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。     

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。     

模拟高原训练损伤小肠黏膜屏障引发NF-κB等炎症因子水平上调北大核心CSCD

运动员在高原训练中,低氧与运动双重应激中常出现的腹泻、腹痛、食欲不振及其他消化系统紊乱,可能与小肠微观形态受损和伴随发生的细菌增殖异位及炎症有关。本研究构建SD大鼠高原训练模型,观察模拟高原训练对大鼠携氧用氧能力、小肠黏膜屏障完整性、小肠细菌量及小肠NF-κB等炎症因子表达的影响。血液细胞分析结果显示,低氧暴露和低氧训练导致大鼠红细胞数和红细胞压积显著上升。苏木精-伊红染色组织切片证实,低氧暴露导致大鼠小肠机械屏障轻微损伤,低氧训练导致大鼠小肠机械屏障严重受损。荧光原位杂交结果显示,低氧暴露导致大鼠小肠出现细菌增殖发生菌群异位,低氧训练导致增殖和异位现象加剧。蛋白质免疫印迹结果显示,NF-κB仅在低氧暴露和低氧训练组出现高表达,运动组与大鼠对照组无显著差异。逆转录聚合酶链式反应结果显示,TNF-α和IL-6作为NF-κB的下游因子,出现相似的变化趋势。以上结果表明,本研究建立的动物模型可以达到模拟高原训练的目的,高原训练导致大鼠小肠机械屏障被破坏,发生细菌增殖、细菌异位,进而引发小肠炎症因子水平上升。初步揭示了高原训练中运动员出现消化系统不适、腹泻的原因。对于通过补充有益菌的方式平衡菌群,缓解小肠损伤及炎症,解决高原训练中运动员消化系统不适的问题有待继续研究。