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1、华东师范大学硕士学位论文耐力运动对GK大鼠骨骼肌Mfn1、Mfn2和PGC-1基因表达的影响姓名：宫克城申请学位级别：硕士专业：运动人体科学指导教师：丁树哲20100501论文摘要2 型糖尿病患者骨骼肌的线粒体功能存在障碍，目前对这种障碍的解释是由于线粒体数量减少以及其活性的下降所造成的。此外，线粒体代谢异常可能是导致2 型糖尿病和胰岛素抵抗的关键原因。因此，对于其机制的研究具有重要的意义。线粒体作为细胞内关键的细胞器，处于不断分裂与融合的平衡之中，形态也随之改变。线粒体融合增多可以改善线粒体功能，对细胞可能起到一定的保护作用。线粒体融合蛋白具有促进线粒体融合、抑制细胞增殖、保护细胞凋亡等多种
2、功能。越来越多的证据表明，线粒体融合蛋白与胰岛素状态有关。运动可以诱导骨骼肌线粒体生物合成，从而使线粒体功能产生适应性变化。运动对2 型糖尿病的防治作用一直倍受关注，通过耐力运动形式的介入对与线粒体融合过程相关蛋白质基因表达的研究，对于2 型糖尿病的攻克具有极其重要的意义。目的：观察耐力训练对G K 大鼠血糖，血清胰岛素以及脂联素水平和骨骼肌M f n l 、M f n 2 和P G C 1c 【基因表达的影响。方法：1 2 只雄性G K 大鼠随机分为安静组和耐力训练组，耐力训练组进行6 周跑台训练，每周6 次，第一周训练3 0 m i n ，第二周训练4 0 m i n ，第三周训练5 0
3、r a i n ，随后3 周，每次训练6 0 m i n 。术次运动结束2 4 “ - - 4 8 h 内处死各组大鼠，测G K 大鼠血糖，血清胰岛素和脂联素水平，以胰岛素抵抗指数以及脂联素反映胰岛素抵抗情况。采用实时荧光定量P C R 测定G K 大鼠骨骼肌M m l 、M f n 2 和P G C 1a m R N A 水平。结果：( 1 ) 耐力训练对G K 大鼠体重增长率影响不显著，但耐力训练下调血糖及胰岛素水平，下调胰岛素抵抗指数，上调脂联素水平。( 2 ) 耐力训练未能引起G K 大鼠骨骼肌M f n l 表达出现显著变化( P O 0 5 ) 。( 3 ) 耐力训练显著上调G K
4、 大鼠骨骼肌M f n 2 m R N A 水平( P 0 0 5 ) ( 3 ) E n d u r a n c et r a i n i n go b v i o u s l yi n c r e a s e dr a t s St h el e v e lo fM f n 2 m R N Al e v e l si nG Kr a t s Ss k e l e t a lm u s c l e s ( P 0 0 5 ) ，H 组大鼠的体重在前三周高于R 组的体重，从四周开始，R 组的体重高于H 组的体重。，。、 b oo _ ) 鼻 r - - t 每3 7 05 03 3 03 拳1
5、 0r 影 2 9 0r 一_ i|。2 。7 07 豢一2 5 0 ，戮二；罗 ! i 多y 一。 ，一3 0 0 5 ) 。G r o u p图3 - 4G K 大鼠M f n l m R N A 表达( n = 6 )F i g3 - 4C h a n g eo fM f n lG e n eT r a n s c r i p t i o n ( n = 6 )3 8表3 4 耐力训练干预对G K 大鼠骨骼肌M f n l 基因转录的影响T a b l e3 - 4C h a n g eo fM f n lG e n eT r a n s c r i p t i p ni nR e s
6、p o n s et oe n d u r a n c et r a i n i n gG r o u pnM f n l m R N A ( 1 0 1 邓a c t i n )HR61 2 6 9 士O 2 6 260 9 4 7 士O 0 7 54 5 耐力训练对G K 大鼠骨骼肌M f n 2 m R N A 表达的影响如图3 5 和表3 5 所示，与H 组相比，R 组G K 大鼠M f n 2 m R N A 表达显著增加( P = O 0 4 3 0 0 5 ) H 组和R 组大鼠的体重没有显著性差异。由此可以看出，6 周耐力运动对G K 大鼠体重并无明显影响。4 1从图3 。l
7、中可以看出，H 组大鼠的体重增长幅度在前三周普遍高于R 组大鼠的体重，而在后三周的体重低于R 组的体重。并且，从体重增长率来看，R 组的体重增长率较H 组高，造成这一现象的可能原因是耐力训练对于G K 大鼠产生了积极作用，使其体重增加的结果。目前，以运动加上适当的饮食控制，有利于2 型糖尿病人的治疗。有研究显示，饮食控制和运动，可使患者高甘油三脂血症和总胆固醇下降，同时还使高密度脂蛋白胆固醇增加【5 】。通过饮食控制和运动，限制总热量的摄入来增加能量消耗，并降低患者的体重。患2 型糖尿病的肥胖者，增加身体活动和身体锻炼，做到中等程度减体重，可使脂肪减少，从而明显地改善胰岛素抵抗性，使血糖的水平
8、降低，提高葡萄糖转运磷酸化能力使肌糖原合成增加进一步降低血糖【5 。8 】。所以，建议2 型糖尿病患者应积极参加体育锻炼。5 2 耐力训练对G K 大鼠血糖，胰岛素及胰岛素抵抗指数影响G K 大鼠是一种自发性的糖尿病模型，被广泛应用于非胰岛素依赖型糖尿病( N I D D M 、I I 型糖尿病) 研究【9 】。根据上海斯莱克实验动物有限公司的资料显示，发病期G K 大鼠空腹血糖范围最低可达2 1 6 - - - 2 5 2 m g D l ( 1 2 - - 1 4 m m o l L ) 之间，本实验G K 大鼠各组空腹血糖水平值说明G K 大鼠建模成功，已全部发病。血糖是最常用的糖尿病监
9、测指标之一，运动可促进全身组织比静息时更多地利用血糖，从总体上降低血糖。赵惠兰【1 0 】等发现采取中等强度运动后，2 型糖尿病人患者血糖、胰岛素降低显著。T u r c o t t e 】发现，有氧运动可以降低骨骼肌内脂肪含量，加速骨骼肌中脂肪酸氧化及增加肌肉对葡萄糖的摄取能力，从而对控制血糖含量具有重要作用。吴毅等【1 2 l 研究发现长期运动可增加胰岛素受体敏性，血浆胰岛素水平降低，葡萄糖消除率增加，胰岛素与其受体结合增加，改善胰岛素抵抗。李汉东等f 1 3 】研究发现运动后，肝脏和肌肉又使葡萄糖转化为糖原储存，使血糖持续下降。本实验实验结果与上述研究相一致。G K 耐力组与G K 安静
10、组大鼠血糖水平相比显著下降( P = O 0 3 8 0 0 5 ) ，推测可能因为检4 5测时间不同所致，也可能是因为本实验所设计的耐力训练方案的运动强度较小，不足以对G K 大鼠M f n l m R N A 的表达产生影响。众所周知耐力锻练可作为2 型糖尿病的种治疗干预措施，因为运动能增加线粒体的数量和大小、骨骼肌的氧化能力及胰岛素敏感性。M f n 2 的基因表达在骨骼肌和棕色脂肪组织中能被能量消耗增加的有关因素( 如冷刺激、p 3 肾上腺素能激动剂) 所诱导【3 8 1 。目前有关运动与M f n 2 的研究显示：运动后1 2 小时后进行检测，M f n 2 m R N A 的表达水
11、平上调。C a r t o n i 3 6 】等通过一次10 k m 踏车运动2 小时及2 4 小时检测了M f n 2m R N A 表达水平。结果表明，M f n 2 和C O X I Vm R N A表达水平在运动后2 4 h 显著上调。孙卫东【3 7 】等人以S D 大鼠一次递增负荷跑台运动为实验模型观察运动中及其恢复期骨骼肌线粒体M f n 2 和f i s lm R N A 表达变化。M f n 2m R N A 表达在运动中至运动后6 小时较安静时分别下降了3 6 、7 3 、9 6 、6 4 、5 7 和5 9 ( 均P 0 0 1 ) ，运动后1 2 小时组和运动后1 2 小
12、时组则增加至1 4 8和1 5 4 ( 均P 0 0 1 ) 。孙卫东等人得出结论：急性运动中骨骼肌M f n 2 m R N A 表达显著减少，运动后骨骼肌M f n 2m R N A 水平逐渐明显增加，f i s l m R N A 转录逐渐减少。健康人经过一定时期体育锻炼后，M f n 2 基因的转录水平与肌肉的氧化磷酸化活性和P G C 1 a m R N A 密切正相关。G a m i e r 等发现经过长期有氧运动训练的健康个体骨骼肌线粒体的氧化磷酸化能力、调控线粒体形态的M f n 2 以及d r p l基因的表达水平明显增加【3 9 1 。刘慧君【删等人以C 5 7B L 6
13、小鼠一次中等强度负荷跑台运动( 0 0 ，1 3m m i n ) 为实验模型，观察运动中骨骼肌m i r o l 、M f n 2 、d r p l m R N A表达变化，同时测定骨骼肌H 2 0 2 生成。结果：运动6 0 分钟运动1 2 0 分钟组M f n 2m R N A 表达较安静组显著降低。上述研究表明，急性运动使骨骼肌M f n 2 m R N A 表达显著减少，运动后1 2小时，及2 4 小时，M f n 2 m R N A 表达显著增加。一段时间的运动，也可上调M f n 2m R N A 的表达，并且运动对M f n 2 基因表达的调控极具时相性，并且具有超量恢复的特性
14、。结合本研究，R 组G K 大鼠进行跑台耐力训练6 周，与对照组H 组G K 大鼠进行对比，发现M f i a 2 m R N A 表达水平有明显差异( P = 0 0 4 3 0 0 5 ) ，即耐力训练可上调G K 大鼠的M f n 2 m R N A 的表达。P i c h 4 1 】等人研究表明，在L 6 E 9肌管细胞中，M f n 2 表达下调可降低呼吸链复合体I 、I I 、I I I 、V 亚单位的表达，而M f n 2 表达上调则增加这些基因的表达，促进线粒体能量代谢。M f n 2 线粒体融合基因的动态表达可能是线粒体对应细胞能量需求急剧增加的快速应答反应的重要组成部分，而
15、耐力运动使M f n 2 表达提高，可能是这种应答反应增强的表现，并且其机制可能反映了线粒体形态的动力学变化与线粒体呼吸功能的关系。综上，M f n 2 基因对于运动的敏感性要高于M f n l 基因，推测对于外界的刺激，M f n 2 基因更易受到影响，这可能也是在阅读文献时，M f n 2 与疾病的相关研究较多，而M 伍l 的报导极为罕见的原因。M 血l 与M f n 2 是线粒体融合过程中的重要调控蛋白，R 组大鼠的线粒体融合过程相对于H 组大鼠提高，因R 组大鼠的2 型糖尿病症状通过参考血糖，胰岛素抵抗指数以及脂联素等指标，相对于H组大鼠有所缓解，故推测线粒体融合过程可能参与了诱发2
16、型糖尿病及胰岛素抵抗的形成过程，增强2 型糖尿病患者及胰岛素抵抗患者的线粒体的融合过程可能对其症状的缓解有着积极的作用。5 5 耐力训练对G K 大鼠P G C 1 a 基因表达的影响P G C 1 a 最早作为调控脂肪细胞分化的核受体P P A R ) , 的辅激活因子被发现，它能参与能量代谢调节的诸多方面，同时也参与心脏发育、骨骼肌纤维类型转换以及调节禁食后肝糖异生过程【4 2 1 。P G C 1 a 的表达具有组织特异性，棕色脂肪组织、心、肾、骨骼肌中相对含量较高，同时受寒冷、饥饿、耐力运动、感染等刺激调控，来调节线粒体能量代谢、肝糖异生等代谢稳态，适应机体需型4 3 彤】。运动训练作为一种刺激可以引起机体的应答反应。研究表明，长期或是短期运动训练都能使骨骼肌P G C 1 a 表达水平发生变化，诱导线粒体的生物合成。如前所述，R u s s e l l 等人发现2 小时运动后即刻，P G C 1 am R N
