抗阻力运动与MSTN抗体及联合干预对大鼠心肌胰岛素抵抗的改善作用及分子机制研究

发布时间：2019-11-12 20:01

【摘要】：目的：胰岛素抵抗一直以来是困扰人类健康的一个重要难题,由胰岛素抵抗诱发的各种心血管疾病的预防与治疗更是医学界的研究重点。由于正常情况下心肌能量供应以脂肪酸氧化为主,心肌在调节机体葡萄糖稳态中的作用不明显。所以,与葡萄糖的主要利用器官骨骼肌、胰岛素抵抗发生的重要部位肝脏及胰岛素抵抗的主要部位脂肪组织相比,心肌胰岛素抵抗在糖代谢紊乱中不起主要作用,长期以来未引起人们足够的重视。运动是胰岛素抵抗改善的有效方式之一,不同运动类型对胰岛素抵抗产生的影响及作用机制成为研究的热点。Myostatin(缩写MSTN)被证实可以通过抑制肌肉生长,抑制Akt活性等产生胰岛素抵抗。MSTN与运动两种不同的干预方案对心肌起着怎样的作用,其作用机制和区别的研究鲜有报道。本实验将通过采用不同运动方式与MSTN抗体及二者联合的方案干预大鼠胰岛素抵抗模型,从生化、形态、蛋白、基因等不同水平对不同运动方式或抗体干预对心肌胰岛素抵抗的改善作用及分子机制进行系统研究。方法：本研究购入健康雄性SD (Sprague-Dawley)大鼠70只(质量合格证号：陕医动证字08-004号),2月龄,体重170-220g,无菌环境下分笼饲养,温度22～25℃,湿度40%-60%,自由饮水,适应性饲养1w后,随机分为正常组(NC,10只)和高脂膳食组(HF,60只)。NC组摄食饲料购买自西安交通大学医学院,按啮齿类动物饲养标准喂养,HF组摄食饲料由自行购买的牛油,蛋黄粉,蔗糖等交由西安交通大学医学院代为加上处理。分组饲养3个月后,通过口服葡萄糖耐受实验(OGTT)和胰岛素敏感性实验(IST),体重,抓力,超声等指标评价高脂高糖诱导胰岛素抵抗模型构建成功后,采用抗阻力爬梯运动,有氧运动,MSTN抗体干预及抗阻力爬梯和MSTN抗体结合,抗阻力爬梯和有氧运动结合5种运动方案对模型组大鼠进行运动干预,通过血流动力学、超声动力学、抓力等动力学指标,心肌损伤谷草转氨酶(AST)等生化指标,HE染色、MASSON染色、免疫组化等形态学指标和Western Blot、RT-PCR等分子技术进行检测,分析不同组别大鼠心脏形态功能变化、心肌MSTN及受体、胰岛素受体、PI3K/Akt信号通路中各关键分子蛋白基因表达状况。结果：1.抗阻力运动与有氧运动及联合干预对心肌胰岛素抵抗的改善及机制分析抗阻力运动、有氧运动、抗阻力运动与有氧运动联合均可显著减轻胰岛素抵抗大鼠的体重和心脏重量(P0.01),增加心系数(P0.05,P0.05,P0.01),减少Lee's指数(P0.01)。超声结果检测有氧运动及抗阻力运动与有氧运动联合对左心射血分数(EF)、左心缩短分数(FS)、心率(HR)无显著性影响；抗阻力运动显著提高EF(P0.01),对FS、HR无显著性变化。血流动力学检测显示抗阻力运动、有氧运动及其联合对HR、左心室最大压力变化率(±dp/dmax)无显著性变化、显著性降低左心室舒张末期压(LVEDP)(P0.01,P0.01,P0.05)。生化试剂盒检测血清AST水平HA组显著高于HF组(P0.05)。HE染色结果显示,三种干预均可显著改善心肌细胞横截面直径(P0.01)。Masson三色染色结果显示,三种运动方式均可显著减少心肌纤维周围胶原纤维化程度(P0.01)；抗阻力运动和抗阻力与有氧运动联合两种方案可显著改善血管周围胶原纤维化程度(P0.01)。免疫组化实验结果显示三种运动方案可显著降低MSTN蛋白表达量(P0.01,P0.05,P0.01),但RT-PCR检测MSTN受体ActRⅡβ的表达量最高,且显著低于NC组和HL组(P0.05)。通过Western Blot和PR-PCR等实验技术针对胰岛素抵抗大鼠心肌变化进行检测得到,有氧运动、抗阻力运动和有氧运动联合组可显著增加胰岛素受体(InsR)的蛋白表达量和mRNA转录水平(P0.01)；显著增加PI3K的转录水平(P0.05,P0.01)；显著提升Akt的mRNA转录水平转录水平(P0.01)；可以升高GLUT4蛋白表达量,但无显著性；降低GSK3β的蛋白表达量和mRNA转录水平,无显著性。抗阻力运动可提高PI3K的蛋白表达量和mRNA转录水平,无显著性变化,显著性提高Akt的蛋白表达量；对GLUT4蛋白表达有改善效果,不显著；显著性降低GSK蛋白表达量(P0.05)；三种方案均可显著性降低FoxOl的蛋白表达量(P0.05),mRNA转录水平无显著性变化。抗阻力运动和有氧运动可显著性提升mTORmRNA转录水平(P0.01),联合组无显著变化。2.抗阻力运动与MSTN抗体及联合干预对心肌胰岛素抵抗的改善及机制分析抗阻力运动和MSTN抗体及其联合干预方案均可显著性降低胰岛素抵抗大鼠体重、心脏重量(P0.01,P0.05),提升心系数(P0.05),减少身长(P0.05)；且抗阻力运动和联合组可显著降低Lee's指数(P0.01)。超声结果显示,抗阻力运动可显著提升左心缩短分数(P0.01),改善心脏收缩功能,对心率无显著性影响；抗体干预组及联合组可改善左心收缩功能,但无显著性；另外抗体干预组可提升大鼠HR(P0.05)。血流动力学检测显示抗阻力运动及联合方案对LVEDP有显著性差异影响(P0.01),MSTN抗体干预没有对心功能产生显著性变化。MSTN抗体干预及联合可显著提高左心室最大压力变化率(±dp/dmax)水平。生化试剂盒检测血清AST水平HM组显著高于HF组(P0.05)。HE染色结果显示,三种干预方案均可显著改善心肌细胞横截面直径(P0.01)。Masson三色染色结果显示,三种干预方案均可显著减少心肌纤维周围胶原纤维化程度和血管周围胶原纤维化程度(P0.01,P0.05)。免疫组化实验结果显示三种干预方案均可显著降低MSTN蛋白表达量(P0.01)。RT-PCR检测HL组MSTN受体ActRⅡβ的表达量较HF组降低但无显著性。通过Western Blot和PR-PCR等实验技术针对胰岛素抵抗大鼠心肌变化进行研究得到,三种干预方案对胰岛素受体mRNA转录水平表达水平无显著性作用,但对蛋白表达水平有显著性影响。抗阻力运动增加PI3K的蛋白水平,无显著性；MSTN抗体及与抗阻力联合组可显著提升PI3K蛋白水平(P0.01,P0.05)。抗阻力运动、MSTN抗体干预显著提升Akt的蛋白表达水平水平(P0.05)；抗阻力运动、MSTN抗体干预可显著提升AktmRNA转录水平表达量。抗阻力运动对GLUT4有升高蛋白表达和mRNA转录水平转录作用,但无显著性；MSTN抗体干预可显著性提升GLUT4的mRNA转录水平表达水平和蛋白表达量(P0.01,P0.05)。抗阻力运动降低GSK3β的蛋白表达量(P0.05)；三种方案干预均显著性降低GSK3β的mRNA转录水平转录水平。抗阻力运动及MSTN抗体联合显著性降低FoxO1的蛋白表达量(P0.05)；抗阻力运动、MSTN抗体干预无显著性变化。抗阻力运动显著性提升mTOR mRNA转录水平(P0.01),三种方案干预均显著性提升mTOR蛋白表达量(P0.05)。结论：1.抗阻力运动可以达到有氧运动干预胰岛素抵抗大鼠心肌的效果,有氧运动与抗阻力运动干预胰岛素抵抗大鼠心肌的信号通路不完全一致,有氧运动主要通过改善IRS-1/PI3K/Akt信号通路改善胰岛素抵抗大鼠心脏症状,抗阻力运动通过MSTN及其受体和PI3K/Akt,增加肌肉面积,改善胰岛素抵抗状态。这两种信号通路有交叉点,但不完全一致。有氧运动和抗阻力爬梯运动对于改善心功能、增加心肌面积、抑制胶原纤维化的改善效果相似,抗阻力运动对蛋白表达,细胞生长效果更为显著。有氧运动主要通过促进糖原的合成,减少糖异生的发生产生作用。有氧运动减体重效果最为明显,有氧运动与抗阻力联合没有表现叠加的效果。2.抗阻力爬梯运动和MSTN抗体对于改善心功能、增加心肌面积、抑制胶原纤维化的改善效果相似,推测信号传导机制相同,且两者联合对心肌胰岛素抵抗的干预效果没有起到叠加的效果。MSTN抗体可以改善心肌胰岛素抵抗,推测抗阻力可以通过MSTN通路改善胰岛素抵抗大鼠的心功能。
【图文】：

爬梯,大鼠,抗体,跑台运动

ｇａｔｅｔ＋ａｅｒｏｃ邋ｅｘｅｒｃｓｅ邋ｇｒｏ叩，，组（ＨＭ，邋ｈｉ班邋ｆａｔ邋ｄｉｅｔ＋邋Ｍｙｏｓｔａｔｉｎ邋ａｎｔｉｂｏｄｙ邋ｇｒｏｕｐ，邋１０）及高脂爬梯运动和邋ＭＳＴＮ逡逑抗体联合组（ＨＬＭ，ｈｉｇｈ邋ｆａｔ邋ｄｉｅｔ邋＋邋ｃｌｉｍｂｉｎｇ邋ｌａｄｄｅｒ邋ｔｒａｉｎｉｎｇ邋＋邋Ｍｙｏｓｔａｔｉｎ邋ａｎｔｉｂｏｄｙ逡逑ｇｒｃｍｐ，…），高脂爬梯运动和有氧运动联合组（ＨＬＡ，邋ｈｉｇｈ邋ｆａｔ邋ｄｉｅｔ邋＋邋ａｅｒｏｂｉｃ邋ｅｘｅｒｃｉｓｅ逡逑ｇｒｏｕｐ，邋１０邋），分组后继续高脂膳食。逡逑依据前期实验结果选用一下方式对大鼠进行人为运动及抗体干预，ＮＣ、逡逑脚和ＨＭ邋Ｈ组不进行任何训练，ＨＬ、ＨＡ、ＨＬＡ和ＨＬＭ组无负重，ｌＯｍ／ｍｉｎ，逡逑每天训练３０ｍｉｎ，适应性训练一周。进入正式训练后，ＨＬ组尾部负重最大负重量逡逑的５０％，最大负重量约为大鼠身体重量的７０％，自下往上进行爬梯运动，５次为一逡逑组，每天３组，组间休息２ｍｉｎ；邋ＨＡ组进行无负重跑台运动，ｌＯｍ／ｍｉｎ，每天训练逡逑３０ｍｉｎ；邋ＨＬＡ组第一天无负重跑台运动，ｌＯｍ／ｍｉｎ，每天训练３０ｍｉｎ，第二天负重逡逑爬梯运动，５次为一组，每天３组，组间休息２ｍｉｎ；邋ＨＭ组每周注射一次ＭＳＴＮ逡逑抗体，注射４ｗ【ｍｉ；化Ｍ组负重爬梯运动，５次为一组，每天３组，组间休息２ｍｉｎ，逡逑另外每周注射一次ＭＳＴＮ抗体，注射４周。所有运动周日休息，爬梯运动所用爬逡逑梯为实验室自主研发专利产品大鼠爬梯装置。逡逑

空腹血糖,血糖,高脂饲料,实验大鼠

的变化逡逑不同组别大鼠分别普通饲料，，高脂饲料饲养口Ｗ后，进行空腹血糖检测，ＯＧＴＴ逡逑及１ＳＴ测试，如图２，邋３结果显示，空腹时ＨＦ组空腹血糖较ＮＣ组空腹血糖明显逡逑偏高；葡萄糖灌胃实验后３０ｍｉｎ内，ＨＦ组血糖较ＮＣ组迅速上升，且显著高于逡逑ＮＣ组，６０ｍｉｎ，９０ｍｉｎ内皆处于较高水平，血糖变化不明显，并显著高于ＮＣ组，逡逑１２０ｍｍ内缓慢下降；实验大鼠腹腔注射膜岛素（０．５Ｕ／ｋｇ体重），３０ｍｉｎ后两组血逡逑糖值皆出现下降变化，且ＨＦ}D较ＮＣ组下降缓慢，并６０ｍｉｎ，９０ｍｉｎ皆处于血糖逡逑较高水平，并显著高于ＮＣ组。逡逑Ｂ邋ｍｍ逡逑１１邋－ｔ逡逑！，ｙ逦、邋ｉ逦、？＾．．．．．．．．．．．＾逡逑０逦３０逦站扣逦１扣逦０逦扣扣逦９０逦１巧逡逑Ｔｉｒｏｅ（ｍｉｎ）逦Ｔｉｍｅ（ｍｉｏ）逡逑图２邋口服葡萄糖耐量（ＯＧＴＴ）测试结果逦图３膜岛素耐量测试结果（１ＳＴ）逡逑注：？表示与ＮＣ组相比差异显著（Ｐ＜０．０５）
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：G804.7

【共引文献】