运动对骨骼肌基因表达的表观遗传调控作用

DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA表达调控是表观遗传调控的3种重要方式,其在基因表达调控中发挥着关键作用。适当运动有益于身心健康。骨骼肌作为运动的主体组织,运动可以提高其代谢能力,改善其线粒体生物学功能,调控肌纤维类型转化,增加骨骼肌力量。近年来越来越多的研究表明,表观遗传调控在机体适应运动过程中发挥着重要作用,DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA表达调控等表观遗传调控方式通过调控骨骼肌基因表达来改变骨骼肌代谢能力、线粒体生物学功能和肌纤维类型,从而适应运动变化。本文对近年来运动对骨骼肌基因DNA甲基化、组蛋白修饰和相应miRNA表达调控等3种表观遗传调控方式的研究现状进行了综述,以期为进一步研究运动改善机体机能和健康提供参考。     

核受体在骨骼肌运动适应性变化中的作用及机理

运动诱导的骨骼肌适应性变化是骨骼肌在受到长期运动刺激后出现骨骼肌质量、快慢肌纤维比例、骨骼肌线粒体生物合成、自噬和氧化代谢水平以及骨骼肌运动损伤后修复等方面的变化,导致肌肉肥大、氧化代谢能力提高,从而提高运动能力。核受体是一类配体依赖性的转录因子,主要包括雄激素受体、雌激素受体、糖皮质激素受体、过氧化物酶体增殖物活化受体、甲状腺激素受体、Rev-Erbα以及孤儿核受体Nur77、Nor1和雌激素相关受体等,它们在运动诱导的骨骼肌适应性变化中发挥了重要作用。例如,可通过影响快肌肥大促进抗阻运动对肌肉力量和爆发力的增强、慢肌纤维比例的增加以及慢肌线粒体合成、自噬和氧化代谢酶的提高等途径促进耐力运动对肌肉耐力的增强等。该文就以上核受体在骨骼肌运动性适应中的作用及机制作一综述,这对理解运动增加骨骼肌质量、提高线粒体数量和功能的机制具有重要意义,为运动防治肌肉流失、改善骨骼肌代谢提供理论依据。     

一次性力竭运动对大鼠PHB1表达及线粒体功能的影响

目的：观察一次性力竭运动后大鼠脑、心、骨骼肌组织和线粒体中PHB1含量的变化及对大鼠线粒体功能的影响,探寻PHB1与线粒体功能和能量代谢的关系。方法：健康雄性SD大鼠40只,随机分为2组（n=20）：对照组和一次性力竭运动组,大鼠进行一次性急性跑台运动建立力竭运动模型。收集各组大鼠的心、脑和骨骼肌组织样品并提取线粒体,检测其呼吸功能和ROS的变化。用Western blot方法检测组织和线粒体中PHB1蛋白表达水平;用分光光度计检测各器官中ATP含量以及线粒体中复合体V活性（ATP合酶活性）。结果：①一次性力竭运动后脑、心肌、骨骼肌中ATP含量显著性降低;②一次性力竭运动后脑、心肌、骨骼肌线粒体中复合体V活性、RCR、ROS显著性降低,ST4均显著性升高,ST3无显著性差异。③一次性力竭运动后心、脑、骨骼肌线粒体中PHB1的表达显著性减少。④通过相关性分析得出：一次性力竭运动后心、脑、骨骼肌中ATP含量与心、脑、骨骼肌中复合体V活性呈正相关;心、脑、骨骼肌中ATP含量和心、脑骨骼肌中PHB1的表达呈正相关。结论：一次性力竭运动后,降低线粒体氧化磷酸化功能,使大鼠脑、骨骼肌线粒体内ROS生成增加,PHB1的表达、ATP含量和复合体V活性均下降。一次性力竭运动使得大鼠线粒体内PHB1表达降低,线粒体功能减弱,机体能量代谢降低。     

大鼠运动性疲劳模型的建立

目的建立大鼠运动疲劳模型,观察运动疲劳对大鼠各项生理、生化指标的影响。方法20只大鼠随机分为正常对照组和运动疲劳模型组,运动疲劳模型组大鼠每日按照方案进行锻炼。实验结束后大鼠检测相关指标：血清MDA含量和红细胞SOD活性,肝脏与骨骼肌MDA含量、SOD活性,骨骼肌线粒体游离钙离子含量,骨骼肌线粒体膜电位,下丘脑神经递质。电镜观察骨骼肌线粒体细微结构。结果运动疲劳模型组大鼠造模2周以后其血清、肝和骨骼肌MDA含量均有显著升高,红细胞和骨骼肌SOD活性均有显著降低,骨骼肌线粒体膜电位显著性降低,骨骼肌线粒体游离Ca2＋含量有显著性降低,下丘脑GABA、5-HT含量有显著升高,下丘脑DA、ACh含量有显著性下降,电镜观察显示骨骼肌超微结构改变并以线粒体改变较为明显。结论大鼠跑台运动2周可造成运动疲劳模型,并造成大鼠骨骼肌线粒体损伤。     

运动调控衰老骨骼肌UPRmt和线粒体自噬互作的机制

衰老性肌萎缩中的线粒体功能障碍与线粒体未折叠蛋白反应(mitochondrial unfolded protein response,UPRmt)和线粒体自噬构成的线粒体质量控制(mitochondrial quality control, MQC)的损伤密切相关。线粒体质量控制是线粒体维持内环境稳态的保护机制，其中UPRmt和线粒体自噬分别负责受损线粒体的修复和清除。UPRmt应对未折叠蛋白应激，维持线粒体和细胞蛋白质稳态，延长寿命并调节代谢重构，而线粒体自噬选择性地去除受损严重的线粒体，两者共同维护线粒体稳态。本文总结UPRmt与线粒体自噬的互作、衰老骨骼肌UPRmt与线粒体自噬的变化和运动逆转衰老骨骼肌UPRmt和线粒体自噬的机制，重点总结运动源的活性氧(reactive oxygen species, ROS)调控UPRmt与线粒体自噬互作的信号通路研究进展，并为衰老性肌萎缩进程中线粒体质量控制的维持提供参考。     

运动对线粒体介导骨骼肌细胞凋亡信号通路的影响

细胞凋亡是一种程序化的细胞死亡方式,其信号传导通路分为外源性和内源性两条主要途径,线粒体在内源性细胞凋亡途径中扮演着重要的角色。研究表明,运动可通过调节线粒体介导骨骼肌细胞凋亡的进程,而运动调节线粒体介导骨骼肌细胞凋亡信号通路影响机体细胞生物进程的机制仍有待研究。该文主要阐述了线粒体介导细胞凋亡信号传导通路及运动对其的调控作用机制,旨在为线粒体相关代谢性疾病的防治提供运动干预理论基础。     

HIPPO通路在骨骼肌再生、结构重塑及其运动干预中的研究进展

机械应力敏感信号HIPPO通路由上游MST1/2、中游LATS1/2和下游YAP三个核心组件构成，参与调控细胞增殖、分化、凋亡、蛋白质合成和干细胞自我更新等生理过程。在维持骨骼肌再生、能量代谢稳态、骨骼肌结构和功能重塑过程中发挥重要作用。已证实，通过抑制HIPPO通路的下游效应因子YAP磷酸化可促进YAP在细胞核内积累并形成复合物，从而促进相关基因的转录过程。本文对HIPPO通路的调控机制及其介导骨骼肌再生和蛋白质稳态调控的研究进展进行综述，重点分析运动干预下HIPPO通路在骨骼肌线粒体功能、凋亡和蛋白质合成中的可能作用，为深入研究运动干预改善骨骼肌再生和结构功能重塑的机制研究提供理论参考。     

运动性骨骼肌疲劳亚细胞机制的探讨

本实验采用持续性下坡跑运动,观察大鼠骨骼肌运动后不同时相线粒体形态、代谢、机能等指标的变化,结果表明：大鼠运动后即刻线粒体钙含量、细胞膜丙二醛（ＭＤＡ）值明显增加,ＡＴＰ含量和细胞膜Ｎａ＋,Ｋ＋－ＡＴＰ酶活性下降;运动后２４ｈ线粒体钙含量、ＭＤＡ值增加最明显,ＡＴＰ含量仍未恢复,细胞膜Ｎａ＋,Ｋ＋－ＡＴＰ酶活性基本恢复,线粒体体密度、平均体积比运动前明显增加,比表面缩小;运动后４８ｈＡＴＰ含量完全恢复,线粒体钙含量、ＭＤＡ值开始恢复。本研究结果提示,急性运动引起的细胞膜脂质过氧化加强、线粒体形态、代谢机能异常抑制线粒体氧化磷酸化过程、减少ＡＴＰ生成可能是运动性骨骼肌疲劳的亚细胞机制之一。耐力训练可以通过改善线粒体形态、代谢、机能提高机体的运动能力。     

CO2激光照射足三里穴对大鼠运动疲劳的缓解作用

目的:观察cO:激光照射及传统艾灸足三里穴对运动疲劳大鼠运动耐力、骨骼肌微循环及抗氧化酶活性的影响,初步探讨CO2激光照射足三里缓解运动疲劳的作用及其机制.方法:SD成年雄性大鼠,适应性游泳后随机分为正常对照组、模型组、艾灸组及激光组.采用无负重游泳方式建立大鼠运动疲劳模型,艾灸组及激光组在游泳运动的同时,分别采用CO2激光照射及艾灸足三里穴.末次力竭运动结束后,检测大鼠骨骼肌微循环,分离大鼠骨骼肌线粒体,检测线粒体内超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化酶(GSH-Px)的活性.结果:艾灸组和激光组大鼠的力竭运动时间显著高于模型组照组(P<0.05),仍显著低于正常对照组(P<0.05);艾灸组双侧胫骨前肌的血流灌注量、线粒体内SOD、GSH-Px含量均显著高于模型组(P<0.05).激光组腹直肌线粒体血流灌注量、线粒体内SOD、GSH-Px含量显著高于模型组(P<0.05);艾灸组与激光组的力竭运动时间、骨骼肌血流灌注量、线粒体内的SOD、GSH-Px含量相比,无显著性差异(P>0.05).结论:CO2激光照射足三里穴能够模拟传统的燃艾灸疗中的生物物理过程,从而实现仿生灸疗,可有效提高运动疲劳大鼠骨骼肌线粒体抗氧化酶活性、增加骨骼肌血流灌注,从而缓解运动疲劳.     

白细胞介素-6在骨骼肌质量调节中的作用

白细胞介素-6 (interleukin-6,IL-6)是一种多效性细胞因子参与机体免疫应答，并在不同器官、组织及细胞中发挥生物调节作用。IL-6具有抗炎和促炎的双重效应，在受到病原体感染发病的初期，机体内IL-6发挥抗炎作用，其水平在机体内适度升高，抵御机体炎症、维持机体内部稳态；但IL-6大量释放可造成过度炎症，引发机体的其他病理变化。而IL-6在调控骨骼肌质量方面亦有刺激骨骼肌蛋白质合成与降解的双重效应。骨骼肌作为机体重要的运动及代谢器官，也是IL-6的关键靶向之一。一方面，IL-6在应激骨骼肌的诱导和瞬时表达通过自分泌或旁分泌作用下，参与调节肌卫星细胞增殖、分化，介导骨骼肌生成与生长；另一方面，在衰老及病理条件下，机体IL-6水平显著提高，促使肌肉萎缩，因此，骨骼肌萎缩机制亦与IL-6相关。此外，骨骼肌也可作为内分泌器官，在运动应激下分泌并释放IL-6,后者作为“运动因子”实现骨骼肌与其他器官或组织间的“crosstalk”。鉴于IL-6在机体发挥的“多面手”作用，本文综述IL-6与骨骼肌质量调控机制相关研究进展，为揭示骨骼肌应激与适应分子机制提供理论参考。     

运动、肠道菌群代谢物——短链脂肪酸与骨骼肌代谢调控

寄生于人体的肠道菌群是一个高度动态化和个体化的复杂生态系统,受遗传、环境、饮食、年龄和运动等因素的影响,并通过其产生的代谢物与机体众多组织器官产生广泛的应答效应。短链脂肪酸(short chain fatty acid, SCFA)主要是由位于盲肠和结肠内的菌群以膳食纤维为底物发酵产生,其被吸收进入肠系膜上下静脉,随后汇入门静脉至肝。部分短链脂肪酸被肝作为糖异生和脂质合成的底物,剩余的短链脂肪酸以游离脂肪酸的形式经肝静脉进入外周循环。研究发现,运动可使产生SCFA的肠道菌群组分的丰度提高和参与调控SCFA生成的相关基因表达增加,使肠道中短链脂肪酸含量增加。由短链脂肪酸刺激结肠内分泌细胞合成分泌的胰高血糖素样肽1(glucagon like peptide-1, GLP-1)可促使胰岛B细胞合成分泌胰岛素,进而调节骨骼肌的葡萄糖摄取与糖原合成。此外,短链脂肪酸通过提高骨骼肌胰岛素受体底物1(insulin receptor substrate 1,IRS1)基因转录起始位点附近的组蛋白乙酰化水平,增强骨骼肌的胰岛素敏感性。同时,短链脂肪酸通过激活腺苷酸活化蛋白质激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)促进骨骼肌的脂肪酸摄取、脂肪分解和线粒体生物发生,抑制脂肪合成。本文就肠道菌群代谢物——短链脂肪酸概述、运动对产生短链脂肪酸的肠道菌群的影响和运动介导肠道菌群代谢物——短链脂肪酸对骨骼肌代谢调控机制的最新研究进展进行综述,为骨骼肌运动适应的新机制研究提供理论依据。     

高强度间歇训练：调节骨骼肌质量及功能的新手段

近年来,高强度间歇训练（high-intensity interval training,HIIT）被认为是一种调节骨骼肌质量及功能的运动方式,但其具体作用和机制以及运动和检测中需要注意的问题尚不明确。因此,梳理HIIT与骨骼肌质量及功能的关系显得尤为重要。本文综述HIIT上调骨骼肌蛋白质合成速率和下调萎缩速率、引发肌肉重塑和调节肌纤维类型、促进血管生成和血流灌注、介导骨骼肌线粒体含量上调和功能改善、增加肌肉力量和与膳食补充的协同作用等影响骨骼肌质量及功能的研究进展,为HIIT预防和改善肌肉丢失和功能下降提供理论依据和应用策略。     

microRNA在衰老性肌萎缩和运动干预中的调节作用

衰老性肌萎缩症是由于衰老所致的骨骼肌质量减少及功能减退的增龄性机能退化症,运动干预是其防治的最有效措施之一。研究表明,microRNAs (miRNAs)作为基因表达的调控因子,通过调节骨骼肌发育(增殖、分化)、线粒体生物发生、蛋白质合成与降解、炎症反应和代谢途径来维持衰老骨骼肌细胞稳态。此外,运动可改变miRNAs表达水平,调节骨骼肌细胞的代谢平衡,从而改善衰老相关的骨骼肌质量、组成和功能的变化。本文综述了miRNAs在衰老性肌萎缩症中的调节机制,阐述在运动条件下miRNAs在衰老性肌萎缩症中的调控作用和分子机制,以期为预防和治疗衰老性肌萎缩症提供新的思路。     

耗竭性运动对大鼠骨骼肌线粒体内膜的影响

观察SD大鼠一次急性运动至力竭后骨骼肌线粒体内膜流动性、NADH-CoQ还原酶及ATP酶活性变化．结果显示,大鼠骨骼肌线粒体内膜微粘度较安静时显著增高,线粒体内膜NADH-CoQ还原酶和ATP酶活性分别较安静时下降34．2％和46．2％．研究提示,耗竭性运动后大鼠骨骼肌线粒体呼吸链内膜分子动力学和呼吸链酶组分活性变化,可能是运动性疲劳重要的膜分子特征．     

心衰合并肌少症的运动干预研究进展

心衰合并肌少症导致骨骼肌萎缩和功能衰退。运动干预是治疗心衰合并肌少症最有效且有充分临床证据的方法,有氧运动、高强度间歇运动和抗阻运动均可有效治疗心衰合并肌少症。运动干预通过调节骨骼肌蛋白质合成与降解失衡、抑制骨骼肌炎症与氧化应激、改善骨骼肌线粒体功能障碍和调节骨骼肌细胞因子的表达与分泌等途径改善心衰合并肌少症。本文对心衰合并肌少症的运动干预疗效和机制进行分析,旨在为心衰合并肌少症的运动干预方法及治疗靶点筛选提供有价值的参考。     

低氧复合运动抑制低氧诱导的骨骼肌线粒体DNA氧化损伤

本文旨在观察低氧复合运动对低氧状态下大鼠骨骼肌线粒体DNA(mtDNA)氧化损伤及线粒体8-氧鸟嘌呤DNA糖基化酶(OGG1)表达的影响,并探讨其可能机制。雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠随机分为常氧对照组(NC)、常氧运动组(NT)、低氧对照组(HC)和低氧复合运动组(HT)。低氧干预为常压低氧帐篷,11.3%氧浓度持续暴露4周。运动干预为跑台训练(5o,15m/min),60 min/d,5 d/周,共4周。结果显示,HC组与NC组比较,线粒体复合体I、II、IV、ATP合成酶活性和膜电位显著降低(P0.05或P0.01),锰超氧化物歧化酶(MnSOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和OGG1活性显著降低(P0.05或P0.01),线粒体活性氧(ROS)生成速率和mtDNA中8-oxodG含量显著升高(P0.01),SIRT3蛋白表达、骨骼肌和线粒体烟碱胺腺嘌呤二核苷酸氧化还原型比值([NAD+]/[NADH])显著降低(P0.05或P0.01)。HT组和HC组比较,线粒体复合体I、II、IV、ATP合成酶活性和膜电位显著升高(P0.05或P0.01),MnSOD、GPx、OGG1活性和线粒体OGG1蛋白表达显著升高(P0.01),线粒体ROS生成速率和mtDNA中8-oxodG含量显著降低(P0.01),SIRT3蛋白表达、骨骼肌和线粒体[NAD+]/[NADH]显著升高(P0.05或P0.01)。以上结果提示,低氧复合运动可上调线粒体OGG1和抗氧化酶,抑制低氧诱导的mtDNA氧化损伤,运动训练对[NAD+]/[NADH]和SIRT3的上调可能参与了对骨骼肌线粒体低氧耐受能力的增强调控。     

FUNDC1与运动诱导线粒体自噬北大核心CSCD

线粒体为细胞正常生命活动提供物质和能量,然而各种因素会导致线粒体损伤,衰老及功能紊乱。线粒体自噬是维持细胞稳态,及时清除细胞潜在危险因素的关键过程,FUNDC1是新近发现的一种线粒体自噬受体蛋白,在介导线粒体自噬方面有重要作用。运动是激活线粒体自噬的应激条件,其诱导骨骼肌线粒体自噬及FUNDC1在此过程中的作用机制正逐步明确。本文介绍FUNDC1的结构、功能和调节,分析FUNDC1与线粒体分裂、融合、自噬的关系,探讨运动诱导线粒体自噬过程中FUNDC1的调控机制,为进一步研究提供参考依据。     

FUNDC1与运动诱导线粒体自噬

线粒体为细胞正常生命活动提供物质和能量,然而各种因素会导致线粒体损伤,衰老及功能紊乱。线粒体自噬是维持细胞稳态,及时清除细胞潜在危险因素的关键过程,FUNDC1是新近发现的一种线粒体自噬受体蛋白,在介导线粒体自噬方面有重要作用。运动是激活线粒体自噬的应激条件,其诱导骨骼肌线粒体自噬及FUNDC1在此过程中的作用机制正逐步明确。本文介绍FUNDC1的结构、功能和调节,分析FUNDC1与线粒体分裂、融合、自噬的关系,探讨运动诱导线粒体自噬过程中FUNDC1的调控机制,为进一步研究提供参考依据。     

长期亚磁场处理降低成年雄性小鼠肌肉组织的线粒体功能和运动能力*

亚磁场是深空载人航天任务中的一个关键风险因素。研究表明,亚磁场影响动物多种运动相关行为,但长期亚磁场处理对成年个体运动能力的影响还需要进一步的研究,以评估深空飞行任务中亚磁场的潜在风险。本研究利用三轴亥姆霍兹线圈系统模拟的亚磁环境,长期（一个月）曝露处理成年雄性C57BL/6小鼠,并从行为,组织,细胞,分子水平研究其对小鼠运动能力的影响。相比于地磁组对照,亚磁组小鼠的耐力显著下降。并且,其骨骼肌中柠檬酸水平和肌膜下线粒体数量的下降,以及骨骼肌线粒体形态的变化,表明亚磁场诱导了肌肉线粒体功能抑制,并可能导致其与耐力密切相关的能量代谢的下降。我们的研究结果为线粒体直接响应亚磁场提供了体内证据,并且提示线粒体相关指标可能用于亚磁场效应的风险评估和干预药物的开发。