AMPK在apelin调节骨骼肌能量代谢中的作用及有氧运动对其影响的研究

发布时间：2020-03-21 22:10

【摘要】：研究目的:Apelin能够调节骨骼肌能量代谢,其机制尚不清楚,而AMPK是否参与该调节作用仍存争议。有氧运动能够改善机体代谢,在有氧运动中,AMPK在apelin调节骨骼肌能量代谢中的作用,有待探究。本研究试图通过离体和在体实验,探讨AMPK在apelin调节骨骼肌能量代谢中的作用,以及有氧运动对其影响。研究方法:(1)采用apelin敲除(KO)和野生鼠(WT)为研究对象,采用美国Columbus公司小鼠气体代谢监测系统测定小鼠运动能力及24小时静息代谢;Western Blot法测定骨骼肌apelin、APJ、p-AMPKα(Thr172)和AMPKα的蛋白表达;Realtime-PCR法测定骨骼肌apelin、APJ、AMPK、NRF1、Tfam、COX4、UCP3、EERα和PPARαmRNA表达,以期观察apelin缺失对小鼠运动能力、全身和骨骼肌能量代谢的影响。(2)采用C2C12细胞为研究对象,通过小干扰RNA(siRNA)沉默细胞中AMPKα的表达,然后加入apelin-13孵育。采用美国Seahorse细胞能量代谢分析系统测定C2C12细胞线粒体能量代谢;酶活性检测试剂盒测定细胞柠檬酸合酶(CS)活性,以期探讨AMPK在apelin调节C2C12细胞线粒体能量代谢中的作用。(3)采用AMPKα2敲除鼠(KO)和野生鼠(WT)为研究对象,腹腔注射apelin-13,并进行4周有氧运动训练,运动组采用75%左右最大摄氧量运动强度的跑台运动,每天1小时,每周6天,共4周。采用Western Blot法测定骨骼肌apelin、APJ、p-AMPKα(Thr172)、AMPKα、PGC-1α、UCP3、COX4、线粒体呼吸链复合物(Complex)Ⅰ-Ⅴ蛋白的表达,以期揭示AMPK在apelin调节骨骼肌能量代谢中的作用及有氧运动对其的影响。研究结果:(1)apelin KO鼠与WT鼠相比,运动能力指标中的最大跑速、最大跑距、最大摄氧量和力竭时间均显著降低(p0.01);apelin KO鼠与WT鼠相比,24小时静息代谢指标中的能量消耗、呼吸熵、氧气消耗量和二氧化碳产生量均显著降低(p0.01);apelin KO鼠与WT鼠相比,骨骼肌apelin、APJ mRNA(p0.01)、蛋白(p0.05)表达均显著降低;apelin KO鼠与WT鼠相比,骨骼肌p-AMPK/AMPK显著降低(p0.01)。(2)si-Control+apelin-13组与si-Control+PBS组相比,细胞基础呼吸率、ATP生成、最大呼吸率、空余呼吸率和CS活性均显著增加(p0.01);si-AMPK+apelin-13组与si-Control+apelin-13组相比,基础呼吸率、ATP生成、最大呼吸率、空余呼吸率和CS活性均显著降低(p0.05)。(3)在安静状态下,WT+apelin-13组与WT组相比,小鼠骨骼肌apelin、APJ、p-AMPK、COX4和UCP3蛋白表达和p-AMPKα/AMPKα比值均显著增加(p0.01),AMPKα2 KO+apelin-13组与WT+apelin-13组相比,小鼠骨骼肌apelin、APJ、COX4和UCP3蛋白表达均显著降低(p0.01);在运动状态下,WT+apelin-13组与WT组相比,小鼠骨骼肌apelin、APJ、COX4、UCP3蛋白表达和p-AMPKα/AMPKα比值均显著增加(p0.05);AMPKα2 KO+apelin-13组与WT+apelin-13组相比,小鼠骨骼肌apelin、APJ蛋白表达显著降低(p0.05)。结论:Apelin在小鼠能量代谢调节中发挥重要作用,且补充apelin-13可以通过AMPK促进骨骼肌能量代谢;但4周75%左右最大摄氧量强度运动训练未对apelin/AMPK/骨骼肌能量代谢这一途径产生影响。
【图文】：

1993 发现了一种新的 G 蛋白耦联受体，它与血管紧张素Ⅱ受体-giotensin II type 1 receptor，AT1R）同源，被命名为 APJ[1]。1998 年提取出 的内源性配体，命名为爱帕琳肽（apelin）[2]。人 apelin 基因定位于染色体 Xq25-26.1，大鼠和小鼠的基因位于染色体.2 上[3]。人体 apelin 基因由 3 个外显子和 2 个内含子构成，其前体肽含有 7基酸，C 端主要参与生物活性的调控，N 端是和 APJ 结合的部位[4]。Apeli多肽片段，如 Apelin- 36、31、19、17、16、13[5]。Apelin-13 是所 apelin 结基础，同时也是生物活性最强的 apelin 形式之一。自从被发现开始，一致认管紧张素转化酶是剪切 apelin 产生不同亚基的唯一酶。但是最近的一项研究前蛋白转化酶枯草杆菌蛋白酶可能会裂解 apelin 蛋白前体，并直接进入in-13 而不产生其他 apelin 形式[6]。另金属蛋白酶脑啡肽酶（Neprilysin，NEP通过蛋白水解酶的方式降解和灭活 apelin 肽，是新发现的 apelin 剪切酶[7]。

图 2 AMPK 的基本结构（引用自 Rasmus Kj bsted, et al.，2018）α亚基含有激酶结构域（KD），，其活性依赖于上游 AMPK 激酶对 Thr172磷酸化。KD 之后是自抑制结构域（AID）和α-钩（αH）。在α-C 端检测到与β端相互作用位点（β-ID）[63]。α亚基含有激酶结构域，活性高度依赖于α-Thr1的可逆磷酸化[64]。β亚基充当结合α和γ亚单位的支架，α-和γ-相互作用结构（α-ID，γ-ID）位于β-C 末端。β亚基中的 GBD 是 AMPK 与受到糖调控的位Ser108 和 Thr148 这 2 个磷酸化位点存在于 GBD 中[65]。β亚基 N 末端可以进行蔻酰化和磷酸化的翻译后修饰，这与 AMPK 易位至特定的细胞内区室功能相[63]。γ-亚基含有 4 个胱硫醚-β-合酶（CBS）结构域。它们以串联对的形式存在也称为 Bateman 结构域，并且参与腺苷核苷酸结合。当 AMP 结合到两个 Batem区域时，γ-亚基发生构象变化，使α亚基的磷酸化位点暴露[63]。因此，γ亚基通腺苷核苷酸的直接结合作为细胞内能量状态的传感器起作用[66]，此外γ亚基同型的 N-末端延伸不同，AMPK 的定位也不同[67]。
【学位授予单位】：北京体育大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：G804.7

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 MA Wei-guo;WANG Jie;BU Xiang-wei;ZHANG Hong-hong;ZHANG Jian-ping;ZHANG Xiao-xu;HE Yu-xi;WANG Da-li;ZHANG Zheng-ju;MENG Feng-xian;;Effects of Polygonum cuspidatum on AMPK-FOXO3α Signaling Pathway in Rat Model of Uric Acid-Induced Renal Damage[J];Chinese Journal of Integrative Medicine;2019年03期

2 Yenan Feng;Youyi Zhang;Han Xiao;;AMPK and cardiac remodelling[J];Science China(Life Sciences);2018年01期

3 许梦川;吴跃峰;李东明;;AMPK的功能调控及其与肿瘤之间的关系[J];生理科学进展;2018年01期

4 Jing Wang;Zhenyu Li;Li Gao;Yanshuang Qi;Haibo Zhu;Xuemei Qin;;The regulation effect of AMPK in immune related diseases[J];Science China(Life Sciences);2018年05期

5 赵伟;王耀光;王成盼;;运动改善AMPK的研究现状[J];中国学校体育(高等教育);2018年02期

6 于辰曦;孙水;;AMPK在骨关节炎发生发展中的作用[J];生命的化学;2016年06期

7 Zhao-Ying Liu;Shun-Peng Hu;Qing-Rong Ji;Hai-Bo Yang;Dong-Hao Zhou;Fang-Fang Wu;;Sevoflurane pretreatment inhibits the myocardial apoptosis caused by hypoxia reoxygenation through AMPK pathway:An experimental study[J];Asian Pacific Journal of Tropical Medicine;2017年02期

8 方明珠;徐艳秋;;AMPK与肥胖相关性肾病[J];贵阳中医学院学报;2016年06期

9 Jin Li;Liping Zhong;Fengzhong Wang;Haibo Zhu;;Dissecting the role of AMP-activated protein kinase in human diseases[J];Acta Pharmaceutica Sinica B;2017年03期

10 Suneng Fu;;From glucose sensing to a unified model of AMPK and m TOR regulation[J];Science Bulletin;2017年18期

相关会议论文 前10条

1 孙宏斌;;AMPK:new insights into an old molecule[A];第十四届中国药学会青年药学论坛报告集[C];2018年

2 刘不悔;何伟明;;Hyperoside Attenuates Renal Aging Induced by Dgalactose via Regulation of AMPK-ULK1-mediated Autophagy.[A];中国中西医结合学会肾脏疾病专业委员会2018年学术年会论文摘要汇编[C];2018年

3 曹勋红;徐平;廖尉廷;闫景瑶;罗宫薇;邹惟莹;杨蓓;张大雷;吴磊;邹挺;;AMPK对胚胎成纤维细胞干细胞基因表达的影响[A];中国生理学会张锡钧基金第十三届全国青年优秀生理学学术论文综合摘要、中国生理学会第十一届全国青年生理学工作者学术会议论文摘要[C];2015年

4 赵明华;余海燕;王蕴红;张雪琳;;运动前补糖对大鼠心肌AMPK激活的影响[A];第四届（2016）全国运动生理与生物化学学术会议——运动·体质·健康论文摘要汇编[C];2016年

5 陈苏宁;Lai Xiaofeng;Zhang Jian;;Combined cancer therapy:all roads lead to AMPK[A];中华医学会临床药学分会2014年全国学术会议论文汇编[C];2014年

6 李怡宁;胡济安;;AMP-activated protein kinase (AMPK) protects necrosis via regulation of Keap1-PGAM5 complex[A];2015年浙江省医学会病理学术年会论文汇编[C];2015年

7 杨敏;陈少贤;刘居理;刘晓颖;符永恒;张梦珍;林秋雄;朱杰宁;麦丽萍;单志新;余细勇;林曙光;;三七总皂苷通过调节AMPK抑制心肌细胞凋亡[A];第八届海峡两岸心血管科学研讨会论文集[C];2011年

8 Paul M Vanhoutte;;SIRT1 and AMPK:the Seesaw Effect in Regulating Endothelial Sene-scence[A];第八届海峡两岸心血管科学研讨会论文集[C];2011年

9 ;AMPK mediated an apoptotic response to combined effect of hypoxia stress and ER stress[A];2012全国发育生物学大会摘要集[C];2012年

10 ZHANG Jian-wei;MA Xiao-wei;DENG Rui-fen;DING Shan;GU Nan;GUO Xiao-hui;;Genetic variability in AMPKαl gene may have synergetic effect with smoking on risk of coronary artery disease in chinese type 2 diabetics[A];中华医学会糖尿病学分会第十六次全国学术会议论文集[C];2012年

相关重要报纸文章 前5条

1 陈丹;激活一关键基因可延缓果蝇衰老进程[N];科技日报;2014年

2 ;探索心中的奥秘[N];健康报;2012年

3 实习生 程凤;不爱锻炼可能与基因缺失有关[N];科技日报;2011年

4 记者 李鹏;她在解构蛋白“机器”[N];北京科技报;2011年

5 记者 佘峥;降血糖“百年神药”秘密被发现[N];厦门日报;2016年

相关博士学位论文 前10条

1 李铁瑛;AMPK在apelin调节骨骼肌能量代谢中的作用及有氧运动对其影响的研究[D];北京体育大学;2019年

2 阚敬保;S100A16通过CaM/CAMKK2/AMPK通路调节小鼠肝脏脂代谢[D];南京医科大学;2019年

3 苗志强;早期日粮能量水平调控肉仔鸡小肠磷转运的机理研究[D];山西农业大学;2017年

4 宋海英;冬眠心肌AMPK/PGC-1α/PPARα/UCP2通路的作用及理气活血中药的干预效应研究[D];中国中医科学院;2018年

5 郭旭光;PavA通过激活AMPK/mTOR通路诱导肺泡上皮细胞自噬在肺炎链球菌感染中的作用机制研究[D];南方医科大学;2018年

6 孟一迪;Ca~(2+)/钙调蛋白依赖性激酶Ⅱ调节AMP激活蛋白激酶靶向调控缺血性心脏病脂肪酸代谢的机制研究[D];华中科技大学;2017年

7 钟娟;含笑内酯富马酸盐激活PPAR-γ介导NF-κB和AMPK/mTOR通路对db/db鼠肝肾损害的保护作用[D];南方医科大学;2018年

8 李政委;microRNA-135b表达沉默Ppm1e激活AMPK信号通路抑制人骨肉瘤细胞增殖[D];苏州大学;2018年

9 闫鹏;AMPK-SIRT1信号通路在脊髓损伤后神经细胞自噬和细胞凋亡调节中的作用[D];中国医科大学;2018年

10 赵浩东;酒精上调CCL5表达通过激活AMPK通路诱导自噬促进结直肠癌转移[D];安徽医科大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 耿蕊娟;基于AMPK/SIRT1/UCP2通路探讨疏肝化滞胶囊对NAFLD大鼠肝脏氧化应激的影响[D];辽宁中医药大学;2018年

2 龚静;AMPK通路在饱和脂肪酸诱导的内质网应激中的作用研究[D];北京体育大学;2019年

3 陈牧;TRPC5通过CAMMKβ/AMPKα/mTOR通路诱导自噬增强胶质瘤细胞耐药性[D];南京医科大学;2019年

4 殷雪翠;Perilipin 5通过调控AMPK信号通路诱导活化肝星状细胞凋亡的机制[D];郑州大学;2019年

5 苏兴;化合物C7靶向RXRα激活AMPK信号通路诱导肿瘤细胞发生自噬性死亡的机制研究[D];厦门大学;2018年

6 张英扬;AMPK/ULK1/Beclin1途径介导番鸭呼肠孤病毒诱导Vero细胞自噬的机制研究[D];福建农林大学;2018年

7 文荣;野艾蒿中黄酮和萜类化合物对HepG2细胞AMPK和LPIN1表达的影响[D];内蒙古科技大学包头医学院;2016年

8 栾司琦;十味降糖散对糖尿病大鼠糖脂代谢、抗氧化作用及对肝脏、脂肪AMPKα表达的影响[D];西南大学;2018年

9 邓蒂斯;补肾化痰法经APN/AMPK信号通路治疗肥胖PCOS的机制研究[D];成都中医药大学;2018年

10 钟淇滨;异土木香内酯通过AMPK信号通路抗肝癌作用研究[D];广东药科大学;2018年

本文编号：2594009