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目的:Ⅰ型糖尿病(Type1DiabetesMellitus,T1DM)是一种由自身免疫和非自身免疫反应诱导触发,并引起胰腺β细胞破坏的复杂疾病。Ⅰ型糖尿病肌肉萎缩是较为严重的糖尿病并发症之一,其表现为肌肉质量的减少,虚弱无力和体力的下降,严重影响正常的生活和活动。运动是改善肌肉力量的良好手段之一,但不同的运动方式对于肌肉萎缩产生的影响及其作用机制仍是研究热点。低强度脉冲超声(low-intensity pulsed ultrasound,LIPUS)是一种能有效治疗肌肉、肌腱和软组织损伤的方法,有研究表明,LIPUS治疗可以促进蛋白质合成和肌细胞的增殖。Myostatin(MSTN)是一种肌肉的负调控因子,运动可以抑制MSTN基因表达量,有效促进骨骼肌肥大。MSTN被证实可以激活关键分子Akt,从而激活下游分子mTOR,抑制FoxO1分子,促进蛋白质合成。运动和LIPUS两种不同的干预方式如何作用改善T1DM导致的肌肉萎缩很少有人研究,对于两种方式联合干预更是鲜有报道。本实验采用间歇负重跑运动和低强度脉冲超声及两者联合的干预方式,从生理、生化、形态学、蛋白和基因等不同层面研究不同干预方式对Ⅰ型糖尿病大鼠腓肠肌肌萎缩的改善机制,以寻找出一种对Ⅰ型糖尿病所导致的肌萎缩无创伤、安全有效的辅助治疗方法。方法:本实验采用Sprague-Dawley(SD)雄性大鼠80只,两月龄,体重220-240g。适应性饲养一周后,随机分为正常对照组(NC组,10只)和模型组(T1DM组,70只)。模型组按60mg/kg体重一次性腹腔注射链脲佐菌素(STZ),观察大鼠形态、生活习性并监测大鼠3d、7d、10d的血糖,通过检测大鼠体重、饮水量、进食量、抓力等指标的变化,并测试口服葡萄糖耐量(OGTT)判定模型构建结果。模型构建成功后,分别采用药物注射干预、低强度脉冲超声干预、间歇负重跑台训练干预及两种方式联合干预4种方式对T1DM大鼠进行干预,采用Elisa酶联免疫试剂盒和常规生化试剂盒测试大鼠胰岛素含量(INS)、糖化血红蛋白(HbA1c),肌酸激酶(CK),乳酸脱氢酶(LDH)等生化指标;形态学上采用HE染色技术检测大鼠腓肠肌平均肌纤维横截面积的变化;通过Western Blot和实时荧光定量PCR(Quantitative Real-time PCR)从蛋白水平、基因水平检测MSTN/Akt信号通路中各信号分子的变化,观察改善Ⅰ型糖尿病大鼠腓肠肌肌萎缩的作用效果及其分子机制。结果:1.STZ造模后T1DM组大鼠的体重显著低于NC组大鼠体重(P<0.01),造模前后NC组大鼠体重没有显著性变化(P>0.05),而T1DM组大鼠体重造模前后有显著性差异(P<0.01);T1DM组大鼠进食量和饮水量显著高于NC组(P<0.01)。建模后10 d对大鼠进行空腹血糖测试和口服葡萄糖耐量(OGTT)试验,结果显示T1DM组大鼠血糖明显高于NC组(P<0.01),T1DM组大鼠在进行葡萄糖灌胃后血糖明显升高且下降缓慢,表明STZ注射诱导Ⅰ型糖尿病模型建立成功。2.注射STZ诱导Ⅰ型糖尿病后,模型组大鼠体重持续下降(P<0.01),6周的间歇负重跑训练和LIPUS干预可有效增加大鼠体重(P<0.01),降低血糖(P<0.01)、增加大鼠抓力(P<0.01)和腓肠肌重量(P<0.01),以上结果表明,间歇负重跑训练和LIPUS干预可以有效增加大鼠的体重,并增加肌肉力量,且两种干预手段联合方式比单一干预方式效果明显。HE结果表明,几种干预方式均可促进肌细胞增殖生长,增加肌纤维平均横截面积(P<0.01)。3.DC组大鼠HbA1c水平与NC组相比极其显著(P<0.01),DI组、DWT组和D+U+WT组大鼠HbA1c水平与NC组相比显著性增加(P<0.05);与DC组大鼠HbA1c水平相比,DI组、DU组、DWT组和D+U+WT组大鼠HbA1c水平显著降低(P<0.01),经过6周间歇负重跑训练和LIPUS干预治疗可以有效降低HbA1c水平。4.间歇负重跑训练和LIPUS干预结果表明,Ⅰ型糖尿病大鼠的血清和腓肠肌组织中CK活力与正常组相比均有显著性差异(P<0.01),DI组、DU组、DWT组和D+U+WT大鼠血清CK活力与DC组相比都有极其显著性差异(P<0.01);反之,四组大鼠组织CK活力与DC组相比有显著性增加(P<0.01,P<0.05,P<0.05,P<0.05);糖尿病组大鼠腓肠肌组织中LDH含量与正常组相比均有显著性降低(P<0.01),DI组、DWT组和D+U+WT组大鼠组织中LDH含量与DC组相比也有显著性增加(P<0.01)。说明Ⅰ型糖尿病会导致骨骼肌细胞中CK活力下降,从而导致肌肉萎缩,不同干预手段对肌细胞CK活力和LDH含量都有一定的改善作用,改善肌细胞的能量代谢,从而改善肌肉萎缩。5.通过Western Blot和RT-qPCR方法,检测肌肉中相关蛋白水平和基因表达显示,6周间歇负重跑训练和LIPUS干预以及两种方式干预方案均可以显著降低MSTNmRNA水平和蛋白表达量(P<0.01),同时显著降低MSTN受体ActRⅡB蛋白表达量(P<0.01),但胰岛素含量和胰岛素受体的蛋白表达量与DC组相比并无显著性差异(P>0.05);间歇负重跑训练、低强度脉冲超声干预及两种方式联合显著提升Akt mRNA转录水平表达量,同时也显著增加Akt及P-Akt蛋白表达量(P<0.01);间歇负重跑训练、低强度脉冲超声干预及两种方式联合可以有效增加mTORmRNA水平和蛋白表达量(P<0.05),显著降低FoxO1 mRNA水平(P<0.01)和蛋白表达(P<0.05)。Ⅰ型糖尿病导致GLUT4 mRNA水平和蛋白表达下降(P<0.01),进而导致机体葡萄糖转运能力下降,葡萄糖代谢能力降低。与DC组相比,几种干预手段均可显著性提升大鼠GLUT4 mRNA转录水平和蛋白表达(P<0.01),说明几种不同干预手段均可改善Ⅰ型糖尿病大鼠肌肉萎缩,从而可以增强骨骼肌内细胞葡萄糖转运能力。运动干预和两种方式联合干预较低强度脉冲超声干预相比,GLUT4蛋白表达显著性增加(P<0.01),表示运动和两种方式联合干预较单一的物理治疗方式对于Ⅰ型糖尿病造成的肌肉萎缩有更好的改善效果。结论:1.间歇负重跑训练和低强度脉冲超声及两种方式联合均对大鼠肌肉萎缩症状有改善作用。推测三种干预手段通过MSTN/Akt信号通路转导及激活Akt下游分子mTOR、FoxO1信号转导途径,它是改善肌肉萎缩的主要分子机制。2.两种方式联合干预较单一方式干预对于改善Ⅰ型糖尿病肌肉萎缩的效果更佳,低强度超声干预手段效果不及间歇负重跑运动效果。间歇负重跑训练和低强度脉冲超声及两种方式联合还可以促进GLUT4 mRNA和蛋白表达,推测运动和超声干预对于改善血糖控制,机体糖代谢也有一定的效果。