六周有氧运动改善动脉粥样硬化小鼠骨骼肌氧化损伤和促进肌肉因子生成

动脉粥样硬化累及外周动脉能引起骨骼肌病变,其中氧化损伤是骨骼肌病变的重要表现,并且动脉粥样硬化也会减少有益肌肉因子的生成分泌。肌肉因子鸢尾素(irisin)、肌肉素(musclin)和BAIBA被认为参与改善动脉粥样硬化。然而,目前尚不明确动脉粥样硬化诱导骨骼肌病变的分子机制,以及有氧运动训练对其骨骼肌氧化损伤和肌肉因子生成的影响。本研究采用高脂饮食(HFD)喂食载脂蛋白E基因敲除(ApoE-/-)小鼠12周,以建立动脉粥样硬化模型,然后观察动脉粥样硬化小鼠骨骼肌中的氧化损伤、Nrf2抗氧化信号通路以及肌肉因子鸢尾素、musclin和BAIBA生成的变化,并通过6周有氧运动观察对动脉粥样硬化小鼠骨骼肌氧化损伤的改善作用,以及鸢尾素、肌肉素和BAIBA生成的影响。ApoE-/-小鼠在HFD喂养12周时,采用多普勒超声评估动脉粥样硬化病变,与标准饮食喂养的野生型(WT)小鼠相比,ApoE-/-小鼠主动脉内-中膜厚度(P<0.01)、峰值血流速度(P<0.05)和阻力指数(P<0.05)显著增加,血浆甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平明显增加,高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平明显降低(P<0.01),小鼠发生动脉粥样硬化和高脂血症。动脉粥样硬化鼠继续HFD喂养6周,与WT小鼠相比,骨骼肌肌纤维MyHC-IIb(P<0.01)、MyHC-IIx(P<0.01)和MyHC-IIa(P<0.05)mRNA表达量均显著降低,骨骼肌4-HNE修饰蛋白质表达、蛋白质羰基含量和ROS水平显著增加(P<0.05),Nrf2(P<0.05)和p-Nrf2(P<0.01)及其下游抗氧化蛋白质CAT(P<0.01)、GPX1(P<0.05)和SOD1(P<0.01)表达显著降低,Gss mRNA表达量(P<0.05)、GSH含量(P<0.01)以及GSH/GSSG(P<0.05)均显著减少,GSSG含量(P<0.05)显著增加,血浆鸢尾素和肌肉素水平明显降低(P<0.05)。经6周有氧运动,动脉粥样硬化鼠血浆TG(P<0.05)、TC(P<0.01)和LDL-C(P<0.05)显著降低,骨骼肌中4-HNE修饰蛋白质表达和蛋白质羰基含量显著减少(P<0.05),p-Nrf2(P<0.01)、CAT(P<0.05)、GPX1(P<0.05)和NQO1(P<0.05)蛋白质表达明显增加,Gss(P<0.05)、Gsr(P<0.05)、Gclc(P<0.05)、Gclm(P<0.01)mRNA表达量以及GSH含量和GSH/GSSG(P<0.05)均明显增加,骨骼肌中鸢尾素前体Fndc5 mRNA表达量(P<0.05)、血浆鸢尾素(P<0.01)和肌肉素(P<0.05)水平、骨骼肌肌肉素含量(P<0.01),以及骨骼肌中BAIBA生成相关基因Acads(P<0.01)、Hadha(P<0.01)和Hadh(P<0.05)mRNA表达均显著增加。上述研究结果表明,动脉粥样硬化降低了小鼠骨骼肌的抗氧化水平,增加了其氧化应激,而经6周有氧运动激活了动脉粥样硬化鼠骨骼肌Nrf2信号通路,明显改善和减缓了骨骼肌的氧化损伤。此外,6周有氧运动也有效促进了动脉粥样硬化鼠骨骼肌中肌肉因子鸢尾素、BAIBA和肌肉素的生成。

运动与骨骼肌单羧酸转运蛋白1和4研究进展

单羧酸转运蛋白1和4(MCT1和MCT4)是骨骼肌主要的乳酸转运体。运动时肌肉产生大量乳酸,可诱导骨骼肌MCT1/MCT4表达以促进乳酸的跨膜转运和氧化利用,其中MCT1对运动的敏感性较高,而MCT4更易受高强度运动训练的影响。不同运动方案对MCT1/MCT4表达的影响有所不同。研究表明,运动可在转录水平上调控骨骼肌MCT1/MCT4的表达。运动与骨骼肌乳酸转运体MCT1/MCT4的研究有助于更好地了解运动与骨骼肌代谢的关系,为提高运动员运动能力,减少骨骼肌乳酸堆积提供新思路和研究作用靶点。

4周有氧运动介导apelin对小鼠骨骼肌UCP3表达的影响

目的:探讨4周有氧运动介导apelin对小鼠骨骼肌UCP3的影响,并观察F13A的具体作用。方法:C57BL/6J野生小鼠40只,随机分为生理盐水安静组(SC)、生理盐水运动组(SE)、F13A安静组(FC)和F13A运动组(FE),每组10只。小鼠连续4周腹腔注射F13A(0.2μmol/kg/day)或生理盐水300μl。有氧运动组采取坡度5o、速度15 m/min的跑台运动,60 min/天,6天/周;2周后测定最大摄氧量,调整跑速为20 m/min,有氧运动共持续4周。干预期间监控小鼠摄食量和体重。最后一次运动后48 h取小鼠血浆、小腿三头肌,Western Blot测定骨骼肌apelin、APJ、AMPKα、p-AMPKα(Thr172)、PGC-1α和UCP3蛋白表达,酶联免疫法测定血浆apelin含量。结果:1)FC和SE组分别与SC组相比,小鼠骨骼肌apelin蛋白表达显著性增加(P<0.05);2)FE组与FC组相比,骨骼肌apelin(P<0.01)、APJ(P<0.01)、p-AMPKα(Thr172)/AMPKα(P<0.05)、PGC-1α(P<0.05)及UCP3(P<0.05)的表达显著性增加,摄食量显著性增加(P<0.05/0.01),而血浆apelin含量显著降低(P<0.05)。结论:F13A在本研究中是apelin受体APJ的激动剂;有氧运动可介导apelin上调骨骼肌UCP3蛋白表达以调节骨骼肌能量代谢。

HIIT对高脂喂养ApoE敲除鼠骨骼肌氧化应激的影响及肌肉因子BAIBA的保护作用

目的:探讨高强度间歇训练(high-intensity interval training,HIIT)对高脂喂养的载脂蛋白E(ApoE)敲除(Apo^(E-/-))小鼠骨骼肌氧化应激的改善作用以及肌肉因子β-氨基异丁酸(β-aminoisobutyic acid,BAIBA)在其中的可能调节机制。方法:9周龄健康雄性C57BL/6J小鼠和Apo^(E-/-)小鼠分别喂食标准和高脂饲料,其中C57BL/6J小鼠为基线对照组(WT,n=6),Apo^(E-/-)小鼠经高脂饲料喂养12周后随机分为Apo^(E-/-)安静组(Apo^(E-/-),n=10)和Apo^(E-/-)高强度间歇训练组(Apo^(E-/-)HIIT,n=10),Apo^(E-/-)HIIT组进行6周HIIT,WT和Apo^(E-/-)组在笼中自由活动。最后一次运动后48 h取小鼠两侧腿部腓肠肌进行氧化损伤、抗氧化及BAIBA生成相关指标的检测。随后采用L-BAIBA预孵育C2C12细胞,后用过氧化氢(H_(2)O_(2))诱导氧化应激,结合干预条件随机分为Control、H_(2)O_(2)和L-BAIBA+H_(2)O_(2)组。相差显微镜观察细胞形态,并检测细胞ROS水平和Nrf2介导的抗氧化通路的相关指标。结果:1)与WT组相比,Apo^(E-/-)组小鼠骨骼肌氧化损伤相关的4-HNE修饰蛋白、蛋白质羰基含量和ROS水平显著升高,而抗氧化相关的p-Nrf2蛋白表达和GSH含量显著降低;而与Apo^(E-/-)组相比,Apo^(E-/-)HIIT组小鼠骨骼肌4-HNE修饰蛋白和蛋白质羰基含量明显降低,p-Nrf2蛋白表达和GSH含量明显升高。2)Apo^(E-/-)HIIT组小鼠骨骼肌生成BAIBA的相关酶基因Acads和Hadha mRNA的表达水平显著高于Apo^(E-/-)组。3)与Control组相比,H_(2)O_(2)干预后C2C12细胞明显皱缩,活细胞数量降低,ROS水平显著增加;而与H_(2)O_(2)组相比,L-BAIBA+H_(2)O_(2)组活细胞数量增加,形态较饱满,ROS水平明显降低。4)与Control组相比,H_(2)O_(2)显著降低了细胞Nrf2、p-Nrf2及其介导的抗氧化酶SOD1、NQO1和CAT蛋白以及合成GSH的相关酶基因Gss、Gsr和Gclm mRNA的表达水平,并显著降低了细胞GSH含量;而L-BAIBA+H_(2)O_(2)组较H_(2)O_(2)组则显著增加了p-Nrf2、SOD1和NQO1蛋白以及Gss、Gsr、Gclc和Gclm mRNA的表达量,同时细胞GSH含量也显著增加。结论:6周HIIT降低了高脂喂养的Apo^(E-/-)小鼠骨骼肌的氧化损伤,其中肌肉因子BAIBA对Nrf2介导的抗氧化信号的激活可能起着一定的作用。

低氧和低氧训练对高脂喂养的ApoE敲除鼠骨骼肌Nrf2表达及氧化应激的影响

目的:探究低氧及低氧训练2种不同干预方式对高脂喂养的ApoE敲除鼠骨骼肌氧化应激的改善效果。方法:健康9周龄ApoE KO鼠共35只,5只小鼠用于测定最大跑速,其余30只ApoE KO小鼠随机分为3组:常氧安静对照组(C),低氧安静组(H)和低氧训练组(HE),每组10只。C组小鼠不做干预,H组小鼠放置在常压低氧房中(氧浓度为11.2%)进行40 min的低氧暴露,3次/周,持续6周。HE组小鼠在相同氧浓度的低氧房中进行40 min耐力训练,速度为40%最大跑速,3次/周,共6周。3组小鼠在6周干预过程中均食用含有21%脂肪及1.5%胆固醇的高脂饲料。最后一次低氧暴露及低氧训练后,所有小鼠休息48 h。取材时采用麻醉后经心脏穿刺取血测定血脂水平,并取小鼠腿部骨骼肌进行氧化应激相关指标的检测。结果:1)与C组相比,H组和HE组小鼠血浆TC含量及LDL-C含量无明显变化,HE组血浆TG含量显著低于H组,HDLC含量显著高于C组和H组(P<0.05)。2)与C组相比,H组和HE组小鼠骨骼肌中ROS水平和蛋白质羰基化含量均出现明显下降,并且HE组ROS水平低于H组(P<0.01)。3)H组和HE组Nrf2、p-Nrf2及抗氧化蛋白表达出现增加趋势,HE组NQO1蛋白表达显著高于C组(P<0.05)。4)与C组相比,HE组Gss、Gsr、Gclc、Gclm的mRNA表达均高于C组(P<0.01),并且Gss mRNA表达显著高于H组(P<0.05),Gclm和Gclc极显著高于H组(P<0.01);H组和HE组小鼠骨骼肌中GSH含量均极显著高于C组(P<0.01),且HE组GSSG含量显著低于C组(P<0.05)。GSH/GSSG比值虽在H组和HE组出现增加趋势,但并无统计学差异。结论:低氧结合中等强度持续运动对高脂喂养的ApoE KO鼠血脂水平和骨骼肌氧化应激具有更好的改善效果,其中Nrf2信号通路对谷胱甘肽系统的抗氧化调节可能发挥了重要作用。