gAcrp30/AMPKα2在HIIT激活骨骼肌细胞自噬中的机制研究

来源 :天津医科大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:luocheng890924
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研究目的:随着全民健康理念日益普及,一种新兴运动模式—高强度间歇运动(High intensity interval training,HIIT)以其耗时短、强度大、恢复快的特点,受到运动员和运动健身爱好者的青睐。HIIT通过快速提高心率、增加身体氧耗,同时制造缺氧状态,使机体在恢复期仍需要更多的氧气,进而消耗额外的热量。也正因如此,针对HIIT的研究多集中在呼吸循环系统相关临床表现上,而对内分泌代谢相关信号分子通路的研究较少。然而,由于HIIT显著的减脂效应使得人们开始揣测,在其降低脂肪组织体积的情况下,对诸如Acrp30等有益的脂肪因子的影响如何。大多数研究显示,HIIT显著减脂的同时,能够增加Acrp30的表达,但也有部分研究结果与其相反,差异可能与HIIT运动方案、受试个体基础健康状况以及所检测Acrp30的形式有关。细胞自噬是目前生物医学范畴内的研究热点之一,广泛参与机体的各种病理生理过程。已有研究显示gAcrp30能够对骨骼肌细胞自噬产生影响,并于多种细胞系中发现AMPK(AMP activated protein kinase)在细胞自噬诱导过程中发挥的重要作用,自噬是为机体快速提供燃料的生理途径,在HIIT造成的细胞能量迅速消耗状态下,骨骼肌细胞自噬应对“饥饿”的响应如何,目前的研究结果仍很局限。不仅如此,在HIIT影响骨骼肌细胞自噬过程中,AMPKα2是否也在其中发挥重要作用,仍有待进一步探究。针对目前的研究现状,为保证受试个体基础状况基本相同,选取健康雄性C57BL/6小鼠为研究对象,同时严格按照HIIT的运动概念设计方案,即最大摄氧量(VO2max)达85%以上,设置安静和中等强度持续运动(Moderate intensity continuous training,MICT)为对照组,针对Acrp30作用于骨骼肌细胞表面受体的主要活性形式——球形脂联素(Globular adiponectin,gAcrp30)进行检测,以单纯研究HIIT对血清gAcrp30的影响。除此之外,本研究对gAcrp30作用于骨骼肌细胞表面特异性受体后的下游机制进行了探讨,基于其对细胞自噬水平产生影响的相关研究结果,尝试探讨AMPKα2在其中的重要作用,并利用AMPKα2基因敲除小鼠进行在体实验验证,以期为探讨HIIT良好健康效应背后的机制提供依据。研究方法:(1)动物模型:4周龄C57BL/6雄性小鼠36只,其中包括AMPKα2+/+(n=12),AMPKα2+/-(n=12),AMPKα2-/-(n=12),随机分为安静对照组(Control)、中等强度持续运动组(MICT)和高强度间歇运动组(HIIT)。运动干预结束后行体成分分析,随后处死取材;(2)运动方案:干预时间为6周、MICT组运动形式为75%VO2max强度的持续跑台运动,1小时/次,1次/天,5次/周;HIIT为85%VO2max强度与50%VO2max强度的运动交替进行12个循环,50分钟/次,1次/天,5次/周;(3)饮食配方:华阜康公司1022配合维持饲料喂养6周;(4)体成分分析:运动干预结束后应用“ImpediVET实验动物体组成测定分析仪”输出体质指数,总体液量,体脂含量等指标,随后进行统计分析;(5)血清gAcrp30检测:小鼠处死前行内眦取血,静置离心取上清,应用酶联免疫吸附法对血清gAcrp30水平进行检测;(6)细胞培养:应用gAcrp30和DN-AMPKα2(K45R)处理C2C12肌管细胞,提取细胞蛋白;(7)Western blot检测骨骼肌组织/细胞AMPKα2,pAMPK-Thr172,pACCSer79,LC3II/I,Beclin1及p62蛋白表达水平。研究结果:(1)三组小鼠体成分分析结果:与Control组同基因型小鼠相比,a.体重:运动开始前各组小鼠体重无显著差异,运动结束后,MICT组和HIIT组小鼠体重显著降低(P<0.05或P<0.01);b.BMI:MICT组各基因型小鼠的BMI有所下降,但未见明显的统计学差异(P>0.05),HIIT组中,AMPKα2+/+和AMPKα2+/-小鼠的BMI水平下降显著(P<0.01或P<0.05),而AMPKα2-/-与Control组相比BMI水平下降不明显(P>0.05);c.总体液量:三组小鼠总体液量未见明显差异(P>0.05);d.体脂含量:MICT组各基因型小鼠的体脂含量均呈下降趋势,但仅AMPKα2+/+的下降有统计学意义(P>0.05);而HIIT组小鼠中,AMPKα2+/+和AMPKα2+/-小鼠体脂含量下降明显(P<0.01或P<0.05),AMPKα2-/-小鼠体脂含量的下降无统计学意义(P>0.05);(2)血清gAcrp30水平:与Control组同基因型小鼠相比,MICT组各基因型小鼠血清gAcrp30水平轻微升高,而HIIT组小鼠gAcrp30明显上升(P<0.01);(3)gAcrp30处理C2C12肌管细胞:浓度梯度(0,0.1,0.25,0.5,0.75,1μg/ml)和时间梯度(0,3,8,16,24h)处理结果显示,gAcrp30能够显著增加C2C12肌管细胞自噬水平,且具有一定的浓度和时间依赖性,在浓度1μg/ml或时间干预24h时gAcrp30的作用效果最为显著;(4)Western-blot检测:gAcrp30干预C2C12肌管细胞(1μg/ml,24h),发现gAcrp30显著增加了pAMPK-Thr172和自噬相关蛋白LC3II/I和Beclin1的表达同时降低了p62的表达(P<0.01或P<0.05);而经DN-AMPKα2(K45R)处理后,gAcrp30的这一诱导效应被削弱;HIIT干预后的AMPK+/+和AMPK+/-小鼠骨骼肌组织pAMPK-Thr172,LC3II/I,Beclin1表达上调而p62表达下降(P<0.01或P<0.05),而在AMPK-/-小鼠中这一效应并不显著。研究结论:(1)与安静对照组相比,6周MICT和HIIT均降低了小鼠的体重、体脂含量和BMI,但HIIT干预下的各指标下降更为明显,不仅如此,AMPKα2在其中发挥重要作用;(2)与安静对照组相比,6周HIIT干预显著增加了小鼠血清gAcrp30水平,而MICT增加gAcrp30水平的效果不显著;(3)离体实验中,gAcrp30以非AMPKα2依赖性机制增加了C2C12肌管细胞自噬活性;(4)与安静对照组相比,6周HIIT增加了骨骼肌细胞自噬活性,且这一激活作用依赖于AMPKα2。
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