耐力性运动对营养性胰岛素抵抗小鼠骨骼肌AS160-GLUT4通路促进葡萄糖转运的影响研究

【作者】 李慧阁； 苏丽； 郝放； 王海宏； 赖学鸿； 赵清辉； 傅力；

【机构】 黄淮学院； 河南省体育科学研究所； 天津医科大学；

【摘要】 研究目的:长期的营养摄入过量或缺乏适量的身体活动容易造成肥胖、胰岛素抵抗(IR)、Ⅱ糖尿病(T2DM)等一系列代谢功能障碍性疾病的日益流行。机体的长期高血糖状态使老年T2DM患者的心血管系统和神经系统的损伤,多伴随肌肉的退行性变化,累及血管和器官病变,严重影响患者的心肺功能和肌肉力量,降低其身体活动能力和生活质量和危及生命,并加重家庭和社会经济负担。长期以来运动导致有氧运动能力增加的外周机理始终是人们关注的热点。耐力性运动能够有效改善骨骼肌IR业已引起医学界的广泛关注,美国ACSM提出规律性运动能够有效改善生理机能,降低慢性疾病发生,被广泛用于临床代谢性疾病的预防和治疗,尽管其调节机制尚不完全清楚。本研究在高脂喂养小鼠以建立营养性胰岛素抵抗小鼠模型基础上,观察饮食和耐力性运动对正常和IR小鼠骨骼肌细胞蛋白激酶B(Akt)下游效应因子Akt底物蛋白160(AS160)和葡萄糖转运体4(GLUT4)蛋白表达的变化影响,探讨AS160信号通路在IR发生中的作用和耐力运动对营养性IR小鼠骨骼肌细胞Akt/AS160--GLUT4信号通路促进机体细胞葡萄糖转运的影响,以期为揭示有氧运动改善长期营养性肥胖机体的胰岛素抵抗状况及其相关代谢性疾病的防治提供理论依据。研究方法:购进4周龄的清洁级雄性C57小鼠30只,给予适应性喂养一周,随机分成普通饲料喂养组(NC组,n=6)和高脂饲料喂养组(HFD组,n=24),对HFD组进行为期10周以建立IR实验动物模型;待模型建立再次将IR实验小鼠(n=18)随机分成安静对照组(HC组,n=8)和耐力运动组(HE组,n=10),继续饲以高脂饲料。HE组以75%VO2max强度完成持续6周的耐力性跑台干预训练(1次/天,60分/次,5天/周);定期检测小鼠体重,OGTT,FINs,血脂和体脂等指标;末次训练后,NC、HC和HE组动物采集内脏脂肪、血样和骨骼肌等指标。采用免疫印迹杂交(Western blot)和免疫荧光组织化学法(IF)分别检测骨骼肌细胞AS160、pAS160-Thr642和GLUT4蛋白表达及细胞膜定位。利用游离脂肪酸酯(Palmitate)孵育小鼠C2C12肌管细胞以诱导建立IR细胞模型。以2-脱氧葡萄糖荧光类似物(2-NBDG)孵育小鼠C2C12骨骼肌细胞,并使用荧光酶标仪检测肌管细胞葡萄糖摄取状况。研究结果:16周高脂饲料喂养后,HFD组小鼠体重、FINs、内脏脂肪含量、OGTT的峰值、游离脂肪酸(FFAs)水平、血清总胆固醇(TC),甘油三酯(TG)和低密度脂蛋白(LDL-c)含量均显著高于NC组小鼠含量,而高密度脂蛋白(HDL-c)水平则下降显著;小鼠骨骼肌细胞的脂质沉积比NC组明显增多;同时利用2-NBDG孵育骨骼肌细胞进行葡萄糖摄取结果显示,游离脂肪酸酯处理小鼠C2C12骨骼肌细胞24小时显著抑制肌管细胞对胰岛素刺激的葡萄糖摄取,胰岛素显著促进了肌管细胞对葡萄糖的摄取能力。6周耐力性训练干预后,耐力性运动显著抑制高脂小鼠体重和FINs增加。同时相比HC组,HE组小鼠的FFAs、TC、TG和LDL-c含量均显著下降,HDL-c水平则显著升高。高脂饮食导致HC组骨骼肌细胞的脂质沉积增加在运动后有明显改善。HC组小鼠骨骼肌细胞AS160蛋白与NC组无显著性变化,而pAS160-Thr642蛋白表达显著降低;并且HE组小鼠骨骼肌细胞AS160蛋白表达较HC有所增加但无显著性差异,然而pAS160-Thr642蛋白的表达显著增加。HC组小鼠骨骼肌细胞GLUT4蛋白的表达明显低于NC组,而HE组GLUT4蛋白较HC组小鼠显著性升高。免疫荧光显示AS160、pAS160-Thr642蛋白表达与Westernblot结果显示基本一致。此外免疫荧光染色结果进一步表明HE组GLUT4转运较NC组增多明显。研究结论:高脂喂养的营养性肥胖小鼠血脂代谢紊乱、葡萄糖摄取水平显著性下降,AS160-GLUT4信号表达异常与小鼠IR的发生密切相关;6周耐力性运动显著增加胰岛素抵抗小鼠骨骼肌细胞pAS160-Thr642的表达,提高肌细胞GLUT4的转运,从而抑制了高脂饲养小鼠体重的增加、改善小鼠糖耐量和脂质代谢异常。有氧运动可能是通过增强AS160-GLUT4信号传导的活性,提高了骨骼肌细胞中葡萄糖的摄取水平,从而提高营养性胰岛素抵抗小鼠骨骼肌细胞的胰岛素敏感性而改善机体胰岛素抵抗状况。更多还原