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高强度间歇训练对大鼠骨骼肌细胞自噬的影响及其调节机制

分类:(三) 发表时间:2019-08-10

1 前言 高强度间歇训练 (high-intensity interval training, HIIT) 是以大于无氧阈负荷强度进行多次持续时间为几秒到几分钟的练习, 且每两次练习之间安排使练习者不足以完全恢复的低强度练习
1 前言
 
 
高强度间歇训练 (high-intensity interval training, HIIT) 是以大于无氧阈负荷强度进行多次持续时间为几秒到几分钟的练习, 且每两次练习之间安排使练习者不足以完全恢复的低强度练习的训练方法 (胡国鹏等, 2017;黎涌明, 2015;Fox et al., 1973) 。与中等强度持续训练 (moderateintensity continuous training, MICT) 相比, HIIT能更有效地提高机体最大摄氧量 (maximal oxygen consumption V̇O2max) 、骨骼肌线粒体氧化酶活性和抗疲劳能力 (Helgerud et al., 2007;Laursen et al., 2007) 。机制研究表明, HIIT可通过促进去乙酰化酶1蛋白表达来上调过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助激活因子-1α (PPARγcoactivator-1α, PGC-1α) 蛋白表达, 从而加速线粒体增殖、分裂和融合, 改善线粒体功能 (Little et al., 2010) 。漆正堂等 (2013) 将运动诱导的线粒体生物合成称为线粒体“正向适应”。线粒体“正向适应”与以自噬为特征的“逆向适应”共同组成“线粒体质量控制系统” (Lira et al., 2013Webster et al., 2013) 。一方面, 细胞自噬 (包括线粒体自噬) 通过对受损的细胞器和大分子物质进行降解来维持细胞内稳态 (漆正堂等, 2013) ;另一方面, 自噬相关蛋白也参与了线粒体生物合成信号通路的启动过程 (Sin e al., 2016) 。有文献报道, 运动诱导骨骼肌、心脏、肝脏和大脑等组织的能量代谢重塑与自噬活性增加有关 (Garber, 2012;He et al., 2012) ;而通过下调骨骼肌自噬活性可导致骨骼肌线粒体氧化磷酸化活性和耐力水平降低 (Loverso et al., 2014) 。有氧运动也可通过激活自噬促进混合型肌纤维向慢肌纤维的转变 (Loverso et al., 2014) 。已有文献报道了急性运动、耐力运动和自主转轮运动均能增加骨骼肌自噬活性 (祖靓等, 2013;He et al., 2012;Ogura et al., 2011;Qiao et al., 2011) , 但HIIT对骨骼肌自噬的影响尚不清楚。
 
 
乙醛脱氢酶2 (acetaldehyde dehydrogenase 2, ALDH2) (Zhang et al., 2017) 和去乙酰化酶3 (sirtuin 3, SIRT3) (王海涛等, 2011) 是线粒体生物发生和自噬的上游调控因子。SIRT3 (Lin et al., 2014;Palacios et al., 2009) 和ALDH2 (GUO et al., 2015) 基因敲除小鼠的骨骼肌和心肌腺苷酸活化蛋白激酶 (AMP-activated protein kinase, AMPK) 活性降低, 进而促使骨骼肌和心肌自噬活性下降 (Nakashima et al., 2014) ;相反, 促进骨骼肌SIRT3 (Lin et al., 2014) 和ALDH2 (Zhang et al., 2017) 蛋白表达可激活骨骼肌自噬, 改善机体有氧耐力。综上所述, SIRT3和ALDH2在维持骨骼肌线粒体质量控制系统功能过程中发挥重要作用, 但HIIT是否能促进骨骼肌SIRT3和ALDH2蛋白表达鲜见文献报道。
 
 
本文拟探讨10周HIIT对大鼠股直肌 (以快肌纤维为主) 和比目鱼肌 (以慢肌纤维为主)  (Carmeli et al., 2005) 两种不同类型肌纤维的自噬相关蛋白和线粒体SIRT3和ALDH2蛋白表达的影响, 揭示HIIT对骨骼肌自噬的影响及其潜在的作用机制。
 
2 材料与方法
 
2.1 实验动物
 
 
清洁级Sprague-Dawley (SD) 雄性大鼠34只, 约8周龄, 体重369.00±24.13 g, 广东省医学动物实验中心提供 (动物许可证号:SCXK【粤】2013-0002) 。国家标准啮齿类动物常规饲料及垫料由广东省医学动物实验中心提供。动物实验内容和方案获得广东省医学动物实验中心使用伦理委员会的批准。所有大鼠保持自由饮食, 饲料供给量根据体重增长相应的增加, 每周更换垫料2~3次, 环境温度20℃~23℃, 相对湿度50%~70%, 采用自然光照。
 
2.2 动物分组及运动方案
 
 
大鼠在实验室适应性喂养一周后随机分为3组, 即安静组 (SC, n=10) 、中等强度持续训练组 (MICT, n=12) 和高强度间歇训练组 (HIIT, n=12) 。MICT组和HIIT组在正式训练前进行2周的适应训练。动物实验跑台【型号FD000043】购置于广州飞迪生物科技有限公司。正式训练方案参照Criswell等 (1993) 微调。MICT组跑步速度为28 m/min, 根据Bedford等 (1979) 和Liao等 (2015) 估算约为70%V̇O2max;HIIT组高强度跑步速度42 m/min约为95%~99%V̇O2max (洪平等, 2002;Sariret al., [41]5) , 间歇期跑步速度18 m/min约为40%~45%V̇O2max (洪平等2002;Bedfordet al., 1979) 。适应训练后进行正式训练 (表1) , 训练时段为晚间18:30~22:00, 周六和周日停训。
 
 
表1 本研究高强度间歇性训练与中等强度持续训练实施方案一览表Table 1 Programs of HIIT and MICT Training     下载原表 
表1 本研究高强度间歇性训练与中等强度持续训练实施方案一览表Table 1 Programs of HIIT and MICT Training  
2.3 测定跑步力竭时间和力竭测试前后的血乳酸
 
 
在末次训练后的次日对各组大鼠跑步力竭时间进行测定, 具体方法参考施曼莉等 (2015) 文献方法执行。并在力竭时间测试前 (pre-EX) 、力竭时间测试即刻 (I-EX) 、力竭时间测试后10 min (10 min POST) 和力竭时间测试后3 h (3 hPOST) 尾静脉取血测定血乳酸浓度 (Neves et al., 2017) 。
 
2.4 取材
 
 
为了去除力竭测试导致的急性效应的干扰, 所有大鼠在力竭时间测试后先静息24 h, 随后进行禁食12 h, 禁食处理完毕后按照力竭时间测试的顺序对大鼠麻醉处死 (施曼莉等, 2015) 。步骤:按照4 ml/kg剂量10%水合氯醛麻醉后断颈, 随后迅速取出股四头肌、腓肠肌和比目鱼肌称重, 分别计算与体重的比值作为骨骼肌质量指数。将股直肌和比目鱼肌 (Carmeli et al., 2005) 用锡纸包裹投入液氮后置于-80℃冰箱保存。
 
2.5 蛋白免疫印迹检测蛋白表达
 
 
取股直肌和比目鱼肌进行蛋白提取和定量, 并将各组蛋白样品在4%浓缩胶80 V恒压30 min, 随后在12%分离胶150 V恒压60 min, 300 mA恒定电流120 min;5%脱脂奶粉室温封闭60 min, 一抗孵育过夜;后转移于聚偏二氟乙烯膜上, 再以1:1 000辣根过氧化物酶标记的羊抗兔Ig G抗体 (二抗) 于37℃孵育60 min, 洗涤后置于暗室曝光成像。利用Image J软件读取各条带灰度值, 结果以目标蛋白灰度值与甘油醛-3-磷酸脱氢酶 (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, GAPDH) 灰度值的比值表示。目标蛋白一抗:微管相关蛋白轻链3A/B (microtubuleassociated protein light chain 3A/B, LC3A/B) 、自噬相关蛋白 (autophagy related gene, ATG) -5/-3/-7/-12/-16L、Beclin-1、ALDH2、SIRT3、细胞色素C氧化酶亚基IV (cytochrome C oxidase subunitIV, COXIV) 和琥珀酸脱氢酶 (succinate dehydrogenase, SDH) 。ALDH2一抗购于艾博抗公司, 其余一抗购于细胞信号技术公司。上述操作详见QIAO等 (2011) 文献。
 
2.6 透射电镜观察自噬体和线粒体的超微结构
 
 
取比目鱼肌组织在戊二醛固定后放入1%锇酸固定60 min, 并采用丙酮逐级脱水, 环氧树脂包埋剂包埋, 再置入烤箱中干燥;完成聚合后进行超薄切片, 以醋酸铀和枸橼酸铅双染色后透射电镜下观察、拍照。每组3只, 每只2个标本, 选取6 000倍进行拍摄, 观察比目鱼肌自噬体和线粒体超微形态结构。具体方法参考He等 (2012) 文献。
 
2.7 数据分析
 
 
采用SPSS 21.0软件分析数据, Graph Pad Prism软件作图。以平均数 (Mean) ±标准差 (SD) 表示。对所有指标均采用进单因素方差分析, 多重比较采用Tukey比较法, 显著性水平为P<0.05, 非常显著性水平为P<0.01;采用Pearson相关分析计算各变量间的相关系数, 用“r”表示。
 
3 结果
 
3.1 各组大鼠体重和骨骼肌质量指数的改变
 
 
图1显示各组大鼠最终体重和骨骼肌质量指数的变化情况。HIIT和MICT组大鼠最终体重降低, 与SC组相比有非常显著性差异 (P<0.01) (图1A) ;MICT组腓肠肌质量指数 (图1C) 和股四头肌质量指数 (图1D) 分别增加21.80%和12.10%, HIIT组腓肠肌质量指数 (图1C) 和股四头肌质量指数 (图1D) 分别增加14.60%和10.60%, 与SC组相比均有显著性差异 (P<0.05) ;HIIT和MICT组比目鱼肌质量指数与SC组相比无显著性差异 (P>0.05, 图1B) 。
 
图1 各组大鼠的最终体重 (A) 比目鱼肌 (B) 腓肠肌 (C) 和股四头肌 (D) 质量指数的变化Figure 1.Changes of FinalBody Weight (A) Soleus (B) Gastrocnemius (C) and Quadriceps (D) Muscles MassIndex  
图1 各组大鼠的最终体重 (A) 比目鱼肌 (B) 腓肠肌 (C) 和股四头肌 (D) 质量指数的变化Figure 1.Changes of FinalBody Weight (A) Soleus (B) Gastrocnemius (C) and Quadriceps (D) Muscles MassIndex   下载原图
 
 
注:SC表示安静对照组, MICT表示中等强度持续训练组, HIIT表示高强度间歇训练组;*表示与SC组相比P<0.05, **表示与SC组相比P<0.01;下同。
 
3.2 各组大鼠跑步力竭时间和力竭测试前后血乳酸水平的改变
 
 
图2A显示各组大鼠跑步力竭时间的变化情况。HIIT和MICT组大鼠跑步力竭时间明显增加 (图2A) , 与SC组相比有非常显著性差异 (P<0.01) ;HIIT组大鼠跑步力竭时间长于MICT组, 与MICT组相比有显著性差异 (P<0.05) 。
 
 
图2B显示各组大鼠力竭测试前后的血乳酸变化。HIIT和MICT组力竭测试后即刻血乳酸均降低, 与SC组相比均有非常显著性差异 (P<0.01) ;在力竭测试后10 min, HIIT组大鼠血乳酸低于SC组, 与SC组相比有显著性差异 (P<0.05) , 但MICT组与SC组相比没有显著性差异 (P>0.05) 。
 
图2 各组大鼠跑步力竭时间 (A) 和跑步力竭时间测试前后的血乳酸 (B) 变化Figure 2.Changes of Time to Exhaustion (A) and Blood Lactate Levels (B) after theExhaustionTest  
图2 各组大鼠跑步力竭时间 (A) 和跑步力竭时间测试前后的血乳酸 (B) 变化Figure 2.Changes of Time to Exhaustion (A) and Blood Lactate Levels (B) after theExhaustionTest   下载原图
 
 
注:pre-EX表示跑步力竭时间测试前;I-EX表示跑步力竭时间测试即刻;10 minPOST表示跑步力竭时间测试后10 min;3 hPOST表示跑步力竭时间测试后3 h。
 
3.3 线粒体功能蛋白及其调控蛋白表达的改变
 
 
图3A显示各组大鼠比目鱼肌COXIV、SDH、SIRT3和ALDH2蛋白表达情况。HIIT和MICT组比目鱼肌COXIV、SDH、SIRT3蛋白表达增加, 且分别与SC组相比有非常显著性 (P<0.01) 和显著性 (P<0.05) 差异;HIIT组比目鱼肌COXIV蛋白表达高于MICT组, 与MICT组相比具有显著性差异 (P<0.05) 。
 
图3 比目鱼肌 (A) 、股直肌 (B) 线粒体功能蛋白表达和比目鱼肌线粒体超微结构 (C) 变化Figure 3.Changes of Mitochondrial Function Protein Expression inthe Soleus (A) , Rectus Femoris Muscles (B) , andUltrastructure ofSoleusMuscleMitochondria (C)  
图3 比目鱼肌 (A) 、股直肌 (B) 线粒体功能蛋白表达和比目鱼肌线粒体超微结构 (C) 变化Figure 3.Changes of Mitochondrial Function Protein Expression inthe Soleus (A) , Rectus Femoris Muscles (B) , andUltrastructure ofSoleusMuscleMitochondria (C)   下载原图
 
 
 
图3B显示各组大鼠股直肌COX IV、SDH、SIRT3和ALDH2蛋白表达情况。HIIT组和MICT组股直肌SDH蛋白表达高于SC组, 与SC组相比有显著性差异 (P<0.05) ;HIIT组股直肌COX IV和SIRT3蛋白含量高于SC组, 与SC组相比有非常显著性差异 (P<0.01) ;MICT组股直肌COX IV和SIRT3蛋白表达高于SC组, 但低于HIIT组, 且分别与SC和HIIT组相比均有显著性差异 (P<0.05) ;HIIT组股直肌ALDH2蛋白表达高于SC组和MICT组, 且分别与SC组和MICT组相比有非常显著性差异 (P<0.01) 。
 
 
图3C显示各组大鼠比目鱼肌的线粒体超微结构改变情况。HIIT和MICT组大鼠比目鱼肌的线粒体体积和内膜嵴密度明显增大。
 
3.4 骨骼肌自噬相关蛋白表达和自噬体形态的改变
 
 
图4显示各组大鼠比目鱼肌和股直肌的自噬相关蛋白表达和比目鱼肌自噬体形态的变化情况。图4A显示, HIIT组比目鱼肌LC3-II/LC3-I比值、LC3-II、Beclin-1、ATG-3、ATG-5、ATG-7和ATG-12蛋白表达高于SC组, 且与SC组相比均有显著性差异 (P<0.05) ;图4B显示, 与SC组相比, HIIT组股直肌Beclin-1、ATG-5和ATG-7蛋白表达高于SC组, 与SC组相比有显著性差异 (P<0.05) ;透射电镜显示, HIIT组大鼠比目鱼肌细胞内部出现典型的双层膜结构的自噬体 (图4C) 。
 
图4 比目鱼肌 (A) 和股直肌 (B) 自噬相关蛋白表达和自噬体形态 (C) 的改变Figure4.Changes of Autophagy Protein ExpressionintheSoleus (A) and RectusFemorisMuscles (B) andthe Form of Autophagic Vacuole (C)  
图4 比目鱼肌 (A) 和股直肌 (B) 自噬相关蛋白表达和自噬体形态 (C) 的改变Figure4.Changes of Autophagy Protein ExpressionintheSoleus (A) and RectusFemorisMuscles (B) andthe Form of Autophagic Vacuole (C)   下载原图
 
 
注:HIIT组中右图箭头处所示表示自噬泡。
 
3.5 相关性分析
 
 
图5A显示, 大鼠跑步力竭时间与股直肌SDH (r=0.58, P<0.05) 、COXIV (r=0.74, P<0.01) 、Beclin-1 (r=0.63, P<0.05) 、ALDH2 (r=0.68, P<0.01) 和SIRT3 (r=0.63, P<0.05) 蛋白含量呈正相关;跑步力竭时间与比目鱼肌SDH (r=0.87, P<0.01) 、COXIV (r=0.70, P<0.01) 、Beclin-1 (r=0.78, P<0.01) 和LC3-II (r=0.63, P<0.05) 蛋白含量呈正相关。
 
 
图5B显示, 股直肌SIRT3蛋白含量与SDH (r=0.74, P<0.01) 、COXIV (r=0.87, P<0.01) 、Beclin-1 (r=0.66, P<0.05) 和ALDH2 (r=0.63, P<0.05) 蛋白含量呈正相关;股直肌ALDH2蛋白含量与Beclin-1 (r=0.94, P<0.01) 及COXIV (r=0.66, P<0.05) 蛋白含量呈正相关。
 
 
图5C显示, 比目鱼肌SIRT3蛋白含量与SDH (r=0.58, P<0.05) 、COXIV (r=0.72, P<0.01) 蛋白含量及LC3-II/LC3-I比值 (r=0.61, P<0.05) 呈正相关, SDH蛋白含量与LC3-II/LC3-I比值 (r=0.58, P<0.05) 呈正相关。
 
图5 各功能参数之间的Pearson相关性分析Figure 5.Pearson Correlation Analysis among Functional Variables  
图5 各功能参数之间的Pearson相关性分析Figure 5.Pearson Correlation Analysis among Functional Variables   下载原图
 
 
注:“r”表示Pearson相关系数;SOL表示比目鱼肌, RF表示股直肌。
 
4 讨论
 
4.1 HIIT对大鼠有氧代谢能力的影响
 
 
HIIT是提高有氧耐力省时有效的训练模式 (胡国鹏等, 2017;Gibala et al., 2009;Little et al., 2010;Pereira et al., 2013;Perry et al., 2008) 。与MICT相比, HIIT能更显著提高骨骼肌的线粒体氧化酶活性和脂肪氧化速率 (梁春瑜等, 2017;施曼莉等, 2015;王林佳等, 2016;Helgerud et al., 2007;Little et al., 2010;Lkahtani et al., 2013;Weng et al., 2013) 。本文也证实, HIIT对提高大鼠跑步力竭时间优于MICT组 (图2A) ;在对跑步力竭时间测试前后血乳酸测定也显示, HIIT组大鼠机体的血乳酸清除能力也明显增强 (图2B) ;此外, 本文也检测了表征线粒体氧化磷酸化活性的COX IV和SDH蛋白表达 (田野, 2003) 。结果也发现, HIIT和MICT均能上调比目鱼肌和股直肌COX IV和SDH蛋白表达;但HIIT组比目鱼肌和股直肌COX IV蛋白表达高于MICT组 (图3A和B) ;采用TEM观察线粒体超微结构也发现了HIIT组大鼠比目鱼肌的线粒体体积和内膜嵴密度增大的现象 (图3C) , 这与已有文献报道一致 (Criswell eal., 1993;Macinnis et al., 2017) 。本文相关性分析也显示, 比目鱼肌和股直肌COX IV和SDH蛋白含量均与跑步力竭时间呈正相关 (图5A) 。已有文献也表明, 骨骼肌线粒体正向重塑与自噬活性的改变有关 (梁春瑜等, 2017;Lira e al., 2013;Little et al., 2010;Sin et al., 2016;Webster et al., 2013) 。本文发现的HIIT组大鼠骨骼肌线粒体功能增强是否与细胞自噬活性上调有关?
 
4.2 HIIT对骨骼肌细胞自噬的影响
 
 
细胞自噬是在自噬相关蛋白调控下利用溶酶体降解自身受损的细胞器和大分子物质过程。自噬的启动源于LC3蛋白翻译, 随后被胞浆中的ATG-4酶切转变为LC3-I形式;LC3-I在ATG-7、ATG-3及ATG-5—ATG-12—ATG-16复合物的作用下与磷脂酰乙醇胺 (phosphatidylethanolamine, PE) 结合, 形成具有膜结合能力的LC3-II (漆正堂等, 2013;Laker et al., 2017) 。因自噬泡闭合过程中仅LC3-II定位于吞噬泡膜上, 故可将LC3-II蛋白表达水平和LC3-II/LC3-I比值分别用于表征自噬体形成和自噬活性水平 (Ogura et al., 2011) 。在自噬体的形成过程中, 哺乳动物第III类PI3激酶 (PI3K-III) 与Beclin-1及ATG-14L形成Beclin-1复合物 (Beclin-1 complex) , 加速自噬信号的传递, 从而正向调控自噬体形成 (Laker et al., 2017) 。
 
 
本研究中, HIIT组大鼠比目鱼肌LC3-II/LC3-I比值、LC3-II、Beclin-1、ATG-3、ATG-5、ATG-7和ATG-12蛋白表达均明显升高 (图4A) 。提示:HIIT可能加速了自噬体的延伸和闭合过程, 进而促进自噬体的形成过程 (图6) 。本文图4C透射电镜也观察到了比目鱼肌典型双层膜结构的自噬体。已有研究表明 (祖靓等, 2013;He et al., 2012;Ogura et al., 2011) , 耐力运动和急性运动均能上调骨骼肌、心肌、肝脏、脂肪和大脑皮质等组织的自噬活性, 进而促进细胞对运动刺激的代谢性适应;然而, 特异性敲除骨骼肌ATG-3基因的小鼠在急性运动过程更易引发氧化损伤, 导致骨骼肌线粒体氧化功能失调和耐力下降 (Lira et al., 2013) 。细胞研究进一步证实, 增强自噬活性可促进线粒体生物发生信号通路的激活 (Sin et al., 2016;Webster et al., 2013) 。本文相关性结果显示:比目鱼肌LC3-II/LC3-I比值与SDH蛋白含量呈正相关 (图5C) ;说明, HIIT改善比目鱼肌线粒体功能可能与自噬活性上调有关。
 
 
本文也发现, MICT与SC组相比, 股直肌和比目鱼肌的自噬相关蛋白表达均无明显变化。这与Lira等 (2013) 文献报道一致。Lira等 (2013) 在检测C57BL/6小鼠持续耐力运动28天后比目鱼肌LC3-II/LC3-I比值也未发生改变。Schwalm等 (2015) 研究进一步表明, 耐力运动对骨骼肌自噬活性的影响依赖于运动强度。推测, 本文中MICT组大鼠采用的运动强度可能不足以促进骨骼肌的自噬相关蛋白表达。然而, HIIT组股直肌LC3-II/LC3-I比值及LC3-II、ATG-3、ATG-12蛋白表达并未明显增加 (图4B) , 说明HIIT对骨骼肌自噬活性和自噬相关蛋白表达的影响也可能与肌纤维类型有关。
 
4.3 HIIT对骨骼肌自噬的机制探讨
 
 
作为细胞内的能量感应器, AMPK被认为是自噬的调控因子 (漆正堂等, 2013) 。AMPK通过抑制雷帕霉素靶蛋白 (mammalian target of rapamycin, mTOR) 活性及增加ATG-1激酶同源蛋白ULK1磷酸化水平来启动自噬过程 (漆正堂等, 2013) 。作为AMPK途径的上游调节因子, SIRT3既能通过调控AMPK活性间接上调自噬活性, 也能对自噬相关蛋白乙酰化修饰直接促进自噬体的形成 (Palacios et al., 2009;Shi et al., 2015) 。此外, 定位于线粒体基质的ALDH2也能通过调控AMPK/mTOR通路实现对骨骼肌自噬的正向调节作用, 进而保护急性运动诱导的骨骼肌氧化损伤 (Zhang et al., 2017) 。而SIRT[19] (Palacios e al., 2009) 和ALDH2 (Nakashima et al., 2014) 基因敲除小鼠的骨骼肌AMPK/mTOR途径及自噬活性明显下调。总之, 在调控自噬过程中, 线粒体SIRT3 (Palacios eal., 2009;Shi et al., 2015) 和ALDH2 (Guo et al., 2015) 是AMPK/mTOR途径的上游调控因子。尽管文献报道了HIIT可激活骨骼肌AMPK (梁春瑜等, 2017;Gibalaet al., 2009) , 但SIRT3和ALDH2在HIIT激活骨骼肌自噬过程中的作用尚不清楚?
 
 
在本研究中, HIIT和MICT均能促进大鼠股直肌和比目鱼肌SIRT3蛋白表达 (图3A和B) 。这与前人研究一致 (Hokari et al., 2010;Palacios et al., 2009) 。矛盾的是, Edgett等 (2016) 和Casuso等 (2017) 研究却发现, 6周冲刺训练无法上调受试者股外侧肌SIRT3蛋白表达;提示, 运动对骨骼肌SIRT3蛋白表达的影响可能与运动方式和骨骼肌类型有关。文献表明 (Lin et al., 2014) , 小鼠骨骼肌特异性过表达SIRT3可提升小鼠耐力水平;而这与骨骼肌SDH和COX IV活性增加有关 (Finley et al., 2011Vassilopoulos et al., 2014) 。本文也证实, 比目鱼肌和股直肌SIRT3与SDH和COX-IV蛋白含量均呈正相关 (图5B和C) ;同时, 比目鱼肌SIRT3蛋白含量也与LC3-II/LC3-I比值呈正相关 (图5 C) ;推测, 比目鱼肌SIRT3可能通过正向调控自噬活性来提升线粒体功能。
 
 
与SC组大鼠相比, MICT组股直肌和比目鱼肌ALDH2蛋白含量均无显著性差异, 尽管HIIT组大鼠股直肌ALDH2蛋白表达增加并具有显著性差异, 但在比目鱼肌中无显著性差异 (图3A、B) 。值得注意的是, 股直肌ALDH2蛋白含量与跑步力竭时间呈正相关 (图5B) , 提示:股直肌ALDH2蛋白表达上调可能与大鼠耐力水平提升有关。Zhang等 (2017) 研究证实, 骨骼肌过表达ALDH2小鼠的跑步力竭时间明显增加。该课题组另一项研究进一步发现, ALDH2能通过上调SIRT3蛋白表达来促进线粒体氧化磷酸化蛋白表达 (Hu et al., 2016) 。本文也证实, 股直肌ALDH2与SIRT3及COX IV蛋白含量均呈正相关 (图5B) 。综上可知, 尽管ALDH2并未参与HIIT对比目鱼肌自噬的调控, 但可能介导了HIIT对股直肌线粒体功能改善的过程。然而, HIIT是如何通过ALDH2调控线粒体氧化功能仍有待深入研究。
 
 
图6总结了HIIT上调比目鱼肌自噬活性的可能机制。尽管文献报道了HIIT上调骨骼肌AMPK磷酸化活性 (梁春瑜等, 2017;Gibala et al., 2009) ;但遗憾的是, 本文并未论证10周HIIT能上调比目鱼肌AMPK磷酸化水平及其下游mTOR活性。因此, 今后的研究应在证实HIIT激活比目鱼肌AMPK/mTOR信号通路的基础上, 进一步探究HIIT对SIRT3基因敲除小鼠比目鱼肌自噬的影响, 进而明确SIRT3调控AMPK/mTOR通路介导了HIIT激活骨骼肌自噬的过程。
 

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文章名称:高强度间歇训练对大鼠骨骼肌细胞自噬的影响及其调节机制

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