运动诱导过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子-1α表达的研究进展

心肺耐力的提高有利于改善代谢性疾病风险因素,其机制是长期运动诱导骨骼肌适应的结果,线粒体生物合成是骨骼肌适应的重要标志。过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子-1α(Peroxi-some proliferators-activated reptorγcoactivator-1α,PGC-1α)作为线粒体生物合成中重要调控酶,其作用机理是研究的热点之一。本文阐述了心肺耐力、运动方式和强度等因素与PGC-1α表达的关系,对运动强度诱导PGC-1α表达的信号传导通路进行了初步论述,在此基础上对运动强度诱导PGC-1α表达可能存在的剂量-反应关系进行展望。     

不同时长高强度间歇训练与中等强度持续运动对大鼠骨骼肌AMPK、PGC-1α表达量及最大摄氧量的影响

目的:探讨不同时长高强度间歇训练(high intensity interval training,HIIT)与中等强度持续运动对骨骼肌氧化能力相关因子AMPK和PGC-1α表达量及最大摄氧量(VO2max)的影响,为制定有效的运动健身负荷提供参考。方法:120只6周龄SPF级雄性Wistar大鼠按体重随机分为安静对照组、中等强度持续运动组与HIIT组三组,每组各40只。安静对照组大鼠不运动,中等强度运动组以60%~70%VO2max强度进行持续训练,HIIT组以50%VO2max、70%VO2max、90%VO2max的强度交替训练。跑台训练每周5天,每天50分钟。每周日上午8:00~9:00进行体重测量。每组大鼠分别在训练2、4、6、10周后取比目鱼肌,每组每次随机选取10只大鼠,取材前均进行VO2max测试。随后采用Western Blot检测比目鱼肌中AMPK、PGC-1α蛋白的表达情况。结果:(1)大鼠运动周数和运动方式分别对大鼠体重具有非常显著的影响且具有非常显著的交互作用(P<0.01);(2)相同训练周期下,10周HIIT组大鼠骨骼肌PGC-1α含量显著高于安静对照组(P<0.05),VO2max显著高于安静对照组和中等强度运动组;(3)相同训练方式下,10周HIIT组大鼠VO2max与0、2、4、6周时相比均有显著增高(P<0.05),中等强度持续运动组训练至第4周时骨骼肌AMPK蛋白表达量显著高于第2周和第6周,同时显著高于2周安静组(基准值)(P<0.05),HIIT组第2至第10周期间PGC-1α蛋白表达量均显著高于2周安静对照组(基准值)(P<0.05);(4)10周内HIIT组PGC-1α蛋白表达量与最大摄氧量时序性变化趋势具有显著相关关系(P<0.05)。结论:(1)10周HIIT可以有效提高大鼠骨骼肌AMPK和PGC-1α的蛋白表达量以及最大摄氧量;(2)10周HIIT相对于传统中等强度持续有氧运动对提高骨骼肌氧化能力和机体心肺耐力更为快速有效。     

运动对衰老骨骼肌卫星细胞成肌分化中线粒体活性氧生成的影响及调控机制

目的:观察耐力运动训练对衰老骨骼肌卫星细胞成肌分化中线粒体活性氧(ROS)生成的影响,并探讨过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1(PGC-1α)对ROS生成调控的潜在机制。方法:C57BL/6小鼠分为青年对照组(YN组,2月龄,12只)、老年对照组(ON组,12月龄,12只)和老年运动训练组(OT组,12月龄,12只),其中OT组进行中等强度跑台训练(0°,17 m/min,25 min/天,5天/周)。12周后,HE染色鉴定骨骼肌萎缩程度。两步酶消化法分离骨骼肌卫星细胞,原代培养并体外诱导成肌分化24 h。倒置显微镜观察卫星细胞成肌分化程度,测定线粒体呼吸功能、细胞ROS水平、线粒体ROS生成速率、肌球蛋白重链(MyHC)各亚基mRNA表达,及MyHC、PGC-1α、Tfam、COXⅣ、MnSOD蛋白表达量。结果:与YN组比较,ON组肌纤维横截面积、肌管形成数量、My-HC蛋白表达、MyHCⅠ、MyHCⅡa、MyHCⅡx mRNA表达、态3呼吸速率(ST3)、呼吸控制比(RCR)和PGC-1α、Tfam、COXⅣ、MnSOD蛋白表达均显著降低(P<0.05～0.01),ON组态4呼吸速率(ST4)、细胞ROS水平、线粒体ROS生成速率及MyHCⅡb mRNA表达显著升高(P<0.05～0.01)。与ON组比较,OT组湿重/体重比值、肌纤维横截面积、肌管形成数量、MyHC蛋白表达、MyHCⅠ、MyHCⅡa、My-HCⅡx mRNA表达、ST3、RCR和PGC-1α、Tfam、COXⅣ、MnSOD蛋白表达均显著升高(P<0.05～0.01),OT组细胞ROS水平、线粒体ROS生成速率及MyHCⅡb mRNA表达显著降低(P<0.05～0.01)。结论:耐力运动训练提高衰老骨骼肌卫星细胞成肌分化中PGC-1α表达,继而通过上调Tfam和MnSOD提高线粒体能量代谢,减少线粒体ROS产生,以促进成肌分化。     

规律运动对增龄大鼠比目鱼肌细胞凋亡与自噬及PGC-1α信号调控的影响

目的:探讨规律性运动对骨骼肌肌纤维增龄性老化过程中的细胞凋亡与细胞自噬及PGC-1α信号调控的作用机制。方法:选用SPF级健康雄性3月龄(青年,n=20)、13月龄(中年,n=24)和22月龄(老年,n=24)大鼠,按体重随机分为青年对照组(Y-SED)、青年运动组(Y-EX);中年对照组(M-SED)、中年运动组(M-EX);老年对照组(O-SED)和老年运动组(O-EX)。对照组3组静息,运动组3组实施10周规律的递增负荷中等强度有氧运动。采用HE染色检测肌纤维纵横两个面的形态学变化,免疫印迹法检测SOD表达水平、TUNEL法检测凋亡,免疫印迹法等检测自噬及PGC-1α通路的蛋白质表达水平。结果:(1)HE染色显示规律有氧运动提高了增龄性大鼠比目鱼肌肌纤维的成束性和紧密性,而免疫印迹结果显示其提高了SOD表达水平。(2)各年龄对照组大鼠比目鱼肌细胞凋亡的增加呈现增龄性趋势,而规律有氧运动各年龄大鼠凋亡指数分别增加了7.55%、20.26%(Ρ<0.05)和14.52%(Ρ<0.05)。(3)各年龄对照组大鼠自噬基因LC-Ⅲ呈现增龄性降低趋势,规律有氧运动各年龄大鼠的LC-Ⅲ均显著上升(Ρ<0.01),各年龄运动组自身LC-Ⅲ却呈现增龄性上升趋势。(4)与相对应的对照组相比较,规律有氧运动各年龄大鼠自噬因子Beclin1表达均显著上升(Ρ<0.05),其中Y-EX组上升最显著(Ρ<0.01),各年龄运动组自身Be-clin1的表达水平却呈现增龄性降低趋势。(5)与Y-SED组相比,M-SED组的PGC-1α表达水平增加,但O-SED组比Y-SED和M-SED两组的PGC-1α表达水平显著下降(Ρ<0.01)。与安静对照组相比较,Y-EX和M-EX两组PGC-1α表达水平均呈现上升趋势,其中与O-SED组相比,O-EX组PGC-1α表达水平显著上升(Ρ<0.01,Ρ<0.05)。结论:自噬与凋亡两者之间的平衡稳定关系影响着比目鱼肌增龄性老化的发生发展,规律有氧运动对增龄性老化大鼠比目鱼肌细胞自噬与凋亡的影响出现增龄性变化,其机制是通过激发Beclin1和PGC-1α信号通路参与调控而达到调节比目鱼肌的生物学功能与改善骨骼肌老化。     

运动诱导骨骼肌线粒体生物合成调控机制研究进展

骨骼肌线粒体对外界应激存在重塑适应,应对能量代谢需求,维持细胞稳态。运动促进骨骼肌线粒体生物合成,有利于维持运动中的能量代谢。以过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子α(PGC-1α)为代表的促进线粒体生物合成的众多因子对运动比较敏感,运动后PGC-1α表达增加,被认为是运动促进线粒体生物合成的分子机制。近些年研究提示,促进线粒体生物合成因子在运动诱导线粒体生物合成效应中扮演的角色不同。本文重点检索基因敲除等运动干预动物模型,分析运动诱导骨骼肌线粒体生物合成中各类因子的作用,为运动干预骨骼肌能量代谢相关研究提供理论参考。     

低氧训练对大鼠骨骼肌缺氧诱导因子-1α蛋白和血管内皮生长因子mRNA表达的影响

目的:探讨低氧训练对大鼠骨骼肌缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)蛋白和血管内皮生长因子(VEGF)基因表达的影响.方法:选用健康雄性SD大鼠72只,随机分为9组.采用递增负荷跑台训练及低氧、超低氧两种不同程度的递增低氧刺激,在运动中和运动后给予低氧处理.应用免疫组织化学、原位杂交、计算机显微图像分析等方法,检测HIF-1α、VEGF mRNA在骨骼肌组织中的定位及含量.采用相关分析方法,分析低氧训练骨骼肌HIF-1α蛋白表达对骨骼肌VEGF转录的促进作用.结果与结论:低氧和运动训练可增加骨骼肌组织HIF-1α蛋白和VEGF mRNA含量,低氧训练骨骼肌组织HIF-1α蛋白表达的增加对VEGF基因转录具有促进作用.     

PGC-1α参与调节向心运动中骨骼肌白介素6的抗炎效应

目的:探讨一次性向心运动对白介素6(IL-6)抗炎效应的影响,及PGC-1α在其中的角色。方法:2月龄雄性C57BL/6小鼠70只,建立一次性上坡跑运动模型(速度10 m/min,坡度5°),分别选取运动前(Control),运动30 min和60 min(E30,E60),运动恢复期30 min、60 min、3 h和6 h(PE30、PE60、PE3h、PE6h)为实验观测点,每组10只动物。二氯荧光素法检测骨骼肌线粒体活性氧(ROS)生成速率,硫代巴比妥酸法检测骨骼肌MDA含量,荧光定量PCR法检测骨骼肌白细胞介素6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、过氧化物酶体增殖活化受体γ共激活因子-1α(PGC-1α)和核因子-κB(NF-κB)p65 m RNA表达。结果:与Control组相较,ROS生成速率在E30、E60、PE30、PE60和PE3h组显著升高(P<0.01);MDA含量在各组均无显著性变化(P>0.05);IL-6 m RNA表达水平在E30、E60和PE30组显著升高(P<0.05);TNF-αm RNA表达水平在PE60和PE3h组显著升高(P<0.01);PGC-1αm RNA表达水平在E30、E60、PE30、PE60和PE3h组显著升高(P<0.01);NF-κB p65 m RNA表达水平在PE60和PE3h组显著升高(P<0.01)。结论:一次性向心运动可诱导具有抗炎效应的IL-6脉冲式表达升高。PGC-1α可能通过抑制ROS的氧化应激损伤及NF-κB表达两条途径抑制炎症,参与调节向心运动中骨骼肌IL-6的抗炎效应。     

运动与信使分子Irisin研究进展

鸢尾素(Irisin)是新近发现的肌肉因子和脂肪因子,具有白色脂肪组织棕色化和提高能量消耗的功能。运动作为PGC-1α/Irisin途径的唯一激活因素,可以通过多条途径激活PGC-1α/Irisin途径,促进FNDC5/Irisin的分泌和释放。在运动对血液、骨骼肌及脂肪组织中Irisin影响的动物实验成果的基础上,探索运动对人体脂肪组织中FNDC5/Irisin表达量的影响及相关分子信号机制,探讨运动促进白色脂肪棕色化的有效运动负荷量和负荷强度,将有利于更好地发挥运动的健康促进作用,防治肥胖等慢性代谢性疾病。     

低氧运动对营养性肥胖大鼠骨骼肌AMPK-PGC-1α的影响

目的:探讨低氧运动对营养性肥胖大鼠骨骼肌AMPK-PGC-1α的影响。方法:构建7周高脂膳食诱导SD大鼠营养性肥胖模型,通过眼眶采血,京都血糖试纸测定血糖(BG),GPO-PAP法测定甘油三酯(TG),COD-PAP法测定总胆固醇(TC),聚乙烯硫酸沉淀法测定低密度脂蛋白(LDL-c);称重,测体长,计算BMI;确认营养性肥胖大鼠模型构建成功。建模后随机分为常氧高脂膳食安静组和运动组(NHQ和NHE组,各10只)、16.3%低氧高脂膳食安静组和运动组(HGQ1和HGE1组,各10只)、13.3%低氧高脂膳食安静组和运动组(HGQ2和HGE2组,各10只),继续高脂饲养,运动组进行8周耐力训练,即20 m/min,40 min/d,5 d/w。末次运动24 h后处死大鼠并采样;Western blotting测定大鼠骨骼细胞中AMPK蛋白、pAMPK蛋白、PGC-1α蛋白表达量。结果:(1)7周高脂膳食可诱导大鼠体重、BMI、BG、TC、LDL-c、TG含量增加(P<0.01或P<0.05)。(2)在大鼠骨骼肌AMPK磷酸化程度方面,HGE1组高于NHQ组(P<0.05),而HGE2组高于NHQ组、NHE组、HGQ1组(P<0.01)。在大鼠骨骼肌PGC-1α蛋白表达方面,HGE2组高于NHQ组(P<0.01),NHE组和HGE1组高于NHQ组(P<0.05);HGE2组高于NHE组(P<0.05);HGE2组和HGE1组均高于HGQ1组(P<0.01或P<0.05)。结论:低氧运动可能通过增强AMPK磷酸化,进而上调PGC-1α蛋白的表达,这可能是低氧运动改善营养性肥胖大鼠骨骼肌脂代谢紊乱的机制之一。     

不同强度运动对AMPKα2基因敲除小鼠骨骼肌葡萄糖运载体4表达的影响

目的:探讨不同强度运动对AMPKα2基因敲除小鼠骨骼肌葡萄糖运载体4(GLUT4)基因和蛋白表达的影响。方法:野生和AMPKα2基因敲除小鼠各30只,并分别随机分为安静对照组、低强度(12m/min)跑台运动组和高强度(20m/min)跑台运动组,每组10只。运动时间均为1小时。运动后即刻取材,测定骨骼肌GLUT4基因和蛋白表达、AMPKα2蛋白表达以及肌糖原、血糖、血清胰岛素水平。结果:无论野生型还是AMPKα2基因敲除小鼠,1小时不同强度一次性跑台运动后GLUT4 mRNA含量与安静组相比均显著增加。无论安静状态或1小时不同强度跑台运动后,AMPKα2基因敲除小鼠GLUT4基因和蛋白含量与野生小鼠相比均无显著差异。1小时不同强度跑台运动后,AMPKα2基因敲除小鼠骨骼肌肌糖原含量均显著低于野生鼠。野生或AMPKα2基因敲除小鼠,低强度跑台运动组血糖含量显著低于安静组,而高强度跑台运动组与安静组相比无显著差异。结论:不同强度一次性运动后,敲除AMPKα2基因虽然影响了运动小鼠肌糖原的消耗,但未影响骨骼肌GLUT4基因和蛋白含量变化,提示AMPKα2可能并非是一次性运动诱导的骨骼肌GLUT4蛋白和基因含量变化的唯一调节信号。     

游泳运动对生长期大鼠棕色脂肪重量及PGC-1α的影响

目的:研究8周游泳运动对生长期大鼠棕色脂肪重量及棕色脂肪中PGC-1α的影响。方法:新生Sprague Dawley大鼠,随机分为对照组(1 w~8 w)和运动组(1 w~8 w),运动组进行8周游泳运动。两组均分批于每周日取材,称量体重,取肩胛部位的棕色脂肪称重,并测其PGC-1αm RNA水平及蛋白表达量。结果:1)随着周龄增长,运动组体重低于对照组,在5~8周有显著性差异;对照组棕色脂肪重量先增加后减少,运动组先增加后趋于稳定,两组相比,6~8周有显著性差异;2)PGC-1αm RNA和蛋白的表达趋势基本一致,在对照组中均表达较低,在运动组中表达较高,两组相比具有显著性差异。结论:游泳运动能抑制生长期后期大鼠棕色脂肪重量的下降,并促进PGC-1α高表达,导致适应性产热增多,这可能是游泳运动导致生长期大鼠体重降低的原因之一。     

急性运动诱导大鼠骨骼肌线粒体生物合成:H2O2参与介导PGC-1α转录

目的:线粒体产生的活性氧(ROS)是多种重要细胞信号转导通路的调节中心,本文拟探讨运动源性的过氧化氢(H2O2)是否作为信号分子参与了运动诱导的骨骼肌线粒体生物合成过程。方法:以大鼠急性递增负荷跑台运动为模型,连续观察和分别测定对照组(C),运动中45min、90min1、20min 150min(分别以E45、E90、E120和E150组表示)及运动后恢复3h、6h、12h、18h和24h(分别以R3h、R6h、R12h、R18h和R24h组表示)各时间点骨骼肌组织中H2O2浓度,PGC-1α、NRF-1、Tfam、COX IV mRNA表达,PGC-1α、Tfam、COX IV和p38MAPK蛋白含量以及p38MAPK活性的变化。结果:1)与对照组比较,E45组骨骼肌H2O2浓度即开始呈现显著性增加,并持续到R6h组(均P<0.001);在R12h组出现短暂降低后,又持续显著性增加至R24h组(均P<0.001);2)E150和R3h组PGC-1αmRNA表达与对照组相比显著增加(P<0.01和P<0.001);随后,R6h~R18h组PGC-1αmRNA表达降低(P>0.05),R24h组PGC-1α基因表达又呈现显著性增加(P<0.05)。PGC-1α蛋白含量滞后于其基因表达,在R6h和R12h组中显著增加(均P<0.001);3)R3h~R12h组骨骼肌NRF-1mRNA表达较对照组显著增加(P<0.01和P<0.001)。随后,NRF-1基因转录开始下降(P>0.05);4)除E150组外,从E90~R24h组的骨骼肌Tfam mRNA均较对照组显著增加(P<0.01和P<0.001)。E45和E90组的Tfam蛋白含量较对照组呈现短暂的显著增加(P<0.001),在E120组降低后又呈现显著性增加,直至R24h组(均P<0.001);5)E120组骨骼肌COX IV基因表达较对照组显著增加(P<0.05),恢复期R3h~R18h组呈显著性增加(均P<0.001)。运动中各组COX IV蛋白含量较对照组未呈现显著增加,但恢复期各时间段COX IV蛋白水平均呈显著性增加(均P<0.001);6)骨骼肌p38 MAPK活性(磷酸化p38 MAPK)在E90~R6h组,R18h~R24h组呈显著性增加(分别P<0.05、P<0.01和P<0.001)。仅R3h组p38 MAPK蛋白含量较对照组呈显著性增加(P<0.05)。结论:一次急性运动即可影响COX IV基因和蛋白表达,诱导骨骼肌线粒体生物合成;运动源性的H2O2可能通过先行激活p38MAPK磷酸化和继发诱导p38MAPK信号通路两个途径影响PGC-1α基因转录和线粒体生物合成的下游信号级联反应。     

NO-cGMP参与大鼠骨骼肌线粒体生物合成:耐力训练和L-精氨酸补充的作用

目的:探讨6周耐力训练和补充一氧化氮(NO)前体L-精氨酸(L-Arg)是否可以促进骨骼肌中NO-cGMP的生成,研究NO在耐力训练诱导的骨骼肌线粒体生物合成中的信号作用。方法:24只雄性SD大鼠随机分为4组:正常对照组(NC)、6周跑台训练组(Ex)、6周L-Arg补充组(L-Arg)以及6周训练和L-Arg补充组(L-Arg+Ex)。训练组每天进行90分钟跑台训练,每周5天,共计6周。L-Arg补充组补充L-Arg,剂量为每天500mg/千克体重,为期6周。取小腿三头肌,采用硝酸还原酶法测定NO浓度;放射免疫法测定cGMP浓度;荧光定量PCR分析PGC-1α、NRF-1、Tfam和COX IV mRNA水平以及采用Western blotting测定PGC-1α与COX IV蛋白含量。结果:Ex组与NC组相比较,骨骼肌NO浓度轻微增加,cGMP浓度显著增加,NRF-1、Tfam和COX IV mRNA水平以及PGC-1α和COX IV蛋白水平均显著增加;L-Arg+Ex组与NC组相比,NO、cGMP浓度和NRF-1和Tfam mRNA水平显著提高,PGC-1α蛋白含量和COX IV mR-NA和蛋白含量显著增加。结论:NO-cGMP信号通路可能参与了耐力训练诱导的骨骼肌线粒体生物合成。     

大强度间歇运动对肥胖大鼠骨骼肌AMPK/PGC-1α通路的影响

目的:通过观察8周大强度间歇运动(HIIT)和有氧运动对肥胖大鼠骨骼肌5’单磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)和过氧化物酶体增殖受体γ辅助激活因子α(PGC-1α)表达的影响,探讨不同运动时AMPK/PGC-1α通路在减脂过程中的骨骼肌适应机制。方法:高脂饮食诱导的SD肥胖大鼠建模成功后选取30只,随机分为安静对照组(OC组)、有氧运动组(OA组)和大强度间歇运动组(HIIT组),每组10只。OC组大鼠不运动;OA组和HIIT组均进行8周0坡度跑台运动,5次/周,高脂饲料自由饮食。运动前测试VO2max并确定相应跑速,4周后调整一次跑速。OA组以60%~70%VO2max相应速度运动60 min;HIIT组先以70%VO2max相应速度热身,再以90%、50%VO2max相应速度交替运动,最后以70%VO2max相应速度恢复,运动时间以与OA组运动距离一致计算。训练期间每周固定时间测量体重。运动8周后恢复24 h腹主动脉取血,测试血清总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C);取肾周和附睾脂肪称重,计算脂体比([肾周脂肪重量+附睾脂肪重量)/体重*100%];采用实时荧光定量PCR及Western Blot测试腓肠肌AMPK、PGC-1α基因和蛋白表达。结果:(1)与OC组相比,HIIT组和OA组大鼠体重、肾周和附睾脂肪重量均显著降低(P<0.01或P<0.05);与OA组相比,HIIT组肾周和附睾脂肪重量分别降低21.3%和22.4%;HIIT组脂体比较OC组显著下降,较OA组下降22.2%。(2)与OC组相比,HIIT组TC、TG和LDLC均下降(P<0.01或P<0.05);与OA组相比,HIIT组TC、TG和LDLC分别降低13.9%、21.4%和17.4%。(3)HIIT组AMPK mRNA表达较OC组上调9.6%(P<0.05),较OA组上调104%(P<0.01);与OC组相比,OA组AMPK mRNA表达量下降(P<0.01)。HIIT组和OA组AMPK蛋白表达较OC组上调11%和10%(P<0.05)。HIIT组和OA组PGC-1αmRNA表达较OC组分别上调520%和860%(P<0.01);HIIT组较OA组下调35.4%(P<0.01)。HIIT组和OA组PGC-1α蛋白表达量较OC组分别上调9%和18%。结论:(1)8周HIIT和有氧运动均能降低肥胖大鼠的体重、肾周及附睾脂肪重量和脂体比,改善血脂情况,且HIIT对TG和LDL-C的改善作用优于有氧运动。(2)8周HIIT和有氧运动均能通过影响AMPK/PGC-1α通路调节脂代谢,但其作用机制可能存在差异,且HIIT效果更明显。     

骨骼肌线粒体运动适应的分子机制

运动训练可对骨骼肌产生深刻影响,长期反复刺激可使骨骼肌发生适应性改变。而骨骼肌线粒体作为骨骼肌的动力来源,为骨骼肌行使正常功能提供保障,其对运动产生的适应性变化表现为:适宜的运动可促进骨骼肌线粒体生物合成,加速受损或老化线粒体的降解,改变线粒体动力学,重构线粒体网络。对骨骼肌线粒体运动适应机制的研究表明,运动可通过调控过氧化物酶体增殖因子激活受体共激活因子-1α(PGC-1α)、有丝分裂原活化蛋白激酶(P38MAPK)、腺苷单磷酸活化蛋白激酶(AMPK)等因子及其相关信号通路促进线粒体生物合成;运动还可通过影响线粒体融合蛋白、分裂蛋白及AMPK的表达,促进线粒体自噬,以清除损伤或老化的线粒体。通过线粒体新生与损伤线粒体降解,可使线粒体功能增强,线粒体网络结构重构,从而满足运动需求。     

有氧耐力训练对增龄大鼠骨骼肌线粒体生物合成的影响

目的:观察增龄大鼠骨骼肌线粒体生物合成的变化特点,探讨有氧耐力训练诱导增龄大鼠骨骼肌线粒体生物合成的分子机理。方法:中等强度跑台运动(64%VO2max,5°,15m/min,45min,每周5天)施加于2、12和17月龄雄性大鼠共12周,对照组正常饲养。12周后取大鼠比目鱼肌和股外侧深层肌进行分子生物学指标检测。结果:(1)增龄过程中,PGC-1α和NRF-1 mRNA表达、mtTFA蛋白表达随增龄显著增加,而mtTFA和COXIV mRNA表达、PGC-1α和COXIV蛋白表达随增龄无显著变化。(2)耐力训练后,5MT组PGC-1α mRNA和蛋白表达、15MT组PGC-1α mRNA表达显著高于各自对照组,5MT和15MT组NRF-1 mRNA表达分别显著高于各自对照组,20MT组PGC-1α mRNA和蛋白表达、NRF-1 mRNA表达相对于20MC组无显著变化,各月龄训练组mtTFA mRNA表达、COXIV mRNA和蛋白表达均显著高于各自对照组。结论:(1)增龄过程中PGC-1α、NRF-1、mtTFA和COXIV mRNA和蛋白水平的变化呈现非同步趋势,提示增龄过程中线粒体生物合成受复杂的多条途径调控;(2)耐力训练能够诱导PGC-1α、NRF-1、mtTFA和COXIV表达显著增加,促进骨骼肌线粒体生物合成;(3)耐力训练诱导骨骼肌线粒体生物合成的适应性积累效应随着大鼠年龄递增逐渐递减。     

肌肉高温与线粒体生物合成：TRPV1的可能作用及机制

急性暴露于热环境下运动会导致热应激,对有氧运动能力有不利影响。而长期在热环境下运动能够诱导热适应,改善有氧运动能力。热环境和运动的双重刺激会更快诱导更高的肌肉温度,温度直接或间接影响生物的各种生命活动,而过高的肌肉温度会影响骨骼肌线粒体的功能。骨骼肌线粒体功能对于有氧运动能力非常重要,线粒体生物合成的提高能改善线粒体功能。瞬时受体电位香草酸亚型1(TRPV1)是可以被高温（≥40°C）激活的蛋白,可能在肌肉高温影响线粒体生物合成中发挥作用。本文将肌肉高温、线粒体生物合成和TRPV1联系起来,探讨TRPV1在肌肉高温调节线粒体生物合成中的可能作用及机制。长期诱导肌肉高温能够促进线粒体生物合成,而急性诱导的肌肉高温会抑制线粒体生物合成,其可能机制与TRPV1、Ca2+、AMP激活的蛋白激酶（AMPK）和过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α (PGC-1α)等关键因子有关。TRPV1对其所在的细胞环境温度非常敏感,40℃～45℃的高温能够激活TRPV1。TRPV1被急性激活会使细胞内Ca2+水平升高,导致线粒体Ca2+过载,从而产生过量ROS不利于线粒体生物合成。TRPV1被长期激活可...     

16周高强度间歇训练对增龄大鼠骨骼肌ROS-AMPK-PGC-1α通路及最大摄氧量的影响

目的:观察16周高强度间歇训练(HIIT)干预对大鼠自然增龄过程中骨骼肌活性氧簇(ROS)及其氧化能力相关因子5′单磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1(PGC-1α)表达量以及最大摄氧量的影响及其变化规律。方法:选取7月龄雄性Wistar大鼠58只,随机分为安静组(C,n=29)与HIIT干预组(H,n=29)。各组大鼠每2周进行一次最大摄氧量(VO_2max)测试并观察其变化。C组大鼠不运动,H组以50%、70%和90%VO_2max对应的速度交替进行50 min/天、5天/周、持续16周的运动干预,并根据VO2max测试结果调整运动强度。各组大鼠在基础状态各取3只大鼠进行取材,在干预的第8周、第16周结束后的24小时各取13只进行取材,剥离大鼠比目鱼肌,采用多功能酶标仪测试其ROS含量,采用Western blot测试AMPK、PGC-1α的蛋白表达情况。结果:(1)16周HIIT干预过程中C组与H组大鼠最大摄氧量均呈下降趋势,但H组下降趋势较C组出现延缓。(2)16周干预过程中C组和H组在8周和16周时ROS含量均高于基础值(P<0.05),且16周时ROS含量高于8周(P<0.05)。16周时C组和H组ROS含量均高于同组内8周时的含量(P<0.05)。(3)16周干预后C组AMPK含量与基础值相比显著降低(P<0.05),H组AMPK含量高于C组(P<0.05)。(4)16周干预后C组与H组PGC-1α含量均呈现下降趋势且显著低于基础值(P<0.05),但H组含量高于C组(P<0.05)。(5)16周干预过程中各组大鼠骨骼肌AMPK、PGC-1α和心肺耐力的变化一致。结论:16周HIIT干预能有效延缓增龄大鼠VO2max和运动能力的下降可能是通过延缓ROS在机体内的堆积并延缓增龄大鼠骨骼肌AMPK和PGC-1α蛋白表达量下降来实现的。     

弱激光预照射联合有氧运动对增龄大鼠骨骼肌SIRTs/PGC-1α轴及IGF-1蛋白表达的影响

目的:探讨弱激光预照射联合有氧运动对增龄大鼠骨骼肌SIRTs/PGC-1α轴及IGF-1蛋白表达的影响,揭示弱激光预照射联合有氧运动对增龄性骨骼肌质量减少干预的可能机制。方法:32只18月龄雌性SD大鼠随机分为安静对照组(SC组,8只)、有氧运动组(AE组,8只)、弱激光组(LLLT组,8只)和弱激光预照射联合有氧运动组(LLLE组,8只)。SC组大鼠自由摄食;AE组大鼠在跑台上以15 km/h(60%～75%VO2max)进行中等强度低负荷量有氧运动,15 min/d,5 d/周,持续运动8周;LLLT组采用激光器照射大鼠双侧大腿前侧中间部分,每侧照射两个点,单点照射时间30 s,照射面积0.4 cm2,功率强度125 mW/cm2,1次/天,5 d/周,持续8周;LLLE组大鼠每次运动前进行弱激光预照射,弱激光预照射和有氧运动方案分别同上。第8周末实验结束48 h后宰杀并测定腓肠肌质量;逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)测定腓肠肌去乙酰化酶SIRTs (SIRT1-7)、过氧化物酶体增殖活化受体γ辅助活化因子-1α(PGC-1α)、线粒体转录因子A (TFAM)和核呼吸因子1 (NRF-1)等mRNA表达;蛋白免疫印迹法测定腓肠肌胰岛素类生长因子-1 (IGF-1)蛋白表达。结果:(1) LLLE组腓肠肌指数较AE组(P<0.05)和LLLT组(P<0.05)增加。(2) LLLE组SIRT1 mRNA表达水平较AE组(P<0.05)和LLLT组(P<0.05)升高,SIRT3 mRNA表达水平也高于AE组(P<0.01)和LLLT组(P<0.01)。(3) LLLE组PGC-1αmRNA表达水平较AE组(P<0.05)和LLLT组(P<0.01)升高。(4) LLLE组IGF-1蛋白表达水平高于AE组(P<0.05)和LLLT组(P<0.05)。结论:弱激光预照射联合有氧运动对改善增龄性骨骼肌质量减少的干预效果优于有氧运动和弱激光疗法,可能主要依赖于双重调控SIRT1/SIRT3-PGC-1α轴,提高增龄骨骼肌线粒体生物合成能力,同时激活IGF-1蛋白。     

低氧训练对AMPKα2三种基因状态鼠骨骼肌HIF-1α mRNA表达的影响

目的:探讨低氧耐力训练对AMPKα2基因敲除(KO)、高表达转基因(OE)及野生型(WT)小鼠骨骼肌HIF-1α mRNA表达的影响。方法:WT、KO及OE鼠各30只,分别随机分为常氧对照组、低氧暴露组和低氧训练组。常氧对照组在常氧状态下饲养14天;低氧暴露组在低氧环境(模拟海拔4000米高度,氧浓度约12.3%)下饲养14天;低氧训练组在与低氧暴露组相同的低氧环境下饲养并连续14天进行跑台训练(12 m/min,1 h/day)。14天后断食12 h取材,测定小鼠骨骼肌AMPKα2蛋白和HIF-1α mRNA表达。结果:(1)OE和WT鼠低氧暴露组、低氧训练组骨骼肌AMPKα2蛋白表达与常氧对照组相比均无显著性差异,KO鼠骨骼肌无AMPKα2蛋白表达。(2)OE鼠、KO鼠和WT鼠低氧训练组骨骼肌HIF-1α mRNA表达量与低氧暴露组相比显著增加。(3)低氧训练下,OE鼠骨骼肌HIF-1α mRNA表达量与WT鼠相比有显著性差异。结论:低氧训练中AMPKα2对骨骼肌HIF-1α mRNA表达起重要作用,但并非HIF-1α表达的必要条件。