抗阻、有氧运动对衰老小鼠骨骼肌铁死亡及NRF2介导的抗氧化系统的影响

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aghdks
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背景:随着老年人口的逐年增加和预期寿命的延长,骨骼肌衰减症逐步成为社会公共卫生关注的热点问题之一。预防和延缓骨骼肌衰减症,提高老年人自理生活的质量成为衰老研究的焦点问题。近期的研究发现铁积累和铁死亡与衰老进程有关,铁积累可能诱发Fenton反应,活性氧(ROS)增多,进而引发氧化应激,造成铁死亡敏感性增加。不同运动对机体氧化应激和抗氧化平衡有重要影响,运动是否可以改善抗氧化能力来缓解铁过载导致的氧化应激,以达到改善骨骼肌质量,延缓衰老的目的。且运动能否影响铁代谢过程值得进一步研究。目的:(1)探讨衰老对小鼠骨骼肌铁死亡及抗氧化能力的影响;(2)研究铁死亡与骨骼肌衰减症的关系;(3)探究抗阻或有氧运动干预对铁代谢及抗氧化能力的影响。为运动干预铁代谢,降低铁死亡敏感性提供理论依据。方法:购入2月龄C57BL/6J小鼠32只,于IVC独立送风系统中饲养至3月龄和18月龄,建立青年小鼠和自然衰老小鼠模型,共设置4个实验分组(包括:青年安静对照组、老年安静对照组、老年有氧运动组、老年抗阻运动组)。3月龄小鼠为青年对照组(YC组:n=8),18月龄后小鼠随机分为三组:老年安静对照组(OC组:n=8),自由饮食、饮水,不参与运动训练。老年抗阻运动组(OR组:n=8),每周一、三、五以尾部负重爬梯的方式进行为期8周的抗阻运动,每周一测量OR组小鼠最大负重能力(max);以max数值为训练标准,采用“金字塔”训练模式,以小鼠最大负重的50%、75%、100%、75%、50%为顺序,分别进行3次、2次、1次、2次、3次爬梯训练;组间休息1min,次间休息30s。老年有氧运动组(OA组:n=8),每周一、三、五以6m/min速度(约70%最大摄氧量强度)在跑台上进行30min为期8周的有氧运动。OC、OA、OR组小鼠每周测量体重,在第1周、第4周,第8周的时测量抓握力;OC、OA组在第1周、第4周测量最大负重能力。YC组小鼠3月龄时,老年各组最后一次训练结束后12小时,腹腔注射10%水合氯醛麻醉(3.5ml/kg体重),脱颈处死小鼠并取材。取股四头肌于4%多聚甲醛溶液中固定,随后进行组织化学实验,进行HE染色,显微镜拍照后使用Image Pro Plus 6.0软件计算衰老小鼠股四头肌肌纤维横截面积。采用荧光染色法检测组织ROS,运用蛋白免疫印迹技术检测小鼠股四头肌TF、TFR1、DMT1、FPN1、ferritin、NCOA4、NRF2、x CT、GPX4、SOD1、SOD2、CAT、HMOX1蛋白变化。采用试剂盒检测小鼠股四头肌总铁、MDA、GSH含量、T-AOC、T-SOD活性、GPX、CAT酶活性。使用Image Pro Plus 6.0、Case Viewer对实验所得数据进行统计处理、IBM SPSS Statistics 26进行统计分析,使用Graphpad Prism8对数据分析结果进行作图。结果:(1)体重和骨骼肌肌纤维横截面积、质量、力量、功能指标:比较各组小鼠体重变化,衰老小鼠较年轻小鼠体重极显著增加(P<0.001);8周实验后,OC组小鼠体重极显著增加(P<0.01),OR和OA组小鼠体重无明显变化。OR组小鼠体重显著低于OC组小鼠(P<0.05)。与YC组相比,OC组小鼠骨骼肌肌纤维横截面积、质量、力量、功能指标显著性下降,其中肌纤维横截面积(P<0.001)、股四头肌质量指数(P<0.001)、相对抓握力(P<0.01)、相对最大负重能力(max)(P<0.001)。与OC组相比,OA组小鼠肌纤维横截面积、股四头肌质量指数和相对max有升高趋势但无显著性差异,相对抓握力极显著性升高(P<0.01)。与OC组相比,OR组小鼠骨骼肌横截面积、质量、力量、功能指标均有极显著性提升,其中肌纤维横截面积(P<0.01)、股四头肌质量指数(P<0.01)、相对抓握力(P<0.001)、相对max(P<0.001)。(2)骨骼肌总铁和铁代谢相关指标:与YC组相比,OC组小鼠股四头肌铁含量极显著升高(P<0.001);TFR1蛋白表达极显著下调(P<0.01)、HMOX1蛋白表达极显著下调(P<0.001)、FPN1蛋白表达显著下调(P<0.05)、ferritin蛋白表达极显著上调(P<0.001)、NCOA4蛋白表达极显著下调(P<0.001)。与OC组相比,OA组小鼠股四头肌HMOX1蛋白表达显著上调(P<0.05);OA组和OR组与OC组相比,组织铁含量极显著下降(P<0.001);FPN1蛋白表达均显著上调(P<0.05)、ferritin蛋白表达均极显著下调(P<0.001)、NCOA4蛋白表达均极显著下调(P<0.01)。(3)氧化应激与抗氧化相关指标:氧化应激指标:与YC组相比,OC组股四头肌ROS含量极显著升高(P<0.001)、MDA含量极显著升高(P<0.01);与OC组相比,OA组和OR组ROS含量显著性降低(P<0.001、P<0.001)、组织MDA含量显著性降低(P<0.05、P<0.001)。NRF2-x CT调控机制相关指标:与YC组相比,OC组NRF2蛋白表达极显著下调(P<0.01)、x CT蛋白表达极显著下调(P<0.05);与OC组小鼠相比,OA和OR组NRF2蛋白表达极显著上调(P<0.05、P<0.001)、x CT蛋白表达显著性上调(P<0.05、P<0.01),OR组GPX4蛋白表达显著性上调(P<0.001)。OA组小鼠股四头肌GPX酶活性显著性提高(P<0.05)。NRF2-ARE调控机制相关指标:与YC组相比,OC组CAT和SOD1蛋白表达显著下调(P<0.05),T-AOC活性、CAT酶活性、T-SOD酶活性、GST酶活性显著下降(P<0.001、P<0.05、P<0.05、P<0.001)。与OC组相比,OA组和OR组SOD2蛋白显著性升高(P<0.05、P<0.01)、T-AOC活性显著性升高(P<0.05、P<0.01)、GST酶活性显著提高(P<0.01、P<0.05);OR组CAT蛋白极显著上调(P<0.001)、CAT酶活性显著性提高(P<0.05)。结论:(1)衰老使小鼠体重显著性增加,骨骼肌肌纤维横截面积、质量、力量、功能指标显著性下降;抗阻、有氧运动均可改善衰老小鼠骨骼肌质量、力量和功能,其中抗阻运动干预方式效果更优。(2)衰老使小鼠铁代谢平衡失调,骨骼肌总铁含量增加,铁死亡敏感性升高;有氧、抗阻运动均可改善衰老小鼠铁代谢失衡,减少组织铁含量的过度积累,降低铁死亡敏感性。(3)衰老使小鼠氧化/抗氧化平衡失调,氧化应激增加;有氧、抗阻运动均可通过NRF2-x CT和NRF2-ARE调控机制改善衰老小鼠抗氧化能力,抵抗氧化应激。(4)铁死亡可能是骨骼肌衰减症的重要靶点之一,与氧化和抗氧化有关联,多途径影响骨骼肌质量。NRF2作为铁死亡的负调节因子对铁死亡敏感性进行多层次调控,是运动干预衰老小鼠铁死亡的核心因子之一。
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