功能；左心室组织脂质组学分析采用液相色谱-质谱联用（LC-MS）；线粒体呼吸功能通过Seahorse XF96分析仪测定；蛋白质和基因表达通过Western blot和qPCR检测；组织学分析（油红O、天狼星红、H&E染色）评估脂质沉积、纤维化和心肌细胞形态。

研究结果显示，高脂饮食显著增加体重和脂肪质量，诱导轻度左心室舒张功能障碍，表现为减速时间延长。自主运动训练逆转了这些效应，并诱导生理性心肌肥大，表现为心重增加、心腔容积扩大，同时病理型肥大标志物ANP和β-MHC表达降低。脂质组学分析发现，高脂饮食降低心脏心磷脂（CL）含量，特别是四亚油酰心磷脂CL(18:2)₄，而运动训练部分逆转了这一减少。线粒体功能分析显示，高脂饮食降低复合体II和IV的氧消耗率（OCR），而运动训练增强了复合体I活性。这些变化与线粒体动力学相关蛋白（如MFN2、DRP1、OPA1）的表达改变不一致，但突出了CL在维持线粒体膜结构和电子传递链功能中的关键作用。

研究结论表明，长期高脂饮食通过减少心磷脂含量和损害线粒体复合体活性来破坏心脏线粒体功能，而自主运动训练通过恢复心磷脂水平和诱导生理性肥大发挥心脏保护作用。讨论部分强调，心磷脂作为线粒体内膜的关键磷脂，对维持嵴结构、ATP合成和呼吸链复合体活性至关重要，其减少可能与线粒体生物合成减少或降解增加有关。运动训练可能通过促进线粒体生物发生和改善脂质代谢来缓解这些缺陷。这些发现揭示了线粒体作为肥胖相关心血管疾病治疗靶点的潜力，并为运动干预提供了分子机制依据。然而，研究存在一定局限性，如未直接观察线粒体形态和膜电位，且仅使用雄性小鼠，未来研究需探索不同运动模式和性别差异的影响。总体而言，这项工作深化了对肥胖和运动如何影响心脏线粒体健康的理解，突出了靶向线粒体治疗策略的重要性。