研究目的:衰老过程中,线粒体呼吸功能逐渐下降,伴随着氧化磷酸化功能降低和ATP合成减少为特征,并与脑、心脏、肌肉、内分泌系统及其他组织和衰老有关的功能下降有着密切关系,并可能进一步引起机体自由基平衡的破坏,逐步导致全身性生理功能的下降。衰老性肌萎缩的主要原因,包括肌肉再生障碍和糖代谢异常,通常伴随线粒体稳态异常,骨骼肌作为高耗能器官,线粒体作为细胞的能量供应站,为骨骼肌提供所需能量,所以线粒体的功能对于骨骼肌功能起重要作用。线粒体的形态结构、质量和数量等都具有高度可塑性,各种生理应激刺激都可以调节线粒体的可塑性。适量运动训练是公认的抗衰老性肌萎缩的有效方式,是消耗能量使能量平衡的关键因素,通过激活机体内源性调控机制来达到健康效应。增龄进程中线粒体稳态(质量、数量、融合/分裂比率等)进行性衰退,表现为线粒体能量代谢障碍和氧化应激进行性升高,有氧运动可通过改善线粒体稳态延缓骨骼肌衰老。研究表明,骨骼肌不仅是收缩器官,还是一个重要的内分泌器官,其在舒缩状态时可以内分泌方式释放一系列类激素物质进入血液,定义为肌肉因子(myokines)。运动面临的首要问题即能量供应,骨骼肌不仅调控自身能量代谢应答运动,也需要动员系统整体糖脂代谢,以满足其对能量的需求。很多研究表明,骨骼肌对耐力运动的适应是增加肌糖原和胰岛素敏感性,转化为氧化型的肌纤维,提高线粒体数量和功能。Irisin是新近鉴定的一种肌肉因子,其主要生理学功能是促进皮下白色脂肪向棕色脂肪转化,促进线粒体解偶联蛋白1(UCP1)和棕色脂肪特异性基因表达,有利于提高能量消耗,减轻体重,改善糖代谢,成为运动防治代谢性疾病的新靶点。Irisin作为糖脂代谢相关联的myokine,由运动诱发产生,其合成和分泌是PGC-1α依赖性的,且与骨骼肌FNDC5m RNA水平高度相关,其合成受到线粒体稳态主控因子PGC-1α的调控。研究表明,运动促进Irisin的释放,但骨骼肌线粒体稳态是否参与调控Irisin的合成尚不清楚。本研究拟观察有氧运动训练对衰老小鼠骨骼肌Irisin合成的影响,并探讨相关信号通路。研究方法:雄性C57BL/6小鼠60只,包括青年鼠(2月龄,20只)、中年鼠(9月龄,20只)、老年鼠(16月龄,20只),随机分为青年对照组(YC)、青年运动组(YT)、中年对照组(MC)、中年运动组(MT)、老年对照组(OC)、老年运动组(OT)。各年龄运动训练组小鼠进行10周跑台耐力训练(速度15 m/min,坡度5°,1 h/天,周一至周五训练)。末次运动结束时,禁食过夜后断颈处死后分离腓肠肌,差速离心法纯化线粒体;极谱法测定线粒体氧耗速率;荧光素-荧光素酶发光法测定ATP合成活力;JC-1荧光探针法检测线粒体膜电位;DCFH-DA荧光探针法检测线粒体H2O2生成速率;Western Blotting检测PGC-1α和FNDC5蛋白表达量;Elisa法测定血清Irisin含量。研究结果:中年对照组和老年对照组与青年对照组相比,膜电位水平、呼吸控制比均显著性降低,老年对照组和青年对照组相比,ROS显著升高,Irisin、FNDC5、PGC-1α蛋白表达量显著性降低;各年龄段运动组与其对照组比较,呼吸控制比、膜电位水平均显著性升高;中年运动组线粒体ROS生成速率显著低于中年组,老年运动组线粒体ROS生成速率显著低于老年组,但青年运动组和青年组相比,ROS生成速率没有显著性变化。青年与中年运动组与其对照组相比,ATP合成活力升高。各年龄段运动组与其对照组相比,Irisin、FNDC5、PGC-1α蛋白表达均显著性升高。研究结论:增龄导致骨骼肌Irisin合成和分泌进行性降低,且与骨骼肌线粒体能量代谢水平正相关,伴随骨骼肌线粒体稳态衰退和PGC-1α表达下调;有氧运动在不同年龄段均可上调骨骼肌Irisin合成和分泌,伴随骨骼肌线粒体稳态改善和PGC-1α表达上调。提示在增龄进程及运动干预中,骨骼肌Irisin的合成与分泌与线粒体稳态密切相关。