高住低訓(xùn)對(duì)大鼠骨骼肌myostatin mRNA表達(dá)的影響

賀道遠(yuǎn)　葉鳴　朱一力　曾凡星

摘要：為了探討肌肉質(zhì)量負(fù)調(diào)控因子肌肉生長(zhǎng)抑制素（myostatin）在低氧和運(yùn)動(dòng)調(diào)控骨骼肌質(zhì)量中的作用，將SD大鼠分為常氧對(duì)照組、常氧運(yùn)動(dòng)組、低氧暴露即刻組、高住低訓(xùn)即刻組、低氧暴露復(fù)氧1周組、高住低訓(xùn)復(fù)氧1周組。運(yùn)動(dòng)方式為跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)。采用人工模擬氧濃度13.6%的低氧環(huán)境進(jìn)行間歇性低氧暴露，每天晚上在氧濃度13.6%低氧艙內(nèi)低氧暴露12 h，共4周,實(shí)驗(yàn)后取腓腸肌稱重，采用RT睵CR方法測(cè)定腓腸肌myostatin mRNA的表達(dá)。結(jié)果表明：1）與常氧對(duì)照組比，高住低訓(xùn)即刻組體重顯著下降，腓腸肌質(zhì)量顯著下降（P<0.05）；2) 與常氧對(duì)照組比，常氧運(yùn)動(dòng)組骨骼肌myostatin mRNA表達(dá)明顯上升（P<0.05）；3) 4周低氧暴露后骨骼肌myostatin mRNA表達(dá)明顯上升（P<0.05），復(fù)氧1周后被完全抑制；4) 4周高住低訓(xùn)后骨骼肌myostatin mRNA表達(dá)明顯上升（P<0.05），復(fù)氧1周后被完全抑制。高住低訓(xùn)后骨骼肌質(zhì)量丟失，myostatin mRNA表達(dá)上升。提示高住低訓(xùn)調(diào)節(jié)骨骼肌質(zhì)量可能與運(yùn)動(dòng)、低氧調(diào)控骨骼肌myostatin水平有關(guān)。

關(guān)鍵詞： 運(yùn)動(dòng)素質(zhì)與生物力學(xué)；肌肉生長(zhǎng)抑制素；肌肉質(zhì)量

中圖分類號(hào)： G 804.2 文章編號(hào)：1009783X(2012)03028004 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

收稿日期：20100519

基金項(xiàng)目：教育部全國(guó)高校博士點(diǎn)基金（20050043002）;三峽大學(xué)人才基金（KJ2008B062）。

作者簡(jiǎn)介：賀道遠(yuǎn)（1967—），男，湖北荊州人，博士，教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)適應(yīng)的分子調(diào)控機(jī)制；葉鳴（1975—），女，陜西綏德人，博士，副教授，研究方向?yàn)榈脱跤?xùn)練；朱一力（1961—），男，北京人，博士，副教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的能量代謝；曾凡星（1956—），男，湖北荊州人，博士，教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)調(diào)控的內(nèi)分泌機(jī)制。

作者單位：1.三峽大學(xué)體育學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.首都體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)生理教研室，北京 100191；3.北京體育大學(xué) 運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)學(xué)院，北京 100084

1.School of Physical Education,China Three Gorges University,Hubei 443002,China；2.Department of Exercise Physiology,Capital University of Physical Education and Sports,Beijing 100191,China；3.School of Human Kinesiology,Beijing Sport University,Beijing 100084,China.肌肉生長(zhǎng)抑制素（myostatin）又稱為生長(zhǎng)分化因子8（growth and differential factor8）即GFD 8，是TGF撥魯家族的一個(gè)成員，主要在胚胎生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期和成熟的骨骼肌中表達(dá)，對(duì)骨骼肌的生長(zhǎng)具有強(qiáng)烈的負(fù)調(diào)節(jié)作用。McPherron[1]通過(guò)觀察myostatin基因敲除或基因突變的小鼠，發(fā)現(xiàn)其骨骼肌體積是正常野生型小鼠的3倍以上，而其他生長(zhǎng)發(fā)育性狀上沒(méi)有任何表現(xiàn)型的差異。有報(bào)道阻力運(yùn)動(dòng)后肌肉肥大，myostatin表達(dá)下降。而耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)其表達(dá)影響不清楚。低氧暴露和低氧運(yùn)動(dòng)影響肌肉生長(zhǎng)和質(zhì)量，但未見(jiàn)任何有關(guān)低氧、低氧復(fù)合運(yùn)動(dòng)對(duì)myostatin表達(dá)影響的報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)探討高住低訓(xùn)對(duì)骨骼肌myostatin mRNA表達(dá)影響的規(guī)律，為揭示運(yùn)動(dòng)和低氧調(diào)控肌肉生長(zhǎng)的分子機(jī)制提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 動(dòng)物及分組

健康雄性、SPF級(jí)2月齡的SD大鼠，體重180~200 g，由北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。晝夜節(jié)律人工控制光照，環(huán)境溫度（23±2）℃，動(dòng)物自由取食及飲水，飼養(yǎng)1周后用于實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物隨機(jī)分４大組：常氧對(duì)照組（Ｃ）、常氧運(yùn)動(dòng)組（Ｅ）、低氧暴露組（Ｈ）、高住低訓(xùn)組（HL）。低氧暴露組又分低氧暴露即刻組、低氧暴露復(fù)氧1周組，高住低訓(xùn)組又分為高住低訓(xùn)即刻組、高住低訓(xùn)復(fù)氧1周組，共6小組，每組6只。

注：myostatin mRNA表達(dá)為myostatin/actin的相對(duì)值，結(jié)果為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差，n=6，*表示與常氧對(duì)照相比有顯著性差異，P<0.05；#表示與4周即刻組比復(fù)氧1周組有顯著差異，P<0.05。

3 分析與討論

體重狀況是機(jī)體生長(zhǎng)正常與否的標(biāo)志。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，4周高住低訓(xùn)后大鼠體重比常氧對(duì)照組減少了16.6%，高住低訓(xùn)明顯抑制大鼠體重的增重。早前的研究顯示，人體在高原訓(xùn)練過(guò)程中體重下降[24]，動(dòng)物在低氧訓(xùn)練時(shí)體重也下降[56] ，我們的結(jié)果與這一致。高住低訓(xùn)對(duì)體重的影響與低氧暴露和運(yùn)動(dòng)2方面都有關(guān)[7]。研究還表明，4周耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)體重增重影響不大，而4周低氧暴露后體重增重比對(duì)照減少了14.7%，其變化過(guò)程和幅度與高住低訓(xùn)的影響類似，因此低氧是高住低訓(xùn)影響體重的主要因素。

體重主要與能量的平衡狀況有關(guān)，受營(yíng)養(yǎng)、運(yùn)動(dòng)、生長(zhǎng)發(fā)育、機(jī)體內(nèi)分泌狀況等影響。研究顯示：代謝調(diào)控因子如生長(zhǎng)激素（GH），胰島素樣生長(zhǎng)因子1（IGF1）等對(duì)體重有調(diào)節(jié)作用，IGF1促進(jìn)常氧下的體重增重，也對(duì)低氧狀況所致體重的下降有明顯的控制作用[8]，但myostatin水平與體重的關(guān)系還不清楚，未見(jiàn)任何報(bào)道。

肌肉質(zhì)量影響肌肉收縮等骨骼肌的機(jī)能。無(wú)論是力量運(yùn)動(dòng)還是速度、耐力運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)能力都主要取決于肌肉質(zhì)量。本研究發(fā)現(xiàn)，4周高住低訓(xùn)后肌肉質(zhì)量下降，這可能與低氧和運(yùn)動(dòng)2種因素都有關(guān)，但低氧可能是主要影響因素。本實(shí)驗(yàn)觀察到4周低氧暴露和常氧運(yùn)動(dòng)后肌肉質(zhì)量均顯著下降，但低氧暴露后肌肉質(zhì)量下降幅度更明顯。肌肉質(zhì)量的下降主要包括肌肉蛋白的丟失，本實(shí)驗(yàn)中肌肉質(zhì)量的下降表明低氧運(yùn)動(dòng)影響蛋白代謝。

肌肉質(zhì)量受營(yíng)養(yǎng)、運(yùn)動(dòng)、內(nèi)分泌狀況的影響。GH、IGF1、睪酮是肌肉質(zhì)量的正調(diào)控因子，而IL6、myostatin是肌肉質(zhì)量的負(fù)調(diào)控因子，它們可能共同調(diào)控肌肉生長(zhǎng)。

Myostatin是繼GH、IGF1等之后新發(fā)現(xiàn)的一種調(diào)節(jié)骨骼肌生長(zhǎng)發(fā)育的重要細(xì)胞因子，對(duì)肌肉的生長(zhǎng)起負(fù)的調(diào)控作用。在一些導(dǎo)致肌肉萎縮，如包括后肢去負(fù)荷[9]、空中飛行失重[10]，臥床休息[11]、衰老[12]、艾滋病人[13]等狀態(tài)下myostatin的表達(dá)上調(diào)。這些都表明骨骼肌Myostatin水平與肌肉的質(zhì)量存在負(fù)相關(guān)。

本研究首次報(bào)道了高住低訓(xùn)對(duì)myostatin mRNA表達(dá)的影響，結(jié)果顯示：4周高住低訓(xùn)后Myostatin mRNA表達(dá)顯著增加，復(fù)氧1周后myostatin mRNA表達(dá)被完全抑制。表明高住低訓(xùn)明顯促進(jìn)myostatin mRNA表達(dá)，復(fù)氧抑制其表達(dá)。由于本實(shí)驗(yàn)及其他報(bào)道均表明高住低訓(xùn)抑制肌肉生長(zhǎng)，而myostatin又是肌肉質(zhì)量的負(fù)調(diào)控因子，因此本研究提示myostatin可能參與了高住低訓(xùn)對(duì)肌肉質(zhì)量的調(diào)控。

肌肉的收縮活動(dòng)對(duì)肌肉生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)存在一個(gè)非常復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制,既有正性的促肌肉生長(zhǎng)的調(diào)節(jié),也有負(fù)性的抑制肌肉生長(zhǎng)的調(diào)節(jié),它們共同構(gòu)成了對(duì)肌肉生長(zhǎng)的精細(xì)調(diào)節(jié)。其中2種重要的正負(fù)調(diào)節(jié)因子IGF1和myostatin起關(guān)鍵的調(diào)控作用。研究表明4周耐力運(yùn)動(dòng)后myostatin mRNA表達(dá)顯著增加，提示運(yùn)動(dòng)通過(guò)影響myostatin表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)肌肉質(zhì)量；但運(yùn)動(dòng)影響myostatin表達(dá)規(guī)律還不太清楚，已有研究顯示可能與運(yùn)動(dòng)類型有關(guān)。多數(shù)結(jié)果均表明阻力運(yùn)動(dòng)后血液及肌肉中的myostatin的表達(dá)下降，并且myostatin的表達(dá)與肌肉質(zhì)量和體積，肌纖維面積、蛋白含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)[14]，提示myostatin可以作為運(yùn)動(dòng)調(diào)控肌肉生長(zhǎng)狀況的指標(biāo)；但耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)myostatin表達(dá)影響的研究報(bào)道很少，Matsakas[15]報(bào)道了大鼠一次急性游泳訓(xùn)練和4周游泳耐力運(yùn)動(dòng)后myostatin表達(dá)都下降，肌肉橫截面積增加，而游泳有類似阻力運(yùn)動(dòng)的促肥大作用，游泳抑制myostatin表達(dá)實(shí)質(zhì)上仍與myostatin的功能一致，而跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)與游泳運(yùn)動(dòng)方式有較大差別，沒(méi)有顯著促肥大作用，因而本實(shí)驗(yàn)中4周跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)myostatin表達(dá)也反映了myostatin的功能。

低氧對(duì)myostatin影響未見(jiàn)任何報(bào)道。本研究首次報(bào)道了低氧暴露對(duì)myostatin mRNA表達(dá)的影響，結(jié)果顯示：4周低氧暴露后即刻myostatin mRNA表達(dá)顯著增加；復(fù)氧1周后 myostatin mRNA表達(dá)又被完全抑制。表明低氧促進(jìn)myostatin mRNA表達(dá)，復(fù)氧明顯強(qiáng)烈地抑制其表達(dá)；研究結(jié)果提示myostatin可能參與低氧對(duì)骨骼肌質(zhì)量的調(diào)控，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于揭示低氧調(diào)控肌肉生長(zhǎng)的分子機(jī)制具有重要的意義。

高住低訓(xùn)對(duì)myostatin mRNA表達(dá)的影響與低氧和運(yùn)動(dòng)2種因素有關(guān)。由于myostatin mRNA表達(dá)在低氧暴露和高住低訓(xùn)中存在相同的變化規(guī)律，即低氧促進(jìn)其表達(dá)，復(fù)氧完全抑制其表達(dá)；因此，我們認(rèn)為高住低訓(xùn)對(duì)myostatin mRNA表達(dá)的影響可能主要是低氧因素的影響。

低氧和運(yùn)動(dòng)影響myostatin mRNA表達(dá)的機(jī)制還不清楚。一些研究表明，其他的肌肉生長(zhǎng)調(diào)控因子GH、IGF1、睪酮、皮質(zhì)醇等與myostatin表達(dá)存在關(guān)聯(lián)[1619]，低氧暴露及低氧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中這些調(diào)控因子是否影響myostatin表達(dá)還不清楚；因此，目前需要進(jìn)一步明確的是運(yùn)動(dòng)如何影響myostatin表達(dá)，運(yùn)動(dòng)中IGF1 和myostatin表達(dá)呈現(xiàn)反向的關(guān)系[20]，而運(yùn)動(dòng)又直接影響IGF1、睪酮等的表達(dá)；因此，是否可以推測(cè)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的肌肉收縮引起細(xì)胞膜上IGF1受體或胞內(nèi)睪酮等受體的變化，再進(jìn)而影響myostatin的表達(dá)的變化呢？

由于本研究首次報(bào)道了低氧對(duì)myostatin表達(dá)的影響，還沒(méi)有其他任何研究報(bào)道低氧與myostatin表達(dá)的關(guān)系，有關(guān)線索還知道甚少。是否低氧影響myostatin表達(dá)機(jī)制也可能同樣與IGF1、睪酮等的變化相關(guān)呢？由于研究表明低氧也抑制IGF1的表達(dá)[2122]，因此，可以推測(cè)低氧影響myostatin表達(dá)可能涉及IGF1及相關(guān)通路，但是，這些還需要實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步加以證實(shí)。低氧后復(fù)氧，myostatin表達(dá)被抑制，是由于此時(shí)肌肉的氧供應(yīng)又重新恢復(fù)，促進(jìn)myostatin表達(dá)的因素消失所致，這也與復(fù)氧后體重、肌肉質(zhì)量顯著恢復(fù)正好呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。

雖然有力的證據(jù)已經(jīng)顯示了myostatin是控制肌肉質(zhì)量的關(guān)鍵調(diào)控因子，但myostatin影響肌肉蛋白合成的具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。蛋白合成的調(diào)控主要包括基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控和蛋白翻譯的調(diào)控。mTOR信號(hào)通路是非常重要的蛋白翻譯的調(diào)控信號(hào)，它包括從PI3K/PKB/TOR/p70S6K的信號(hào)通路[23]，而目前已有研究顯示myostatin能夠調(diào)節(jié)mTOR信號(hào)通路[24]。myostatin能夠調(diào)節(jié)IGF1、IGF2表達(dá)[25]，而IGF1、IGF2又調(diào)節(jié)蛋白合成，其途徑涉及mTOR信號(hào)；因此，myostatin調(diào)節(jié)翻譯過(guò)程也可能是通過(guò)IGF1等調(diào)控mTOR信號(hào)進(jìn)行的。另外，由于睪酮及其受體作用主要是影響與蛋白合成相關(guān)的基因表達(dá)[26]，并且睪酮及其受體與myostatin表達(dá)存在相關(guān)性；因此，myostatin調(diào)控蛋白合成也有可能是經(jīng)睪酮及其受體等途徑調(diào)節(jié)基因表達(dá)；但就我們所知，Myostatin對(duì)促蛋白合成的基因表達(dá)及翻譯的調(diào)控直接證據(jù)還甚少，因此myostatin調(diào)控肌肉蛋白合成的具體機(jī)制需今后的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究弄清。

4 結(jié)論

本研究首次報(bào)道了低氧暴露和高住低訓(xùn)對(duì)大鼠骨骼肌myostatin mRNA表達(dá)的影響，發(fā)現(xiàn)高住低訓(xùn)4周后體重增重下降，肌肉質(zhì)量丟失。高住低訓(xùn)4周后myostatin mRNA表達(dá)明顯增加，復(fù)氧1周后myostatin mRNA表達(dá)被完全抑制，表明高住低訓(xùn)明顯促進(jìn)myostatin mRNA表達(dá)。研究提示myostatin可能參與運(yùn)動(dòng)和低氧對(duì)骨骼肌質(zhì)量的調(diào)控。

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