运动预适应经AMPK-mTOR-ULK1信号通路激活的自噬在心肌保护效应中的作用及机制
发布时间：2021-04-19 02:43
研究目的:作为对机体刺激的一种手段,运动预适应（exercise preconditioning,EP）的心肌保护效应备受关注。自噬是心肌健康必不可少的降解途径,因此,运动预适应诱导的心肌保护效应可能与心肌自噬有关。最近研究表明,在自噬调节过程中AMPK-mTOR-ULK1途径发挥了重要的作用。本研究通过早期和晚期运动预适应对AMPK-mTOR-ULK1信号通路的影响进行研究,探讨AMPK-mTOR-ULK1信号通路在心肌自噬中的作用及机制,并利用自噬抑制剂渥曼青霉素（wortmannim）验证自噬是否参与了运动预适应诱导的早期和晚期心肌保护效应,从而进一步完善运动预适应参与心肌保护效应理论体系。研究方法:雄性SD大鼠,8周龄,200只,随机分成10组:对照组（C）;力竭运动组（EE）,力竭运动后0.5 h取材;EEP组,EP后0.5 h取材;EEP+EE组,EP后0.5 h再进行力竭运动,运动后0.5 h取材;W+EEP组,EP前0.5 h腹腔注射渥曼青霉素,运动后0.5 h取材;W+EEP+EE组,EP前0.5 h腹腔注射渥曼青霉素,EP后0.5 h再进行力竭运动,运动后0.5 h...
【文章来源】：上海体育学院上海市
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
三种主要形式的自噬[8]
C1活性，降低mTORC1对ULK1上Ser757的磷酸化，mTORC1从ULK1复合体上解离出来，解除mTORC1对ULK1的抑制作用，随后，AMPK与ULK1结合并通过磷酸化不同于mTOR的磷酸化位点，例如ULK1Ser555，激活ULK1，上调细胞自噬[151]。在缺血缺氧状态下，ULK1上不同位点，如Ser317位点，Ser555位点和Ser777位点等，能被活化的AMPK直接磷酸化，进而上调ULK1活性，激活自噬[100,152]。ULK1上的不同磷酸化位点可分别被AMPK和mTOR磷酸化。AMPK和mTOR通过对ULK1活性的调控，协同参与细胞自噬水平的调节，是细胞对外环境变化的一种适应性反应。图1-2不同状态下AMPK和mTOR对ULK1复合体的调节[153]在饥饿状态下，蛋白激酶Cα（proteinkinaseCα，PKCα）通过磷酸化ULK1上的Ser423位点，抑制ULK1与突触融合蛋白17（Syntaxin17，STX17）结合，继而阻断自噬体与溶酶体融合，抑制自噬[154]。此外，ULK1能对mTORC1进行负反馈抑制。ULK1通过磷酸化Raptor上Ser855位点、Ser859位点、Ser863位点和Ser792位点等，阻断mTORC1与Raptor结合，进而抑制mTORC1信号通路。ULK1对mTORC1的抑制可减弱细胞增殖[155]。ULK1的活性还受泛素化和乙酰化等影响。有报道，分子伴侣样蛋白p32（chaperone-likeproteinp32）能与ULK1结合生成复合体起到稳定ULK1的作用，当p32的缺乏时，ULK1上Lys48位点的泛素化增强，会导致ULK1被蛋白酶降解[156]。此外，ULK1上Lys925位点和Lys933位点能被E3泛素连接酶NEDD4L（neuralprecursorcellexpressed,22
运动预适应经AMPK-mTOR-ULK1信号通路激活的自噬在心肌保护效应中的作用及机制图1-3AMPK-mTOR-ULK1信号通路6.4AMPK-mTOR-ULK1信号通路与细胞自噬研究进展在营养缺乏，缺氧以及受损细胞器，错误折叠的蛋白质等刺激下自噬被激活，这些刺激能通过不同的途径调节自噬水平，自噬激活后能减轻上述刺激造成的危害。在众多参与自噬调控的信号通路中，AMPK-mTOR-ULK1信号通路是最重要的通路之一。利用自然衰老大鼠和D半乳糖诱导的模仿大鼠衰老建立动物模型，探讨自噬在听觉皮层生理过程中的变化及其在听觉皮层退化中的作用的研究中发现，在大鼠3个月时，AMPK活性增强，活化的AMPK通过磷酸化抑制了mTOR活性，继而导致ULK1上Ser757位点磷酸化程度减弱，AMPK-mTOR-ULK1信号通路被激活，并上调自噬。在第15个月时，AMPK-mTOR-ULK1信号通路活性减弱，自噬水平下降。以上结果说明，AMPK-mTOR-ULK1信号通路激活能上调自噬，当信号通路活性下降时，自噬活性也随着下降。在幼年至成年期，在听觉皮层的生理过程中自噬逐渐减少，在听觉皮层的退化过程中自噬能延缓神经退行性病变的过程，自噬上调具有抗衰老的功能，起到保护作用[161]。Liu等利用大鼠主动脉结扎手术为动物模型，探讨葛根素对心肌肥厚自噬水平的影响，实验结果发现，葛根素对心肌细胞肥大和凋亡具有保护作用，部分是通过AMPK-mTOR信号通路恢复自噬水平实现的，使用3-MA抑制自噬后，其保护作用被阻断[162]。另有研究报道，在心肌I/R过程中，AMPK磷酸化水平增强，同时mTOR磷酸化水平降低，作者认为在I/R过程中通过激活AMPK和抑制mTOR活性，即通过AMPK-mTOR信号通路上调了心肌自噬水平[163]。在以小鼠为动物模型的研究中发现，小鼠骨骼肌中AMPK-ULK1信号通路在运动诱导的线粒体自噬中起到重要作用，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]microRNA调控自噬在心肌缺血再灌注损伤中的研究进展[J]. 杨红星,李绍旦,杨明会. 安徽医科大学学报. 2018(09)
[2]运动预适应通过间歇性缺血缺氧诱导细胞自噬参与早期心肌保护的研究[J]. 孙其龙,潘珊珊,黄悦,王家银,陆矫. 体育科学. 2018(07)
[3]有氧运动与膳食干预对IR大鼠胰岛β细胞LKB1/AMPK信号的影响[J]. 王孝强,李荀,曾凡星. 沈阳体育学院学报. 2017(02)
[4]mTOR信号通路诱导的自噬在心肌细胞缺氧损伤中的作用研究[J]. 张铮,杨超,靳志涛,蒋伟,赵力,杨军珂,丁力平,王承竹,柳彦君,孙志敏,胡桃红. 现代生物医学进展. 2017(09)
[5]大隅良典发现细胞自噬分子机理之路[J]. 周程. 科普研究. 2016(06)
[6]渥曼青霉素对大鼠缺血再灌注心肌细胞自噬和凋亡的影响[J]. 王保才,程兆云,葛振伟. 中华实验外科杂志. 2016 (02)
[7]力竭运动损伤模型大鼠运动预适应后心脏STAT3和Caspase-3的表达[J]. 孙晓娟. 中国组织工程研究. 2015(40)
[8]大运动量和减量训练对心肌mTOR和下游信号蛋白4E-BP1的影响[J]. 张军,曾凡星,高原,赵猛,罗曦娟,李井刚. 中国运动医学杂志. 2015(03)
[9]AMPK在小鼠运动性和病理性心肌肥大能量代谢中的作用[J]. 胡玉龙,徐慧,王永梅,昝销,李宁川. 体育科学. 2014(09)
[10]运动训练通过诱导自噬、抑制凋亡改善老龄大鼠心脏功能[J]. 张昊,王伟伟,薛过,张伟华,王丽娜,林岩,姜晓姝,田野,徐长庆,赵雅君. 中国病理生理杂志. 2014(01)
博士论文
[1]氧化应激与线粒体自噬在运动预适应心肌保护效应中的作用及分子机制[D]. 原阳.上海体育学院 2017
[2]骨骼肌mTOR信号通路在运动后变化规律及对蛋白合成调控机制[D]. 朱一力.北京体育大学 2008
硕士论文
[1]不同运动训练时间大鼠心肌t-mTOR和p-mTOR蛋白的表达[D]. 申静.首都体育学院 2011
本文编号：3146668
【文章来源】：上海体育学院上海市
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
三种主要形式的自噬[8]
C1活性，降低mTORC1对ULK1上Ser757的磷酸化，mTORC1从ULK1复合体上解离出来，解除mTORC1对ULK1的抑制作用，随后，AMPK与ULK1结合并通过磷酸化不同于mTOR的磷酸化位点，例如ULK1Ser555，激活ULK1，上调细胞自噬[151]。在缺血缺氧状态下，ULK1上不同位点，如Ser317位点，Ser555位点和Ser777位点等，能被活化的AMPK直接磷酸化，进而上调ULK1活性，激活自噬[100,152]。ULK1上的不同磷酸化位点可分别被AMPK和mTOR磷酸化。AMPK和mTOR通过对ULK1活性的调控，协同参与细胞自噬水平的调节，是细胞对外环境变化的一种适应性反应。图1-2不同状态下AMPK和mTOR对ULK1复合体的调节[153]在饥饿状态下，蛋白激酶Cα（proteinkinaseCα，PKCα）通过磷酸化ULK1上的Ser423位点，抑制ULK1与突触融合蛋白17（Syntaxin17，STX17）结合，继而阻断自噬体与溶酶体融合，抑制自噬[154]。此外，ULK1能对mTORC1进行负反馈抑制。ULK1通过磷酸化Raptor上Ser855位点、Ser859位点、Ser863位点和Ser792位点等，阻断mTORC1与Raptor结合，进而抑制mTORC1信号通路。ULK1对mTORC1的抑制可减弱细胞增殖[155]。ULK1的活性还受泛素化和乙酰化等影响。有报道，分子伴侣样蛋白p32（chaperone-likeproteinp32）能与ULK1结合生成复合体起到稳定ULK1的作用，当p32的缺乏时，ULK1上Lys48位点的泛素化增强，会导致ULK1被蛋白酶降解[156]。此外，ULK1上Lys925位点和Lys933位点能被E3泛素连接酶NEDD4L（neuralprecursorcellexpressed,22
运动预适应经AMPK-mTOR-ULK1信号通路激活的自噬在心肌保护效应中的作用及机制图1-3AMPK-mTOR-ULK1信号通路6.4AMPK-mTOR-ULK1信号通路与细胞自噬研究进展在营养缺乏，缺氧以及受损细胞器，错误折叠的蛋白质等刺激下自噬被激活，这些刺激能通过不同的途径调节自噬水平，自噬激活后能减轻上述刺激造成的危害。在众多参与自噬调控的信号通路中，AMPK-mTOR-ULK1信号通路是最重要的通路之一。利用自然衰老大鼠和D半乳糖诱导的模仿大鼠衰老建立动物模型，探讨自噬在听觉皮层生理过程中的变化及其在听觉皮层退化中的作用的研究中发现，在大鼠3个月时，AMPK活性增强，活化的AMPK通过磷酸化抑制了mTOR活性，继而导致ULK1上Ser757位点磷酸化程度减弱，AMPK-mTOR-ULK1信号通路被激活，并上调自噬。在第15个月时，AMPK-mTOR-ULK1信号通路活性减弱，自噬水平下降。以上结果说明，AMPK-mTOR-ULK1信号通路激活能上调自噬，当信号通路活性下降时，自噬活性也随着下降。在幼年至成年期，在听觉皮层的生理过程中自噬逐渐减少，在听觉皮层的退化过程中自噬能延缓神经退行性病变的过程，自噬上调具有抗衰老的功能，起到保护作用[161]。Liu等利用大鼠主动脉结扎手术为动物模型，探讨葛根素对心肌肥厚自噬水平的影响，实验结果发现，葛根素对心肌细胞肥大和凋亡具有保护作用，部分是通过AMPK-mTOR信号通路恢复自噬水平实现的，使用3-MA抑制自噬后，其保护作用被阻断[162]。另有研究报道，在心肌I/R过程中，AMPK磷酸化水平增强，同时mTOR磷酸化水平降低，作者认为在I/R过程中通过激活AMPK和抑制mTOR活性，即通过AMPK-mTOR信号通路上调了心肌自噬水平[163]。在以小鼠为动物模型的研究中发现，小鼠骨骼肌中AMPK-ULK1信号通路在运动诱导的线粒体自噬中起到重要作用，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]microRNA调控自噬在心肌缺血再灌注损伤中的研究进展[J]. 杨红星,李绍旦,杨明会. 安徽医科大学学报. 2018(09)
[2]运动预适应通过间歇性缺血缺氧诱导细胞自噬参与早期心肌保护的研究[J]. 孙其龙,潘珊珊,黄悦,王家银,陆矫. 体育科学. 2018(07)
[3]有氧运动与膳食干预对IR大鼠胰岛β细胞LKB1/AMPK信号的影响[J]. 王孝强,李荀,曾凡星. 沈阳体育学院学报. 2017(02)
[4]mTOR信号通路诱导的自噬在心肌细胞缺氧损伤中的作用研究[J]. 张铮,杨超,靳志涛,蒋伟,赵力,杨军珂,丁力平,王承竹,柳彦君,孙志敏,胡桃红. 现代生物医学进展. 2017(09)
[5]大隅良典发现细胞自噬分子机理之路[J]. 周程. 科普研究. 2016(06)
[6]渥曼青霉素对大鼠缺血再灌注心肌细胞自噬和凋亡的影响[J]. 王保才,程兆云,葛振伟. 中华实验外科杂志. 2016 (02)
[7]力竭运动损伤模型大鼠运动预适应后心脏STAT3和Caspase-3的表达[J]. 孙晓娟. 中国组织工程研究. 2015(40)
[8]大运动量和减量训练对心肌mTOR和下游信号蛋白4E-BP1的影响[J]. 张军,曾凡星,高原,赵猛,罗曦娟,李井刚. 中国运动医学杂志. 2015(03)
[9]AMPK在小鼠运动性和病理性心肌肥大能量代谢中的作用[J]. 胡玉龙,徐慧,王永梅,昝销,李宁川. 体育科学. 2014(09)
[10]运动训练通过诱导自噬、抑制凋亡改善老龄大鼠心脏功能[J]. 张昊,王伟伟,薛过,张伟华,王丽娜,林岩,姜晓姝,田野,徐长庆,赵雅君. 中国病理生理杂志. 2014(01)
博士论文
[1]氧化应激与线粒体自噬在运动预适应心肌保护效应中的作用及分子机制[D]. 原阳.上海体育学院 2017
[2]骨骼肌mTOR信号通路在运动后变化规律及对蛋白合成调控机制[D]. 朱一力.北京体育大学 2008
硕士论文
[1]不同运动训练时间大鼠心肌t-mTOR和p-mTOR蛋白的表达[D]. 申静.首都体育学院 2011
本文编号：3146668
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