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中国2型糖尿病（type 2 diabetes,T2D）流行情况日趋严重,据估计已有1亿多T2D患者,造成巨大的医疗负担。运动是T2D早期防控的重要手段,研究表明即使是急性运动（一次运动）也能有效缓解高血糖和提高胰岛素敏感性,但其相关机制尚未阐释清楚。与欧美国家T2D患者相比,我国T2D患者平均身体质量指数较低,以非肥胖型糖尿病为主,此外,早期T2D患者的餐后高血糖更为显著。Goto-Kakizaki（GK）大鼠是通过筛选葡萄糖耐量较差（即餐后高血糖）的Wistar大鼠经过连续数代近亲繁殖建立的非肥胖自发性T2D模型,是研究我国T2D防控机制的合适动物模型。骨骼肌是胰岛素刺激葡萄糖摄取的主要部位,占餐后葡萄糖摄取的60-80%,对于维持机体血糖稳态具有重要作用;而中枢神经系统中下丘脑能感受营养物质和激素变化,进而调控包括骨骼肌在内的外周组织代谢,同样在维持能量和血糖平衡中具有重要作用。为了揭示运动改善非肥胖及餐后高血糖引起的T2D的分子机制,本研究将8周龄GK大鼠和Wistar大鼠随机分为对照组和运动组,其中运动组大鼠需要完成一次速度为15m/min,时长为60 min的跑台运动,然后检测各组大鼠的生理指标,并对骨骼肌和下丘脑进行转录组测序分析。通过整合不同比较组差异表达基因的GO、KEGG、蛋白质互作网络、聚类、转录因子调控网络、下丘脑-骨骼肌共表达网络等分析数据以及文献报道的基因敲除或过表达等研究结果,筛选出运动缓解高血糖和改善胰岛素抵抗的关键调控基因和下丘脑-骨骼肌共表达对。最后在L6大鼠骨骼肌细胞中验证了转录组分析得到的关键候选基因Klf3对葡萄糖摄取和胰岛素作用的影响。本研究主要结果如下:（1）8周龄GK大鼠体重显著低于Wistar大鼠,但其血糖和胰岛素水平显著高于Wistar大鼠;急性运动显著降低GK大鼠血糖和胰岛素水平,改善高血糖和胰岛素抵抗。（2）在GK与Wistar大鼠,运动组GK与GK大鼠,以及运动组Wistar与Wistar大鼠骨骼肌转录组比较中分别鉴定出819、291和598个差异表达基因。在GK与Wistar大鼠骨骼肌比较中,与骨骼肌能量代谢和葡萄糖转运相关的Pfkfb3基因表达量显著下调,Ppp1r3c、Slc27a1、Fasn和Tbc1d1基因表达量显著上调,这些基因的表达失调可能引起GK大鼠骨骼肌胰岛素抵抗和高血糖。急性运动后,运动组GK大鼠骨骼肌中表达量显著下调的Fasn基因,和表达量显著上调的Hk2、Ppargc1a、Sorbs1、Hmox1、Lpin1和Tbc1d1基因与增加能量代谢、改善胰岛素抵抗和促进葡萄糖转运相关,这些变化可能提高GK大鼠胰岛素敏感性并降低高血糖。（3）在GK与Wistar大鼠,运动组GK与GK大鼠,以及运动组Wistar与Wistar大鼠下丘脑转录组中分别鉴定了726、197和98个差异表达基因。在GK大鼠下丘脑中Nr1d1基因表达量显著下调,Plin2、Alox15和Nr1i2基因表达量显著上调,这些基因表达失调与下丘脑脂质代谢异常以及高血糖或胰岛素抵抗相关。急性运动后,运动组GK大鼠下丘脑中Plin2基因表达量显著下调,而与脂质感受相关的Cd36和Lpl基因以及与神经调控相关的Wfs1和Cck基因表达量显著上调,这些变化可能改善下丘脑脂质代谢和促进神经调控,与运动降低高血糖和改善胰岛素抵抗相关。（4）在运动后GK大鼠和Wistar大鼠中分别筛选出493和255对具有差异表达的下丘脑-骨骼肌共表达对。运动组GK大鼠下丘脑-骨骼肌共表达网络中,下丘脑差异表达基因Dio2和Crym与甲状腺激素（Thyroid hormone,TH）调控外周代谢以及T2D相关,骨骼肌差异表达基因Hmox1、Lpin1和Tbc1d1与改善胰岛素敏感性和葡萄糖转运相关。运动可能通过调控GK大鼠中Dio2-Hmox1、Dio2-Lpin1、Crym-Hmox1和CrymTbc1d1共表达对,改变下丘脑TH信号通路,提高骨骼肌胰岛素敏感性和葡萄糖摄取以改善GK大鼠高血糖。（5）在L6肌管中敲低Klf3基因可以促进基础状态和胰岛素刺激的葡萄糖摄取,而过表达Klf3基因后得到相反结果。L6肌管中干扰和过表达Klf3基因后分别引起2256和1988个基因表达量显著变化。胰岛素信号通路中Slc2a4、Akt2、Insr、Sorbs1、Ptprf和Fasn基因表达量在Klf3基因敲低和过表达组中均显著变化;此外,与葡萄糖代谢相关的Gys1基因在Klf3基因敲低组中显著上调,Hk2和Ppp1r3c基因在Klf3基因过表达组中分别显著下调和上调。这些基因表达量变化可能与Klf3基因调控胰岛素作用和葡萄糖摄取相关。在L6肌管中敲低Klf3基因促进基础状态下GLUT4和AKT蛋白表达以及GLUT4向细胞膜转位,并促进胰岛素刺激的GLUT4转位以及AKT、TBC1D1和TBC1D4磷酸化,而过表达取得相反结果,提示干扰Klf3基因通过增强胰岛素信号发挥改善葡萄糖摄取和胰岛素敏感性的作用。综上所述,本研究首次报道了急性运动对GK大鼠和Wistar大鼠骨骼肌及下丘脑转录组的影响,通过对运动前后骨骼肌和下丘脑转录组变化进行分析,并整合已有文献报道的基因敲除和过表达等研究结果,筛选出骨骼肌和下丘脑中与运动降低高血糖相关的关键调控基因和下丘脑-骨骼肌共表达对。此外,首次验证干扰Klf3基因具有促进大鼠L6肌管葡萄糖摄取和增强胰岛素敏感性的作用,该基因在骨骼肌中的作用发挥对于研究急性运动改善T2D高血糖具有重要意义。本研究揭示了运动改善GK大鼠胰岛素敏感性和高血糖部分分子机制,为我国T2D的防控提供理论基础。