肌肉干细胞(muscle stem cells,MuSCs)是肌肉组织中的成体干细胞,对修复肌纤维损伤,减缓骨骼肌衰老有着重要作用。积极的体育锻炼是维持骨骼肌功能的主要方式,这是否是因为运动维持了肌肉干细胞的正常状态,而肌肉干细胞的增加对骨骼肌的功能是否亦有帮助,这些问题目前仍不是十分清楚。随着当代人口寿命的延长,运动功能障碍已成为影响老年人群生活质量的重要原因,如何合理的利用运动锻炼长期维护骨骼肌健康直到老年,并掌握肌肉干细胞的增殖(细胞周期)特性来为其潜在的医疗应用价值提供依据,是本课题的研究初衷。目的:研究中等强度有氧运动对不同生命阶段小鼠肌肉干细胞数量和增殖能力的影响,分析肌肉干细胞数量、肌核数量与肌肉质量、肌力、肌纤维横截面积等表型指标之间的关系,探讨运动通过影响肌肉干细胞而减缓骨骼肌衰老的细胞周期调控机制,为深入研究运动抵抗机体运动功能衰老的作用提供新的思路。同时,建立单肌纤维培养、分析技术与小动物骨骼肌功能测试方法,为以应用动物模型的运动科学基础研究提供相应技术支持。方法:研究采用BALB/c品系雄性小鼠,分为5个组别系列,安静对照组(C组)、6-12周龄运动组(Q组)、20-26周龄运动组(M组)、50-56周龄运动组(L组)、6周龄起终生运动组(Z组),按照相应的运动周期,采用中等强度跑台运动干预后,在各组别系列的6、12、26、56周龄四个不同生命阶段分别取样。小鼠的一侧腓肠肌用作分离及培养单根肌纤维,利用免疫荧光染色观察肌肉干细胞分子标志Pax7的定位,同时统计单根肌纤维上总细胞核数与肌肉干细胞数。另一侧腓肠肌石蜡包埋后横切,做HE染色,测量腓肠肌及肌纤维横截面积。大腿股四头肌用于细胞周期调控相关蛋白的免疫印迹(Western blotting)检测。在取样前,还需测试小鼠抓力峰值,抓力耐力、体重等表型指标。结果:1)小鼠腓肠肌中肌肉干细胞数量随周龄的增加逐渐减少,通过长期有氧运动干预可以减缓肌肉干细胞减少的趋势,而6周有氧运动干预可以逆转已经减少的肌肉干细胞数量。2)小鼠腓肠肌中肌纤维细胞核的数量虽然随周龄的增加而下降,但下降幅度较小,通过有氧运动干预可以增加肌核数量,但同样增加幅度也较小。3)在衰老之前,随着周龄增加,小鼠的体重、腓肠肌质量无论运动与否均呈增加趋势,进入老年后,对照组体重、腓肠肌质量均出现明显下降,而有过有氧运动干预的组别,体重、腓肠肌质量下降较少。但腓肠肌质量分数从12周龄之后,各组均呈现下降趋势。4)小鼠抓力的高峰出现在12周龄,随后逐渐下降,而在不同组别中有氧运动可以维持或小幅增加小鼠的抓力。5)在衰老之前,随周龄的增加,小鼠腓肠肌横截面积也增加,进入老年后腓肠肌横截面积下降较快,而肌纤维的横截面积在12周龄最大,随周龄的增加逐渐下降。年轻时,有氧运动对增加肌纤维的横截面积作用明显,而老年时这种作用减弱。6)肌肉干细胞数量与肌核数量呈现明显的正相关性。同时,肌核数量与肌纤维横截面积、肌力及腓肠肌质量分数也呈现正相关性,但与体重、肌肉质量没有明显相关性。7)长期有氧运动显著下调小鼠骨骼肌中Visfatin、Sirt1、CDK6、Cyclin A2、Cyclin B1、Cyclin D3、Cyclin E2、p16、p21的蛋白水平。结论:1)有氧运动可以增加成年小鼠肌肉干细胞的数量与肌核的数量。2)肌肉干细胞的数量与肌核的数量高度正相关,而肌核的增加有助于提高肌纤维的横截面积和骨骼肌的力量水平。3)有氧运动在任何生命阶段干预小鼠,都对其老年时的体重和肌肉质量维持有帮助,但对改变身体成分中骨骼肌比例下降的趋势作用较小。4)促进细胞周期上调并不是有氧运动维持肌肉干细胞在一定数量的主要调控通路,反而持续一段时间的有氧运动可以促进肌纤维的稳态,使肌肉干细胞维持静止状态,细胞周期蛋白表达下调。5)骨骼肌中p16基因的表达随衰老而增加,p16蛋白的积累与骨骼肌和肌肉干细胞的衰减有关,而有氧运动可以降低p16的表达,减缓骨骼肌的衰减。6)骨骼肌中Sirt1表达水平的下调有利于肌纤维的蛋白质合成,同时会抑制肌肉干细胞的增殖活动。