有氧运动和TIGAR过表达对骨骼肌线粒体质量控制的影响

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研究目的:观察有氧运动干预和 TIGAR(TP53-induced glycolysis and apoptosis regulator)过表达对小鼠腓肠肌组织形态结构、肌肉力量、协调运动能力和腓肠肌组织线粒体呼吸功能、线粒体质量控制的影响,探讨TIGAR在骨骼肌线粒体质量控制和运动适应中的作用。研究方法:17只5月龄健康雄性C57小鼠和19只5月龄健康雄性TIGAR基因过表达小鼠,分别随机分为野生对照组(WT,n=8)、野生运动组(Exe,n=9)、TIGAR过表达组(TG,n=12)、TIGAR过表达运动组(TG+E,n=7)。WT组和TG组不给予任何形式的运动干预,Exe组和TG+E组进行为期12周的有氧运动训练。末次运动训练结束后对小鼠进行有氧耐力测试、抓握力测试和转棒测试实验取材完成后称量小鼠腓肠肌的质量计算湿重比。HE染色观察小鼠腓肠肌细胞形态。使用Oxygraph-2k细胞能量测定仪检测小鼠腓肠肌线粒体呼吸功能。蛋白免疫印迹法(Western Blot,WB)测定小鼠腓肠肌TIGAR、线粒体呼吸链复合物、过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α(Peroxlsome proliferator—activated receptor-γ coactlvator-1α,PGC-1α)、线粒体动力学调节因子(Drp1、Mfn2)、线粒体自噬相关蛋白表达水平。研究结果:1.有氧运动和TIGAR过表达对小鼠运动能力的影响与WT组相比,Exe组和TG组小鼠有氧耐力显著增强(P<0.05,P<0.01),与TG组相比,TG+E组小鼠有氧耐力显著增强(P<0.01)。与WT组相比,Exe组和TG组小鼠的抓握力显著增强(P<0.01,P<0.05);与TG组相比,TG+E组小鼠的抓握力无显著性差异(P>0.05)。与WT组相比,Exe组小鼠的掉落潜伏期显著延长(P<0.01),但TG组小鼠的掉落潜伏期无显著性差异(P>0.05);与TG组相比,TG+E组小鼠的掉落潜伏期显著延长(P<0.05)。2.有氧运动和TIGAR过表达对小鼠腓肠肌质量和湿重比的影响与WT组相比,Exe组与TG组小鼠的腓肠肌质量和湿重比无显著性差异(P>0.05,P>0.05);与TG组相比,TG+E组小鼠的腓肠肌质量和湿重比无显著性差异(P>0.05)。3.有氧运动和TIGAR过表达对小鼠腓肠肌肌细胞形态的影响与WT组、TG组相比,Exe组、TG+E组小鼠的腓肠肌肌细胞间隙变窄,肌细胞形态更明显,连接更紧凑。4.有氧运动和TIGAR过表达对小鼠腓肠肌线粒体呼吸功能的影响与WT组相比,Exe组小鼠腓肠肌的复合物Ⅰ的leak值显著增加(P<0.01)、复合物I的最大氧化磷酸化值显著增加(P<0.05)、复合物Ⅰ加Ⅱ的最大氧化磷酸化值要显著增加(P<0.01)、最大电子传递能力值显著增强(P<0.05)、储备线粒体呼吸能力显著增加(P<0.05),而TG小鼠腓肠肌的复合物I的leak值、复合物I的最大氧化磷酸化值、复合物Ⅰ加Ⅱ的最大氧化磷酸化值、最大电子传递能力值和储备线粒体呼吸能力没有显著性差异(P>0.05,P>0.05,P>0.05,P>0.05,P>0.05)。与TG组相比,TG+E组小鼠腓肠肌的复合物Ⅰ的leak值、复合物Ⅰ的最大氧化磷酸化值、复合物Ⅰ加Ⅱ的最大氧化磷酸化值、最大电子传递能力值和储备线粒体呼吸能力没有显著性差异(P>0.05,P>0.05,P>0.05,P>0.05,P>0.05)。5.有氧运动上调了腓肠肌TIGAR蛋白表达与WT组相比,Exe组小鼠腓肠肌中TIGAR蛋白表达显著增加(P<0.001)。6.有氧运动和TIGAR过表达对小鼠腓肠肌线粒体质量控制的影响与WT组相比,Exe组小鼠腓肠肌线粒体呼吸链复合物Ⅰ、复合物Ⅱ、复合物Ⅲ、复合物Ⅳ和复合物V蛋白表达显著增加(P<0.05、P<0.05、P<0.01、P<0.05、P<0.05);调节线粒体分裂和融合的蛋白Drp1、Mfn2表达显著增加(P<0.05、P<0.01);线粒体自噬相关蛋白Parkin蛋白表达显著增加(P<0.01)。与WT组相比,TG组小鼠腓肠肌线粒体呼吸链复合物Ⅰ-Ⅴ蛋白表达无显著性差异(P>0.05,P>0.05,P>0.05,P>0.05,P>0.05);Mfn2 蛋白表达显著增加(P<0.05),Drp1蛋白表达无显著性差异(P>0.05);Parkin蛋白表达无显著性差异(P>0.05)。与TG组相比,TG+E组小鼠腓肠肌中TIGAR蛋白表达无显著性差异(P>0.05),线粒体呼吸链复合物Ⅰ-Ⅴ蛋白表达无显著性差异(P>0.05,P>0.05,P>0.05,P>0.05,P>0.05);Drp1、Mfn2蛋白表达无显著性差异(P>0.05,P>0.05);Parkin蛋白表达无显著性差异(P>0.05)。研究结论:1.有氧运动增强了小鼠有氧耐力、肌肉力量和协调运动能力。与此同时,有氧运动促进了小鼠腓肠肌线粒体呼吸功能,改善了小鼠腓肠肌线粒体质量控制。2.TIGAR过表达增强了小鼠有氧耐力、抓握力,上调了腓肠肌线粒体融合蛋白表达,但对腓肠肌线粒体融合调节因子、线粒体自噬相关蛋白表达无影响,也没有改善线粒体呼吸功能。3.TIGAR可能在骨骼肌的运动适应中发挥作用,其机制有待于进一步研究。
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