4周爬梯抗阻训练对低氧诱导大鼠骨骼肌萎缩的影响

目的探究抗阻训练抵抗低氧诱导骨骼肌萎缩的效果,为解决高原训练期间运动员骨骼肌丢失问题提供理论依据。方法 8周龄雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠24只,平均体重约230 g,随机分为4组:常氧安静组(C)、常氧抗阻训练组(R)、低氧安静组(H)和低氧抗阻训练组(HR)。H和HR组在模拟海拔4000 m,R和HR组则进行抗阻训练,进行4周的低氧及抗阻训练干预后测试各组大鼠体成分,比目鱼肌、趾长伸肌、腓肠肌、肱二头肌的湿重和肌纤维横截面积。结果观察到HR组瘦体重显著高于H组,H组瘦体重显著低于C组;HR组的肱二头肌湿重和肌纤维横截面积显著高于H组。结论抗阻训练有助于预防低氧诱导骨骼肌萎缩的发生,爬梯形式的抗阻练习可刺激大鼠肱二头肌的肥大。     

低氧影响蛋白质合成和分解的平衡诱导骨骼肌萎缩

暴露在低氧环境下,可能会引起胃肠功能障碍和摄食量下降,打破骨骼肌蛋白质合成和分解平衡,造成骨骼肌萎缩。为探讨低氧环境下骨骼肌的萎缩是低氧环境引起的还是低氧诱发的摄食量减少所致,本研究检测大鼠腓肠肌中低氧时蛋白质合成与分解相关基因的蛋白质表达。将21只雄性SD大鼠,随机分为3组：常氧对照组、低氧组（氧浓度为12.4%,模拟海拔4 000 m高度）和配对组（大鼠的摄食量与低氧组前1 d的摄食量相同）,每组7只,每天记录大鼠体重和摄食量。4周后,HE染色法观察腓肠肌肌纤维形态,Western印迹测试相关蛋白质水平。低氧组和配对组摄食量在低氧干预初期,较常氧对照组有显著性下降(P<0.05),干预后期差异不明显;干预期间,低氧组大鼠体重平均增加量(102.10 g)、体重(341.20 ± 16.75 g)、肌肉总量（226.83 ± 8.33 g）和腓肠肌肌纤维横截面积(12.67 ± 1.83 mm)较常氧对照组（128.00 g;377.50 ± 20.75 g;260.50 ± 9.35 g;15.78 ± 2.38 mm）和配对组（119.40 g;375.86 ± 11.30 g;262.29 ± 7.90 g;15.71 ± 2.82 mm）均显著下降,配对组较常氧对照组无显著性差异;4周干预后,与常氧对照组相比,低氧组大鼠腓肠肌中与低氧相关的HIF1α显著增加(1.42 ± 0.19, P<0.05),Akt和p-Akt/Akt显著降低 (1.44 ± 0.13; 0.47 ± 0.08, P<0.05),配对组上述3种指标相对表达量均无显著性差异;在蛋白质合成方面,低氧组mTOR较常氧对照组显著下降(0.63 ± 0.18, P<0.05),配对组较常氧对照组差异不明显;低氧组腓肠肌中,4EBP1(1.14 ± 0.14)和p70S6K1(1.14 ± 0.11)较配对组显著下降(P<0.05)。在蛋白质分解方面,低氧组p-FoxO1和p-FoxO1/FoxO1比值较常氧对照组显著下降(0.71 ± 0.15; 0.78 ± 0.14, P<0.05);低氧组大鼠腓肠肌中,Atrogin1、MuRF1、Beclin1、LC3Ⅰ及LC3Ⅱ/Ⅰ比值均高于常氧对照组(1.35 ± 0.12; 1.30 ± 0.22; 1.17 ± 0.11; 1.03 ± 0.11; 1.35 ± 0.13, P<0.05);配对组与常氧对照组间无明显差异。低氧环境下骨骼肌中蛋白质合成相关基因表达减少,蛋白质分解相关基因表达增加,造成骨骼肌萎缩,体重下降,此变化与摄食量减少无关。     

低氧经mTOR/4E-BP1和FoxO1/Atrogin-1通路影响骨骼肌蛋白质积累

低氧暴露对骨骼肌蛋白质合成/分解的影响受到广泛关注,但该过程中相关调控通路的研究仍十分有限。本研究拟通过蛋白质相对积累量来研究合成和分解通路的变化。将骨骼肌细胞置于低氧环境中培养,分别在0 h、6 h、12 h和24 h收集细胞,并进行检测。免疫荧光观察肌球蛋白(myosin),翻译表面感应检测蛋白质合成,Western印迹法测试蛋白质合成相关基因(ERK1/2、p-ERK1/2、mTOR、p-mTOR、4E-BP1、p-4E-BP1)、蛋白质分解相关基因(泛素、FoxO1、p-FoxO1、MuRF1和Atrogin-1)表达量。结果发现,随着低氧干预时间延长,肌纤维直径和骨骼肌细胞中蛋白质相对积累量随时间逐渐减小(P<0.01)。与0 h相比,6 h p-4E-BP1/4E-BP1和Atrogin-1的表达显著上调(P<0.05),p-mTOR表达显著高于0 h(P<0.01);6 h和24 h p-mTOR/mTOR的比值显著大于0 h(P<0.05),而p-FoxO1/FoxO1的比值随时间逐渐减小(P<0.01)。上述结果表明,低氧干预能够使骨骼肌细胞直径减少、骨骼肌细胞蛋白质积累减少,并且低氧打破骨骼肌细胞蛋白质合成和分解的平衡,可能是通过调节mTOR/4E-BP1通路活性和FoxO1/Atrogin-1通路的活性实现的。     

基于RNA测序分析不同低氧暴露模式对大鼠胫骨前肌差异基因表达的影响

目的 筛选慢性间歇低氧暴露和急性低氧暴露对大鼠胫骨前肌差异表达基因及其相关通路分析.方法 SD大鼠24只,分为常氧对照组(C组)、慢性间歇低氧组(IH组,氧浓度为12.4％,每天8 h,共4周)和急性低氧组(AH组,氧浓度为12.4％,每天24 h,共3 d).干预后,测试抓力和瘦体重,取胫骨前肌(TA)进行HE染色后...     

低氧暴露诱导肌萎缩发生的机制探讨

高海拔地区常伴随着诸多不利环境因素,使初上高原者处于应激状态,对机体代谢系统产生一系列不良影响,其中之一就是诱发骨骼肌萎缩。肌萎缩是一种肌肉功能减退的反应,表现为肌纤维横截面积减小,肌纤维类型转变和肌肉力量、耐力下降。高原环境造成的肌萎缩与低氧环境密切相关。高原训练是竞技体育中一种提高氧运输能力、心脏供血能力及最大摄氧量的有效训练方式,但此过程中造成的骨骼肌质量丢失会影响运动员力量和耐力的发挥,不利于运动表现;同时,随着高原旅游和低氧减肥的兴起,世居平原大众进入高原后发生的肌量丢失和肌力下降也会影响其健康状态。低氧暴露所诱发的肌萎缩程度由低氧浓度和暴露时长所决定,是一个多器官、多组织参与的整体调控骨骼肌蛋白代谢失衡的过程,且在不同类型的肌纤维中表现不同。但目前关于低氧暴露导致肌萎缩的机制还不完全清楚。因此,本文将就该问题相关研究进展进行综述,以期进一步阐明低氧诱导肌萎缩的生物学机制,从而利用低氧刺激更好地提高运动成绩和服务大众健康。     

Ghrelin-GHSR通路在急性低氧暴露大鼠胃炎症反应中的调节作用

由胃合成分泌的食欲刺激激素（ghrelin）可通过结合并激活生长激素促分泌激素受体,（growth hormone secretagogue receptor,GHSR）在调节胃功能方面发挥重要作用。急性低氧暴露导致的消化系统营养吸收障碍和胃肠道炎症反应是否通过Ghrelin-GHSR通路调控尚无研究。本研究采用Wistar大鼠为研究对象,随机分为4组：低氧暴露0 h组、12 h组、24 h组和48 h组,低氧干预在10.2%氧浓度的低氧房中进行。干预前后记录体重;通过分子生物学检测指标评价胃组织炎症因子含量、食欲刺激激素和下丘脑GHSR mRNA相对含量和蛋白质表达水平。本研究证实,随着低氧暴露时间的延长,大鼠体重减少量逐渐增加（12 h：3.73±3.08 g、24 h：8.77±5.04 g、48 h：12.53±6.16 g）;胃组织炎症因子IL-2、IL-4、IL-10、TNFα和MCP-1蛋白含量在低氧12 h后增加（4816.9±983.7 / 9074.5±1107.8 / 18895.1±2967.5 / 37.1±9.8 / 143.5±12.5 pg/mL vs. 166.1±34.6 / 38.3±4.2 / 1429.6±123.9 / 1.7±0.3 / 13.5±2.1 pg/mL）,随着低氧时间延长,炎症因子水平逐渐下降至正常水平（24 h：846.4±94.8 / 1269.8±167.9 / 5769.7±892.6 / 7.5±2.1 / 39.3±8.5 pg/mL;48 h：546.5±97.3 / 374.9±84.9 / 1889.7±982.3 / 2.1±0.8 / 24.6±6.4 pg/mL）;低氧12 h后胃组织食欲刺激激素 mRNA水平较0 h组下降（0.49±0.06 vs. 1, P < 0.05）,48 h后上升（3.79±0.54 vs. 1, P < 0.01）,胃组织的食欲刺激激素蛋白含量在低氧24 h和48 h后均出现上升（1.23±0.15 / 1.16±0.12 vs. 1, P < 0.05）;下丘脑GHSR mRNA在低氧48 h后上升（1.99±0.29 vs. 1, P < 0.01）,蛋白质水平在低氧24 h和48 h后均出现下降（0.35±0.06 / 0.48±0.04 vs. 1, P < 0.05）。表明急性低氧暴露会导致Ghrelin-GHSR通路下调,进而促进胃组织炎症反应,而随着低氧暴露时长的延续,Ghrelin-GHSR通路可通过下调胃中炎症因子水平而避免消化系统的进一步损伤。     

低氧影响蛋白质合成和分解的平衡诱导骨骼肌萎缩

暴露在低氧环境下,可能会引起胃肠功能障碍和摄食量下降,打破骨骼肌蛋白质合成和分解平衡,造成骨骼肌萎缩。为探讨低氧环境下骨骼肌的萎缩是低氧环境引起的还是低氧诱发的摄食量减少所致,本研究检测大鼠腓肠肌中低氧时蛋白质合成与分解相关基因的蛋白质表达。将21只雄性SD大鼠,随机分为3组：常氧对照组、低氧组（氧浓度为12.4%,模拟海拔4 000 m高度）和配对组（大鼠的摄食量与低氧组前1 d的摄食量相同）,每组7只,每天记录大鼠体重和摄食量。4周后,HE染色法观察腓肠肌肌纤维形态,Western印迹测试相关蛋白质水平。低氧组和配对组摄食量在低氧干预初期,较常氧对照组有显著性下降(P<0.05),干预后期差异不明显;干预期间,低氧组大鼠体重平均增加量(102.10 g)、体重(341.20 ± 16.75 g)、肌肉总量（226.83 ± 8.33 g）和腓肠肌肌纤维横截面积(12.67 ± 1.83 mm)较常氧对照组（128.00 g;377.50 ± 20.75 g;260.50 ± 9.35 g;15.78 ± 2.38 mm）和配对组（119.40 g;375.86 ± 11.30 g;262.29 ± 7.90 g;15.71 ± 2.82 mm）均显著下降,配对组较常氧对照组无显著性差异;4周干预后,与常氧对照组相比,低氧组大鼠腓肠肌中与低氧相关的HIF1α显著增加(1.42 ± 0.19, P<0.05),Akt和p-Akt/Akt显著降低 (1.44 ± 0.13; 0.47 ± 0.08, P<0.05),配对组上述3种指标相对表达量均无显著性差异;在蛋白质合成方面,低氧组mTOR较常氧对照组显著下降(0.63 ± 0.18, P<0.05),配对组较常氧对照组差异不明显;低氧组腓肠肌中,4EBP1(1.14 ± 0.14)和p70S6K1(1.14 ± 0.11)较配对组显著下降(P<0.05)。在蛋白质分解方面,低氧组p-FoxO1和p-FoxO1/FoxO1比值较常氧对照组显著下降(0.71 ± 0.15; 0.78 ± 0.14, P<0.05);低氧组大鼠腓肠肌中,Atrogin1、MuRF1、Beclin1、LC3Ⅰ及LC3Ⅱ/Ⅰ比值均高于常氧对照组(1.35 ± 0.12; 1.30 ± 0.22; 1.17 ± 0.11; 1.03 ± 0.11; 1.35 ± 0.13, P<0.05);配对组与常氧对照组间无明显差异。低氧环境下骨骼肌中蛋白质合成相关基因表达减少,蛋白质分解相关基因表达增加,造成骨骼肌萎缩,体重下降,此变化与摄食量减少无关。     

低氧对肥胖小鼠棕色脂肪组织相关基因表达的影响及其机制

目的：分析肥胖小鼠在低氧暴露后棕色脂肪组织的差异表达基因及通路,以探讨低氧影响棕色脂肪组织活化的机制。方法：30只雄性C57BL/6J小鼠,其中8只为普通对照组（N,n=8）;其余饲喂高脂饲料8周后,肥胖建模成功小鼠随机分为两组：肥胖对照组（OB,n=8）和肥胖低氧组（H,n=8）。H组进行11.2%氧浓度8 h/d,6天/周共4周的低氧暴露。4周后,测试血糖、血脂,取肩胛处棕色脂肪组织进行mRNA表达谱芯片扫描和生物信息学分析。利用KOBAS2.0软件对所筛选差异表达基因,并对参与关键生物过程和信号通路的差异基因进行实时荧光qPCR验证。结果：干预结束后,H组较OB组体重和血脂血糖水平显著降低;OB组较N组的上调差异基因802个,下调1 175个,差异基因的功能主要集中在糖脂合成代谢及免疫炎症反应过程;H组较OB组上调基因297个,下调228个,主要参与的生物过程有糖脂代谢、脂质转运过程、肌肉组织发育过程及脉管系统发育过程;低氧暴露调节肥胖机体棕色脂肪的通路主要集中在HIF-1、PI3K-Akt、FoxO和ErbB信号通路等过程。结论：11.2%氧气暴露可通过调节一系列棕色脂肪相关基因表达而提高棕色脂肪活性,从而下调肥胖机体体重。     

抗阻训练通过Akt-FoxO1通路抑制低氧诱导的骨骼肌萎缩

高原低氧环境会引起肌力下降和运动能力退化,而抗阻训练是刺激骨骼肌生长的重要手段,叉头转录因子1（fork head box protein O 1,FoxO1）在调控骨骼肌蛋白质分解通路中承担重要角色。为探究Akt-FoxO1通路是否参与抗阻训练抑制低氧诱导的骨骼肌萎缩,本研究构建低氧诱导骨骼肌萎缩的大鼠模型,并模拟海拔4 000 m低氧环境下（12.4% O2）进行抗阻训练,对比观察大鼠比目鱼肌和趾长伸肌湿重和横截面积,以及蛋白激酶B（protein kinase B,Akt）、叉头转录因子1、泛素蛋白连接酶1（muscle ring finger 1,MuRF1）的表达差异等。结果表明,低氧暴露导致大鼠趾长伸肌湿重显著下降,苏木精-伊红染色组织切片分析肌纤维横截面积、低氧环境下比目鱼肌横截面积明显下降,而低氧抗阻训练后趾长伸肌横截面积明显高于安静组。实时荧光定量PCR和蛋白质免疫印迹结果显示,低氧暴露后FoxO1和MuRF1基因表达明显上调,低氧下抗阻训练后发现,Akt基因表达明显上调而FoxO1、MuRF则明显下调。免疫荧光观察磷酸化FoxO1在细胞核内外表达情况,发现抗阻训练后FoxO1（S256）于细胞核外表达增强。上述结果表明,抗阻训练可以达到抑制低氧诱导骨骼肌萎缩的效果,Akt促进FoxO1磷酸化从而减缓骨骼肌蛋白质分解过程是抗阻训练能够抑制骨骼肌萎缩的分子机制之一。     

低氧暴露所致大鼠骨骼肌萎缩的蛋白转化调节机制

目的 对比低氧暴露和常氧下配对低氧摄食干预(半饥饿状态)下大鼠骨骼肌蛋白质合成和分解相关基因表达的差异,以探讨低氧暴露诱导骨骼肌萎缩发生的可能机制。方法 SD大鼠分为:①常氧正常饮食组(C组);②低氧正常饮食组(H组),氧气浓度为12.4%;③常氧配对饮食组(P组),投食量即为H组前一天摄食量。4周干预后测量大鼠体成分,取比目鱼肌(SOL)和趾长伸肌(EDL),称量湿重;HE染色观察肌纤维形态,计算肌纤维横截面积(FCSA);WB测试骨骼肌中HIF1α、Akt、p-Akt及骨骼肌蛋白合成和分解相关基因蛋白含量。结果 1)H组大鼠体重较C组持续下降,P组与C组间无显著性差异;干预初期H组(P组同)摄食量较C组显著下降,后期两组间无差异;(2)干预后,H组大鼠体质量和肌肉总量较C组和P组显著性降低,P组与C组间无差异;H组两肌肉湿重较C组显著下降;H组EDL的FCSA显著低于C组和P组;(3)H组EDL中HIF1α蛋白含量显著高于C组;H组和P组SOL中p-Akt/Akt比值显著低于C组;H组EDL中mTOR、4EBP1蛋白含量显著低于C组,atrogin1、MuRF1、beclin1蛋白含量及LC3Ⅱ/Ⅰ比值显著高于C组,H组SOL中MuRF1蛋白含量显著高于C组和P组。结论 低氧所致的骨骼肌萎缩由低氧特异性因素诱发,表现为以快肌为主的骨骼肌蛋白合成减少和分解增加,而非低氧下摄食量减少引起。