耐力训练对大鼠骨骼肌Mfn2蛋白表达及线粒体功能的影响

目的:观察耐力训练对大鼠骨骼肌线粒体Mfn2蛋白表达及线粒体功能的影响,探讨耐力训练提高骨骼肌有氧代谢能力的线粒体机制。方法:20只雄性Wistar大鼠随机分为对照组(CN)和耐力训练组(ET),每组10只。ET组大鼠进行12周游泳耐力训练,CN组不训练正常饲养。12周后取大鼠腓肠肌,差速离心法提取线粒体,测定锰超氧化物歧化酶(MnSOD)活力、丙二醛(MDA)含量、线粒体呼吸功能、Mfn2基因和蛋白表达。结果:ET组大鼠腓肠肌线粒体MnSOD活性显著高于CN组(P<0.01),MDA含量低于CN组(P<0.05),态3呼吸和Mfn2蛋白表达水平显著高于CN组(P<0.05),呼吸控制比和Mfn2基因表达水平显著高于CN组(P<0.01),态4呼吸无明显变化。结论:12周游泳运动显著上调了Mfn2基因及蛋白表达,这可能是耐力训练提高骨骼肌有氧代谢能力的线粒体机制。     

骨骼肌线粒体对细胞能量需求的快速应答:mfn1/2与fis1基因在急性运动中的动态表达

目的:本研究探讨在细胞能量需求急剧变化的条件下,骨骼肌线粒体能量代谢与线粒体融合基因mfn1/2和分裂基因fis1表达的动态变化,并分析这两者之间的关系。方法:以SD大鼠一次递增负荷跑台运动为实验模型,测定骨骼肌线粒体ROS生成速率和态3、态4呼吸速率,ATP合成酶活性和膜电位水平,并观察运动中及其恢复期骨骼肌线粒体mfn1/2和fis1 mRNA表达变化。结果:(1)150分钟运动过程中mfn1 mRNA表达逐渐降低,其中E45、E90、E120和E150组分别较安静组下降了21、42、707、7%(均P<0.01),PE-3h、PE-6h、PE-12h和PE-24h组则分别较安静组增加至144、152、134和135%(P<0.01);mfn2 mRNA表达呈相似表现,在运动中至运动后6小时较安静时分别下降了36、73、96、64、57和59%(均P<0.01),PE-12h和PE-24h组则增加至148和154%(均P<0.01);对应以上时间点,fis1 mRNA表达在运动中各时间点较安静时显著增加,并在运动后3小时达到峰值,分别增加至264、213、252、406和450%(均P<0.01),随后逐渐下降,但仍高于安静值(P<0.01)。(2)在运动中及运动后各时间点,ROS生成速率均较安静组显著增高,其中E45、E90和E120组ROS生成速率持续增高,E150、PE-3h、PE-6h、PE-12h和PE-24h组较E120组明显下降;整个过程中线粒体能化态膜电位无显著变化。E45组ATP合成酶活性与安静组比较明显增加,但PE-3h组显著降低,其余各组无明显变化;除E150组线粒体态3呼吸速率较安静组显著降低外,其它各组无明显差异。结论:(1)急性运动中骨骼肌mfn 1/2 mRNA表达显著减少,fis1 mRNA表达明显增加;运动后骨骼肌mfn1/2 mRNA水平逐渐明显增加,fis1 mRNA转录逐渐减少。(2)线粒体能量代谢耦联效率能够对机体的能量需求作出快速应答反应,线粒体分裂与融合基因的动态表达是线粒体对细胞能量需求急剧增加的快速应答反应的一个组成部分。     

针刺干预对大鼠离心运动性骨骼肌损伤后线粒体分裂的影响

目的:研究针刺对离心运动后不同时相骨骼肌线粒体分裂的影响,探讨针刺在防治离心运动性骨骼肌损伤中的作用。方法:176只雄性SD大鼠随机分为安静对照组(C组)、单纯针刺组(A组)、单纯运动组(E组)和运动针刺组(EA组),E、EA组进行一次性下坡跑离心运动,A、EA组进行针刺干预。A、E、EA组又按干预后取材时相点划分为0 h、2 h、6 h、12 h、24 h、4 8h、72 h,共7个时相组。采用透射电镜观察骨骼肌线粒体超微结构变化;免疫荧光检测线粒体外膜转位酶20(TOMM20)/线粒体分裂动力相关蛋白1(DRP1)共定位;免疫共沉淀检测FUNDC1蛋白(FUNDC1)/DRP1蛋白相互作用;Western Blot检测线粒体中DRP1蛋白表达水平。结果:单纯针刺后A组大鼠线粒体形态正常,与C组相比,TOMM20/DRP1、FUNDC1/DRP1、DRP1等指标均无显著变化(P>0.05)。大负荷离心运动后E组大鼠线粒体出现片段,与C组相比,各检测指标显著升高(P<0.05),12～24 h达到最高。大负荷离心运动后EA组大鼠骨骼肌线粒体片段化减轻,TOMM20/DRP1...     

运动、Nrf2与骨骼肌线粒体

骨骼肌线粒体供能能力和运动密切相关。核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)作为一种广泛存在于哺乳动物细胞内的转录因子,它不仅可以调节骨骼肌的氧化应激状态,而且还影响到线粒体的生物合成、呼吸作用及其自噬等多个方面。本文就近年来运动对Nrf2的激活作用及Nrf2对线粒体影响的最新研究进展进行综述,为运动促进健康的效应机制研究提供理论依据。     

支链氨基酸对运动大鼠骨骼肌线粒体功能的影响

为探讨支链氨基酸(BCAA)对提高大鼠运动能力的作用,本实验取雄性wistar大鼠21只,随机分为正常组、游泳对照组和游泳补充5%支链氨基酸饲料组.两个游泳组每天游泳训练l小时.10天后,游泳6小时,测定血和骨骼肌乳酸水平,测定骨骼肌糖原含量、骨骼肌线粒体脂质过氧化物(LP0)水平和线粒体膜的流动性以及线粒体矿物元素钙(Ca)、镁(Mg)、钾(K)含量.结果显示BCAA可抑制游泳运动后大鼠的血和骨骼肌乳酸的升高幅度,减少骨骼肌糖原的降低幅度与骨骼肌线粒体LP0的升高幅度,抑制骨骼肌线粒体膜流动性和矿物质元素Ca、Mg、K含量的下降.以上结果表明,BCAA可改善运动后骨骼肌线粒体功能,对抗运动性疲劳.可能有利于提高大鼠的运动能力.     

有氧运动改善高脂膳食诱导的胰岛素抵抗:增强骨骼肌线粒体融合与分裂及功能

目的:研究高脂膳食诱导胰岛素抵抗(IR)发生中骨骼肌线粒体融合与分裂的改变和长期耐力训练对其影响,为深入探讨IR发生的分子病理学机制以及运动防治IR的机制提供依据。方法:雄性C57BL/6小鼠通过8周高脂膳食诱导IR,再分别将正常和IR小鼠分为安静组和运动组,即正常膳食对照组(NS)、正常膳食运动组(NE)、高脂膳食对照组(HS)、高脂膳食运动组(HE),各运动组进行8周有氧运动训练。检测空腹血糖、胰岛素。提取骨骼肌线粒体测定呼吸功能和ATP合成酶活力。实时荧光定量PCR和Western blot分别测定骨骼肌Mfn2、Opa1、Drp1、Fis1的mRNA和蛋白表达。结果:(1)HS组小鼠空腹血糖、胰岛素和胰岛素抵抗指数均显著高于NS组(P<0.01);骨骼肌线粒体态3呼吸速率、呼吸控制比和ATP酶合成活力均显著低于NS组(P<0.01);Mfn2蛋白显著低于NS组(P<0.01),Drp1和Fis1显著高于NS组(P<0.01)。(2)HE组小鼠空腹血糖、胰岛素和胰岛素抵抗指数均显著高于HS组(P<0.01);骨骼肌线粒体态3呼吸速率、RCR和ATP酶合成活力均显著高于HS组(P<0.01);Mfn2、Opa1和Drp1蛋白显著高于HS组(P<0.01,P<0.05,P<0.01)。结论:高脂膳食诱导IR的小鼠骨骼肌线粒体趋于分裂,呼吸功能和ATP合成能力下降,可能是高脂膳食诱导IR的机制之一。长期有氧运动训练使正常和IR小鼠骨骼肌线粒体融合和分裂均增强,促进线粒体呼吸功能和ATP合成能力,有利于预防和改善IR。     

缺氧及缺氧复合运动大鼠骨骼肌线粒体功能的变化

目的：观察缺氧及在缺氧条件下运动对骨骼肌线粒体呼吸功能的影响，探讨在缺氧习服过程中，适当的运动锻炼促进机体高原习服的机制。方法：Wistar大鼠分为4组：平原对照组、缺氧组、平原运动组和缺氧复合运动组。缺氧复合运动组大鼠持续暴露于模拟海拔5000m高原5w，每天降至4000rn的高原进行游泳运动1h（6d／w），运动结束后回升至5000m；缺氧组大鼠同时在低压舱内相同海拔高度饲养，但不进行游泳运动；平原运动组和平原对照组在舱外同时饲养，其中平原运动组每天进行游泳运动1h（6d／w）。在末次运动结束后24h处死大鼠，分离大鼠腓肠肌提取线粒体。用Clark氧电极法测定线粒体呼吸功能，Western Blotting法测ATP合成酶d亚基蛋白表达。结果：与平原对照组比较，缺氧组腓肠肌线粒体ST3显著降低；缺氧复合运动组与缺氧组比较ST3、ST4、膜电位显著增高，ATP合成酶a亚基表达显著增加；平原运动组与对照组比较无显著差异。结论：慢性缺氧骨骼肌线粒体ATP合成能力降低，而缺氧复合运动后，骨骼肌线粒体ATP合成能力增强，这可能是缺氧复合运动促进高原习服的线粒体适应机制。     

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。     

骨骼肌线粒体蛋白输入机制的运动适应性研究进展

线粒体具有基因半自主性,99%的线粒体蛋白均由n DNA编码,需要经过转录、翻译,通过存在于线粒体膜上的蛋白输入机制(PIM:protein import machinery)输入至线粒体的不同区域,发挥功能。线粒体蛋白输入路径主要包括:1)线粒体基质蛋白输入;2)线粒体外膜蛋白输入;3)线粒体内膜蛋白输入;4)线粒体膜间隙蛋白输入等4个通路。PIM是线粒体生物发生的物质保障,是维持骨骼肌线粒体发挥正常功能的重要环节。骨骼肌线粒体PIM的运动适应性研究将进一步揭示运动性线粒体生物发生的分子机制及运动诱发线粒体与其它细胞器之间的相互作用。     

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。     

钙调神经磷酸酶在耐力运动大鼠骨骼肌纤维类型和大小转变中的作用

目的:探讨钙调神经磷酸酶(CaN)在耐力运动时骨骼肌纤维类型和大小转变中的作用。方法:雄性SD大鼠(150~200g)随机分成对照组和运动组。运动组大鼠进行6周无坡度跑台训练(20m/min~28m/min),并在第3周末进一步随机分成2组:运动 环孢素组,皮下注射环孢素(CSA,15mg/kg体重/day)3周;单纯运动组,注射等量生理盐水。各组大鼠第6周末取比目鱼肌和趾长伸肌,分别用SDS-PAGE电泳法和肌纤维ATP酶染色法测定肌球蛋白重链(MHC)组成比例和肌纤维横断面积,同时用比色法测CaN活性,并用Westernblotting法测CaN和活化T细胞核因子2(NFAT2)蛋白含量。结果:单纯运动组大鼠比目鱼肌MHCⅠ比例(93.4±6.0%)显著高于对照组(82.7±6.6%),而运动 环孢素组大鼠MHCⅠ比例(79.3±8.4%)无增加,但其Ⅰ型肌纤维横断面积显著小于对照组和单纯运动组(P<0.05)。单纯运动组大鼠趾长伸肌胞浆CaN活性及胞核NFAT2蛋白含量显著高于对照组(P<0.05),但纤维比例无显著改变(P>0.05);运动 环孢素组大鼠趾长伸肌肌原纤维蛋白浓度显著高于单纯运动组(P<0.05),且该组各型肌纤维横断面积均显著小于对照组和单纯运动组(P<0.05)。结论:CaN参与了耐力运动骨骼肌纤维类型和大小的调控,且具有肌肉特异性。     

2周耐力训练削弱骨骼肌5′-一磷酸腺苷激活的蛋白激酶信号对急性运动的反应

目的:探讨2周耐力训练对大鼠一次急性运动骨骼肌5′-一磷酸腺苷激活的蛋白激酶(AMPK)信号的影响,分析骨骼肌AMPK信号对耐力训练的适应特点。方法:52只雄性SD大鼠分为训练和未训练两大组,训练组进行2周速度为18m/min、10%坡度、每天60min的耐力训练,结束后进行一次性大强度跑台运动(速度26m/min,10%坡度,60min);未训练组只进行一次性大强度跑台运动。两组分别于一次性运动前(安静时)、运动后即刻(0h)、1h和6h取材。使用高效液相色谱法(HPLC)测定AMP、ATP含量,放射性同位素方法测定AMPK活性。结果:与安静时相比,训练和未训练组大鼠一次性运动后即刻,腓肠肌AMP、AMP/ATP、AMPK分别增加42%、80%、80%和62%、89%、180%,均有统计学意义(P<0.01),AMP和AMP/ATP在运动后1h恢复,AMPK在运动后6h恢复;和未训练组相比,训练组一次性运动后即刻AMP和AMPK的增幅分别下降20%(P<0.05)和100%(P<0.01),但两组ATP和AMP/ATP在各时间点均无显著差异。结论:2周耐力训练削弱骨骼肌AMPK对急性运动的反应,其原因可能与AMP含量的增幅被削弱有关。     

急性运动后大鼠骨骼肌线粒体~(45)Ca~(2+)摄取的动力学观察

采用同位素示踪方法 ,观察了雄性SD大鼠跑台运动后即刻骨骼肌线粒体Ca2 +摄取的动力学变化 ,发现运动后大鼠骨骼肌线粒体初始Ca2 +摄取率和最大Ca2 +摄取量均较安静组增加 ,特别是线粒体摄Ca2 +速率明显增加 ,线粒体摄Ca2 +曲线左移 ,提示大鼠运动后线粒体摄Ca速率的增加可能是运动后线粒体Ca2 +聚积的重要原因。     

低氧训练对大鼠骨骼肌血红素氧合酶mRNA表达的影响

目的:探讨不同低氧训练模式对机体骨骼肌血红素合酶(HO-1)mRNA表达的影响。方法:选用6周龄SD雄性大鼠120只,经3周适应性训练和力竭实验筛选出90只,随机分成9组:常氧安静对照组、持续低氧安静组、间歇低氧安静组、低住低练组、高住高练组、高住低练组、低住高练组、高住高练后复氧训练组、高住低练后复氧训练组。采用常压低氧舱以13.6%的氧浓度(相当于海拔3500m的氧浓度)进行低氧训练,根据血乳酸-速度曲线确定大鼠常氧训练的强度为35m/min,低氧训练的强度为30m/min。低氧训练持续时间为6周,每周训练5天。第6周末最后一次运动后休息48h后处死、取材。采用实时荧光定量PCR技术测试大鼠骨骼肌HO-1mRNA表达。结果:与常氧安静对照组相比,低住低练组大鼠骨骼肌HO-1mRNA表达显著升高(P<0.05),高住高练组、低住高练组非常显著升高(P<0.01);高住低练组与低住低练组比较显著降低(P<0.05);高住高练后复氧训练组大鼠骨骼肌HO-1mRNA表达与高住高练组相比显著降低(P<0.01),基本回到常氧安静对照组水平。结论:高住高练和低住高练可提骨骼肌HO-1mRNA表达。     

不同运动方式对大鼠急性拉伤修复过程中骨骼肌材料力学指标的影响

目的:分析研究不同运动方式对骨骼肌拉伤愈合过程的影响,为骨骼肌拉伤的运动康复疗法提供实验支持。方法:152只成年雌性SD大鼠随机分为空白对照组(BC组,n=8)、即刻组(IM组,n=8)、第1周组(1W组,n=8)、自然愈合组(NC组,n=32)、向心运动组(CE组,n=32)、离心运动组(EE组,n=32)和组合组(CO组,n=32)。除BC组外,其它各组造成腓肠肌急性拉伤模型,1周后,CE组、EE组、CO组分别进行为期4周的向心、离心和向心离心相结合的训练。IM组在造模即刻,1W组在造模后7天,BC在造模后18天取材;其余各组分别在造模后第14、21、28、35天4个时间点取材,每次随机选择8只,检测大鼠腓肠肌极限应力、极限应变率和杨氏模量。结果:向心运动训练能加快拉伤骨骼肌极限应力、极限应变率、杨氏模量的恢复。离心运动能加快拉伤骨骼肌极限应力恢复,但延缓了拉伤骨骼肌极限应变率和杨氏模量的恢复。向心和离心相结合的运动能加快拉伤骨骼肌极限应变率、极限应力和杨氏模量的恢复,组合组极限应变率和杨氏模量的恢复比离心组快,比向心组慢。结论:不同运动方式对急性拉伤后修复过程中骨骼肌材料力学性质的影响不同。向心、离心以及向心离心相结合的训练均能促进拉伤骨骼肌极限应变的恢复;向心和向心离心相结合训练能促进拉伤骨骼肌极限应变率的恢复;离心运动能加快拉伤骨骼肌极限应力的恢复,但延缓了拉伤骨骼肌极限应变率和杨氏模量的恢复,在增加骨骼肌强度的同时降低了其弹性。     

运动训练对大鼠骨骼肌和肝脏金属硫蛋白诱导和金属离子代谢的影响

观察了耐力游泳训练对大鼠骨骼肌和肝脏金属硫蛋白(Metallothionein,MT)诱导性的影响,以及训练大鼠力竭性游泳后,MT和锌、铜、铁、锰、钙、镁等金属离子含量的动态变化,探讨了它们之间的关系。结果显示耐力性游泳训练可使大鼠骨骼肌和肝脏MT的基础水平升高。训练大鼠力竭性游泳后,骨骼肌和肝脏中诱导合成的MT的峰值提前出现,表明运动训练可加快MT的诱导合成。MT较高的基础水平和快速的诱导合成,可能是训练促进运动恢复的生理机制之一。训练大鼠力竭性游泳后,骨骼肌锌、铜、锰和肝脏锌、铜、锰、铁的变化趋势与MT的变化趋势较为一致,表明MT可能参与了这些金属离子的代谢。MT可能通过调节金属离子代谢,在机体的运动恢复中发挥重要作用。