HIIT诱导大鼠骨骼肌脂滴堆积及线粒体功能增强机制探讨

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目的:研究发现长期耐力训练能够增加骨骼肌中脂滴堆积和线粒体功能,但是其机制不清楚。研究发现,乳酸增加能够激活乳酸/GPR81信号通路,抑制c AMP-PKA-CREB信号通路来增加脂滴堆积和线粒体功能,但缺乏在体实验研究,耐力训练是否通过这一通路来增加骨骼肌中脂滴堆积和线粒体功能目前还有待研究。本实验通过观察一次性HIIT后不同时相骨骼肌中乳酸/GPR81信号通路变化情况和观察长期HIIT诱导大鼠骨骼肌中脂滴堆积、脂代谢及线粒体功能蛋白表达变化情况,并探讨其机制。方法:一次性HIIT组将56只6周龄雄性Wistar大鼠随机分为安静对照组、运动后即刻组、运动后6h组、运动后12h组、运动后24h组、运动后48h组、运动后72h组,每组8只。长期HIIT组将96只6周龄雄性Wistar大鼠随机分为安静对照组和运动实验组,两组均分为2、4、5、6、8和10周6个亚组,每个亚组8只。HIIT干预方案均参考Leandro的VO2max测试结果,确定50%VO2max、70%VO2max和90%VO2max强度的速度。共分为四个部分:(1)热身:70%VO2max强度7min;(2)高强度运动时期:6×3min90%VO2max强度;(3)间歇期:6×3min50%VO2max强度;(4)恢复期:70%VO2max强度7min。每天50min。一次性HIIT组在训练结束后对应不同的时间组(即刻组、6h组、12h组、24h组、48h组和72h组)进行麻醉,取腓肠肌。长期HIIT组每训练2天休息1天,每周5天,均在运动后72小时麻醉、取腓肠肌。采用乳酸氧化酶-电极电位原理检测一次性HIIT后不同时相的血乳酸浓度变化情况;ELISA检测长期HIIT诱导骨骼肌中TG含量变化情况;透射电子显微镜观察长期HIIT对骨骼肌线粒体超细微结构和脂滴变化情况;Western Blot检测一次性HIIT后不同时相骨骼肌中的P-CREB和GPR81蛋白表达量变化情况和长期HIIT诱导骨骼肌中GPR81、MCAT、CREB、P-CREB、HADHA、SDHA、AMPK、P-AMPK和TGF-β2的蛋白表达量变化情况;QPCR检测一次性HIIT后不同时相骨骼肌中GPR81的m RNA表达变化情况。结果:(1)长期HIIT使得骨骼肌中线粒体数量增多和形态变大,线粒体嵴数量增多且变长。(2)长期HIIT能够增加骨骼肌中SDHA和MCAT线粒体功能蛋白表达量,均具有显著性差异(P<0.05)。(3)长期HIIT能够增加骨骼肌中脂滴数量,并且脂滴大小不一,脂滴的定位均主要分布在线粒体周边。(4)长期HIIT能够增加骨骼肌中TG含量(P<0.05)。(5)一次性HIIT后能够增加不同时相的血乳酸浓度(P<0.05),在10min时达到峰值(3.825±0.73mmol/L),并且在3h内能够维持较高水平。(6)一次性HIIT后不同时相的GPR81蛋白和m RNA表达量呈先降低后升的趋势,直至72h超过对照组(P<0.05);P-CREB蛋白表达量呈先升后降的趋势,直至12h低于对照组(P<0.05)。(7)长期HIIT能够显著增加骨骼肌中GPR81蛋白表达量,显著降低CREB和P-CREB蛋白表达量,且均具有显著性差异(P<0.05)。(8)长期HIIT能够显著增加骨骼肌中HADHA、AMPK、P-AMPK和TGF-β2脂代谢蛋白表达量,均具有显著性差异(P<0.05)。结论:(1)乳酸/GPR81信号通路参与运动后骨骼肌脂滴代谢。同时提出在运动过程中,伴随GPR81降低,增强c AMP-PKA-CREB信号通路来维持运动过程中的能量消耗;运动结束后,GPR81增加,从而逐渐抑制c AMP-PKA-CREB信号通路来满足机体恢复的可能性机制。(2)长期HIIT使得骨骼肌中线粒体数量增多和形态变大,线粒体嵴数量增多和变长,表明长期HIIT能够增加线粒体功能。(3)长期HIIT诱导脂滴堆积不仅是数量变化,形态大小也发生了变化,并且均主要分布在线粒体周边,以满足维持线粒体功能需要。(4)长期HIIT可能是通过激活骨骼肌中乳酸/GPR81信号通路,抑制c AMP-PKA-CREB信号通路,促进脂滴堆积及MCAT、AMPK和TGF-β2等线粒体功能及脂代谢蛋白表达。
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