低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠骨骼肌PGC-1α及其下游因子的影響

吳菊花，楊亞南，翁錫全，徐國(guó)琴，林文弢3（.上海體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院，上海 00438；廣州體育學(xué)院 省重點(diǎn)生化實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 50500）

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低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠骨骼肌PGC-1α及其下游因子的影響

吳菊花1，楊亞南2，翁錫全2，徐國(guó)琴2，林文弢123
（1.上海體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院，上海 200438；2廣州體育學(xué)院 省重點(diǎn)生化實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510500）

摘 要：探討低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠骨骼肌PGC-1α及其下游因子的影響。構(gòu)建7周高脂膳食誘導(dǎo)SD大鼠營(yíng)養(yǎng)性肥胖模型，建模后隨機(jī)分為常氧高脂膳食安靜組（NHQ）、常氧高脂膳食運(yùn)動(dòng)組（NHE）、16.3%低氧高脂膳食安靜組（HGQ1）、16.3%低氧高脂膳食運(yùn)動(dòng)組（HGE1）、13.3%低氧高脂膳食安靜組（HGQ2）、13.3%低氧高脂膳食運(yùn)動(dòng)組（HGE2），每組各10只。運(yùn)動(dòng)組進(jìn)行8周耐力訓(xùn)練，即20 m/min、40 min/d，5 d/周。末次運(yùn)動(dòng)24 h后處死大鼠并采樣，測(cè)定血脂4項(xiàng)和血糖（BG），qRT-PCR技術(shù)檢測(cè)PGC-1α及其下游因子的表達(dá)（CPT-1、MCAD、PPARγ）。結(jié)果顯示：1）7周高脂膳食可成功誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠模型建立；2）與NHQ和HGQ1組相比，HGE1、HGE2 和NHE組體質(zhì)量下降非常顯著或顯著（P＜0.01或P＜0.05）；與NHE組相比，HGE1和HGE2組體質(zhì)量顯著性下降（P＜0.05）；3）與NHQ組相比，NHE組MCAD mRNA表達(dá)非常顯著性上調(diào)（P＜0.01）；HGE1組PGC-1α、MCAD、PPARγ mRNA表達(dá)非常顯著性增加或顯著性增加（P＜0.01或P＜0.05）；HGQ2組PGC-1α mRNA表達(dá)非常顯著性上調(diào)（P＜0.01）；HGE2組PGC-1α 、MCAD、CPT-1、PPARγ mRNA表達(dá)非常顯著性上調(diào)或顯著性上調(diào)（P＜0.01或P＜0.05）。與NHE組相比，HGE1和HGQ2 組PGC-1α mRNA表達(dá)顯著性增加（P＜0.05）；HGE2組PGC-1α 、MCAD、CPT-1、PPARγ mRNA表達(dá)非常顯著性上調(diào)或顯著性上調(diào)（P＜0.01或P＜0.05）；NHQ、HGQ1和HGQ2組MCAD mRNA表達(dá)非常顯著性下降或顯著性下降（P＜0.01或P＜0.05）。與HGQ1組相比，HGE1和HGQ2組PGC-1α、MCAD表達(dá)非常顯著性上調(diào)或顯著性上調(diào)（P＜0.01或（P＜0.05）；HGE2組PGC-1α、MCAD、CPT-1 mRNA表達(dá)非常顯著性上調(diào)（P＜0.01）；NHE組MCAD、PPARγ mRNA表達(dá)非常顯著性或顯著性增加（P＜0.01或P＜0.05）。結(jié)果表明：（1）長(zhǎng)期高脂膳食可誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)性肥胖發(fā)生。（2）低氧和（或）耐力運(yùn)動(dòng)可有效控制營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠體質(zhì)量，增加骨骼肌PGC-1α及其下游基因的表達(dá)，13.3%低氧濃度下耐力運(yùn)動(dòng)效果較佳。

關(guān) 鍵 詞：運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)；低氧運(yùn)動(dòng)；營(yíng)養(yǎng)性肥胖；骨骼??；過(guò)氧化物酶體增殖物受體γ共激活分子；大鼠

生活水平提高和飲食習(xí)慣改變，營(yíng)養(yǎng)性肥胖比例逐漸升高，而肥胖伴隨機(jī)體脂代謝紊亂、胰島素抵抗等不良病征，已逐漸成為威脅人類(lèi)健康的重要因素之一。骨骼肌作為機(jī)體重要運(yùn)動(dòng)器官，是能量代謝重要場(chǎng)所，其代謝穩(wěn)態(tài)是維持骨骼肌健康乃至整個(gè)機(jī)體健康的基本前提與重要保證［1］。當(dāng)骨骼肌中脂肪供給與氧化代謝不均衡時(shí)，脂肪代謝異常往往會(huì)導(dǎo)致骨骼肌中脂代謝紊亂，發(fā)生胰島素抵抗現(xiàn)象。路瑛麗等［2］揭示低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖大鼠骨骼肌脂肪酸氧化相關(guān)基因表達(dá)的良性影響。過(guò)氧化物酶增殖物受體γ共激活分子（PGC-1α）表達(dá)于骨骼肌、心肌、肝臟、棕色脂肪組織等能量代謝活躍的組織［3］，可調(diào)節(jié)線粒體生物發(fā)生、調(diào)控適應(yīng)性產(chǎn)熱、調(diào)控骨骼肌細(xì)胞內(nèi)脂肪氧化累積等生理過(guò)程［4］。骨骼肌中肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1（CPT-1）和中鏈?；o酶A脫氫酶（MCAD）是調(diào)控脂肪酸合成或氧化的代謝關(guān)鍵酶，也是調(diào)控長(zhǎng)鏈脂肪酸進(jìn)入線粒體的重要酶，在脂肪酸氧化中起著重要作用，而PGC-1α可以調(diào)控CPT-1及MCAD表達(dá)［5-6］。過(guò)氧化物酶增殖物受體γ（PPARγ）介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄參與脂肪細(xì)胞分化、糖脂代謝等生理調(diào)控過(guò)程，而PGC-1α作為其轉(zhuǎn)錄輔激活因子，可輔助激活PPARγ的基因表達(dá)，骨骼肌糖脂代謝中發(fā)揮作用［7］。目前，在常氧狀態(tài)下，耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)高脂膳食大鼠骨骼肌中PGC-1α促進(jìn)脂肪酸氧化作用已有所證實(shí)［8］。然而，低氧或（和）耐力運(yùn)動(dòng)是否影響高脂膳食大鼠骨骼肌中PGC-1α及其下游因子的表達(dá)，目前尚未見(jiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)高脂膳食誘導(dǎo)生長(zhǎng)期大鼠營(yíng)養(yǎng)性肥胖模型并對(duì)其進(jìn)行不同濃度低氧及運(yùn)動(dòng)干預(yù)，探討不同低氧濃度及運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠骨骼肌中PGC-1α及其下游因子在其脂肪酸氧化過(guò)程的影響，旨在為代謝性疾病的低氧運(yùn)動(dòng)防治提供理論參考和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠建模及低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)分組

1）營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠建模。

清潔級(jí)健康雄性SD大鼠（SCXK（粵）2011-0015）100只，由南方醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，體重170～220 g。動(dòng)物分籠飼養(yǎng)，5只/籠，自然光照節(jié)律，自由攝食、飲水，溫度22～24 ℃，濕度40%～55%，普通膳食為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類(lèi)動(dòng)物干燥飼料（南方醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供）；高脂膳食：蔗糖20%、豬油15%、膽固醇1.2%、膽酸鈉0.2%、酪蛋白10%、磷酸氫鈣0.6%、石粉0.4%、預(yù)混料0.4%、基礎(chǔ)飼料52.2%（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（廣東省醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，SCXK（粵）2013-0002），高脂膳食供能比：蛋白質(zhì)17.5%，脂肪37%，碳水化物45.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。大鼠隨機(jī)分為普通膳食組（CON，20只）和高脂膳食造模組（DIO，80只）。根據(jù)肥胖易感模型篩選規(guī)律，高脂膳食組大鼠的體重超過(guò)普通膳食組大鼠體重的20%即可作為營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠［9］。持續(xù)性喂養(yǎng)7周后，從CON組和DIO組分別隨機(jī)挑選10只和18只，眼眶取血，測(cè)其血糖、血脂，結(jié)合大鼠體重、BMI，進(jìn)而評(píng)價(jià)造模效果。

2）低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)分組。

營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠模型建立成功后的60只大鼠分為6組：常氧高脂膳食安靜組（NHQ）、常氧高脂膳食運(yùn)動(dòng)組（NHE）、16.3%低氧高脂膳食安靜組（HGQ1）、16.3%低氧高脂膳食運(yùn)動(dòng)組（HGE1）、13.3%低氧高脂膳食安靜組（HGQ2）、13.3%低氧高脂膳食運(yùn)動(dòng)組（HGE2），每組10只持續(xù)干預(yù)8周，均進(jìn)行高脂膳食飼養(yǎng)，運(yùn)動(dòng)組則進(jìn)行8周跑臺(tái)耐力訓(xùn)練，適應(yīng)性1周后，均以20 m/min，40 min/d，5 d/周，跑臺(tái)坡度為0%，進(jìn)行耐力運(yùn)動(dòng)。末次訓(xùn)練24 h后處死大鼠，大鼠主動(dòng)脈取血，3 000 r/min離心15 min，取血清；另取一側(cè)腓腸肌置液氮速凍，均于-80 ℃超低溫冰箱長(zhǎng)期保存，待測(cè)。

1.2 血脂、血糖測(cè)定

半自動(dòng)生化儀測(cè)定血脂四項(xiàng)（南京建成公司試劑盒）：總膽固醇（COD-PAP法）、高密度脂蛋白（磷鎢酸鎂沉淀法）、低密度脂蛋白（聚乙烯硫酸沉淀法）、甘油三酯（GPO-PAP法）。京都血糖儀測(cè)定血糖含量（京都血糖試紙）。

1.3 實(shí)時(shí)熒光定量PCR測(cè)定PGC-1α及其下游基因表達(dá)

Trizol 法提取骨骼肌組織總RNA。取1 μg總RNA用TaKaRa公司的PrimeScript TM逆轉(zhuǎn)錄試劑盒進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)獲得cDNA，使用SYBR GreenⅠ熒光染料，實(shí)時(shí)熒光定量PCR（ABI 7500 型熒光定量PC R儀，美國(guó)）測(cè)定PGC-1α、CPT-1、MCAD、PPARγ mRNA表達(dá)量。擴(kuò)增條件為：預(yù)變性每10 min 95 ℃；每30 s 95 ℃，60 ℃退火1 min（PGC-1α、MCAD、PPARγ和GAPDH）、CPT-1 58 ℃退火1 min，共40個(gè)循環(huán)。以GAPDH作為內(nèi)參，計(jì)算目的基因的相對(duì)表達(dá)量（ 對(duì)照組的倍數(shù)） 。利用Primer 5軟件設(shè)計(jì)引物，由上海生工生物公司合成的引物序列見(jiàn)表1。

表1　qRT-PCR引物序列

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

各檢測(cè)數(shù)據(jù)錄入Excel 2007，結(jié)果用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s），GraphPad Prism 5進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)及圖像生成，SPSS17.0軟件進(jìn)行多因素方差分析，兩組之間進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，以P〈0.05為差異顯著性水平，P〈0.01為差異非常顯著性水平。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 高脂膳食誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠模型建立

7周高脂膳食飼養(yǎng)后，DIO組大鼠較CON組體質(zhì)量、體長(zhǎng)、BMI均非常顯著性增加（P〈0.01，見(jiàn)表2）。

表2　7周末兩組大鼠體質(zhì)量、體長(zhǎng)和BMI比較

與CON組相比，DIO組大鼠血糖（Blood Glucose，以下簡(jiǎn)稱(chēng)BG）、總膽固醇（Total Cholesterol，TC）、低密度脂蛋白（Low Density Lipoprotein Cholesterol，LDL-c）均非常顯著性增加（P〈0.01），甘油三脂（triglyceride，TG）顯著性增加（P〈0.05）（見(jiàn)表3），而高密度脂蛋白（High Density Lipoprotein Cholesterol，HDL-c）無(wú)顯著變化，僅略有降低。7周內(nèi)兩周大鼠攝食量并未有顯著性差異（見(jiàn)表4）。

表3　兩組大鼠血脂及血糖濃度（±s）比較 mmol/L

表3　兩組大鼠血脂及血糖濃度（±s）比較 mmol/L

1）與CON組相比，P＜0.05；2）與CON組相比，P＜0.01

組別 　n/只 　BG 　TC 　TG 　HDL-c 　LDL-c CON 　10 　2.960±0.360 　1.282±0.308 　0.608±0.175 　0.538±0.141 　0.371±0.174 DIO 　18 　4.572±0.8342）　1.583±0.3492）　0.936±0.2201）　0.428±0.175 　0.528±0.1072）

表4　建模期兩組大鼠攝食量（±s）比較1） g

表4　建模期兩組大鼠攝食量（±s）比較1） g

1）建模期兩組大鼠攝食量無(wú)顯著性差異

時(shí)間 　CON組 　DIO組第1周 　24.671±2.929 　23.982±3.046 第2周 　26.000±1.089 　23.999±2.141 第3周 　29.429±0.920 　25.365±1.878 第4周 　30 　27.034±2.638 第5周 　32.143±1.380 　29.051±2.167 第6周 　30.652±0.805 　28.124±3.066 第7周 　32.769±5.142 　29.303±3.937

綜上，7周高脂膳食飼養(yǎng)后，DIO組大鼠形態(tài)學(xué)變化表現(xiàn)為體質(zhì)量、BMI、體長(zhǎng)顯著高于CON組，且體質(zhì)量增長(zhǎng)超過(guò)CON組大鼠20%；血液生化相關(guān)指標(biāo)表現(xiàn)為BG、TC、LDL-c含量非常顯著性增加；兩組大鼠攝食量無(wú)顯著性差異，提示高脂膳食誘導(dǎo)的營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠模型建立成功［10］。

2.2 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠體重的影響

與NHQ組和HGQ1組相比，營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠在低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)下，HGE1組和HGE2組大鼠體質(zhì)量均非常顯著性下降（P〈0.01），NHE組體質(zhì)量顯著性下降（P〈0.05）；與NHE組相比，HGE1組和HGE2組大鼠體質(zhì)量均顯著下降（P〈0.05）。從第2周開(kāi)始，低氧結(jié)合運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠體質(zhì)量控制顯著優(yōu)于常氧運(yùn)動(dòng)組大鼠（P〈0.05）（見(jiàn)表5）。

表5　干預(yù)8周各組大鼠體質(zhì)量（±s）比較 g

表5　干預(yù)8周各組大鼠體質(zhì)量（±s）比較 g

與NHQ組相比，1）P〈0.05；2）P〈0.01；與NHE相比；3）P〈0.05；與HGQ1組相比；4）P〈0.05；5）P〈0.01

組別 　開(kāi)始時(shí) 　第1周 　第2周 　第3周 　第4期NHQ 　520.04±50.34 　538.95±52.50 　560.52±55.59 　579.23±63.57 　592.90±65.41 HGQ1 　519.34±37.23 　532.78±41.37 　551.28±42.15 　572.86±44.99 　578.96±48.65 HGQ2 　518.21±33.97 　529.09±37.18 　540.68±38.71 　560.99±42.58 　568.39±43.03 NHE 　519.20±34.18 　527.48±37.14 　531.09±39.59 　540.96±41.12 　551.33±38.02 HGE1 　498.80±34.81 　472.62±39.78 　474.03±39.721）4）　477.08±41.751）4）　475.40±36.932）3）5）HGE2 　490.86±19.96 　478.97±12.85 　476.03±16.651）4）　481.11±20.351）4）　470.09±19.612）3）5）組別 　第5周 　第6周 　第7周 　第8周NHQ 　601.19±63.22 　617.31±69.73 　631.54±72.21 　633.52±71.08 HGQ1 　595.22±49.51 　608.16±47.43 　626.63±49.90 　631.13±51.36 HGQ2 　581.09±42.38 　598.03±45.33 　614.71±48.72 　618.57±51.42 NHE 　550.94±49.971）4）　572.96±37.201）4）　578.74±46.381）4）　570.41±45.431）4）HGE1 　487.70±34.542）3）5）　496.87±30.692）3）5）　510.10±36.202）3）5）　499.72±38.062）3）5）HGE2 　479.66±21.172）3）5）　490.93±26.632）3）5）　494.19±32.722）3）5）　496.54±41.922）3）5）

2.3 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠骨骼肌組織中PGC-1α及其下游因子基因表達(dá)的影響

1）與NHQ組相比，HGE1組、HGQ2組和HGE2組大鼠PGC-1α mRNA表達(dá)上調(diào)非常顯著（P〈0.01）；NHE組和HGE2組大鼠MCAD mRNA表達(dá)上調(diào)非常顯著（P〈0.01），HGE1組大鼠MCAD mRNA表達(dá)顯著增加（P〈0.05）；HGE2組大鼠CPT-1 mRNA表達(dá)上調(diào)非常顯著（P〈0.01）；HGE1組和HGE2大鼠PPARγ mRNA表達(dá)顯著性增加（P〈0.05）。

2）與NHE組相比，HGE1組、HGQ2組大鼠PGC-1α mRNA表達(dá)顯著性增加（P〈0.05），HGE2組大鼠PGC-1 α mRNA表達(dá)上調(diào)非常顯著（P〈0.01）；NHQ組和HGQ1組大鼠MCAD mRNA表達(dá)下降非常顯著（P〈0.01），HGQ2組大鼠MCAD mRNA表達(dá)顯著下降（P〈0.05），HGE2組大鼠MCAD mRNA表達(dá)上調(diào)非常顯著（P〈0.01）；HGE2組大鼠CPT-1 mRNA表達(dá)上調(diào)非常顯著 （P〈0.01）；HGE2大鼠PPARγ mRNA表達(dá)顯著增加（P〈0.05）。

3）與HGQ1組相比，HGE1組、HGQ2組和HGE2組大鼠PGC-1α mRNA表達(dá)上調(diào)非常顯著 （P〈0.01）；NHE組和HGE2組大鼠MCAD mRNA表達(dá)上調(diào)非常顯著（P〈0.01），HGE1組和HGQ2組大鼠MCAD mRNA表達(dá)顯著增加（P〈0.05）；HGE2組大鼠CPT-1 mRNA表達(dá)上調(diào)非常顯著（P〈0.01）；HGQ2組和HGE2大鼠PPARγ mRNA表達(dá)上調(diào)非常顯著（P〈0.01），NHE組和HGE1 組PPARγ mRNA表達(dá)顯著增加（P〈0.05）。

3 討論

3.1 高脂膳食誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠模型

肥胖危害人體健康，可引起高脂血癥、糖尿病、脂肪肝、動(dòng)脈粥樣硬化等相關(guān)疾病，其脂代謝紊亂是這些疾病發(fā)生的主要原因之一［11］。然而引起機(jī)體肥胖的因素存在多方面因素，例如環(huán)境、遺傳、高脂高糖飲食習(xí)慣等等。為探究不同體積分?jǐn)?shù)低氧或（和）運(yùn)動(dòng)對(duì)能量過(guò)剩所誘導(dǎo)的營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠骨骼肌細(xì)胞PGC-1α及其下游基因的影響，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行高脂膳食飼養(yǎng)以誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠，隨之進(jìn)行低氧和（或）運(yùn)動(dòng)干預(yù)。由于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物自身存在“肥胖抵抗”與“肥胖易感”，且與人類(lèi)肥胖標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定不同，對(duì)于大鼠肥胖評(píng)定而言，目前尚未統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，目前有3種標(biāo)準(zhǔn)可用來(lái)評(píng)定大鼠是否肥胖，包括：（1）高脂組體重超過(guò)正常組體質(zhì)量1.96個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。（2）高脂組體質(zhì)量超過(guò)正常組體質(zhì)量1.4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。（3）高脂組體質(zhì)量超過(guò)正常組20%［9］。（4）以BMI值是否與正常組大鼠具有顯著性差異進(jìn)行評(píng)定［10，12］。本研究結(jié)果顯示，經(jīng)7周高脂膳食飼養(yǎng)后，80%DIO組大鼠體重增長(zhǎng)超過(guò)CON組20%，兩組間BMI具有顯著性差異，血糖血脂均增加顯著，與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道一致，提示營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠建模成功［10，13］。

3.2 低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠身體形態(tài)學(xué)的影響

與以往的研究結(jié)果［14-15］一致，8周不同體積分?jǐn)?shù)低氧運(yùn)動(dòng)均可有效降低肥胖大鼠體質(zhì)量，并且13.3%低氧或（和）運(yùn)動(dòng)的干預(yù)效果較常氧或16.3%低氧運(yùn)動(dòng)而言更加明顯，這可能是由于常氧下單純運(yùn)動(dòng)只能消耗掉同步高脂飼料的過(guò)剩能量，而低氧運(yùn)動(dòng)往往易抑制大鼠食欲，攝食量減少，同時(shí)由于O2供應(yīng)不足，機(jī)體能量消耗增加，而一定O2體積分?jǐn)?shù)下，O2體積分?jǐn)?shù)越低，對(duì)大鼠的攝食量及機(jī)體耗能影響越顯著，因而較常氧或（和）運(yùn)動(dòng)而言，低氧或（和）運(yùn)動(dòng)可有效降低肥胖大鼠體質(zhì)量，且體積分?jǐn)?shù)13.3%低氧效果更加顯著。

3.3 低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠骨骼肌細(xì)胞PGC-1α及其下游因子的影響

1998年，美國(guó)哈佛大學(xué)Puigserver 教授［16］首次發(fā)現(xiàn)PGC-1α，其在線粒體發(fā)生起關(guān)鍵調(diào)控作用，隨后，關(guān)于PGC-1α生物學(xué)功能的研究隨之越來(lái)越多：PGC-1α可調(diào)控肌纖維轉(zhuǎn)化、糖脂代謝、白色脂肪棕色化轉(zhuǎn)變等生理過(guò)程［17］。由于骨骼肌在機(jī)體整體代謝中具有重要意義，骨骼肌線粒體數(shù)目、呼吸鏈活性、脂肪酸氧化等均與機(jī)體新陳代謝密切相關(guān)，而PGC-1α在調(diào)節(jié)骨骼肌線粒體發(fā)生、脂肪酸氧化等過(guò)程中起重要作用［18］，研究發(fā)現(xiàn)，PGC-1α基因敲除后，小鼠的脂肪酸氧化基因表達(dá)下調(diào)［19］。因此，提高骨骼肌中PGC-1α有益于機(jī)體代謝穩(wěn)態(tài)。在骨骼肌中，調(diào)控脂肪酸合成或氧化代謝關(guān)鍵酶有肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1（CPT-1）、中鏈?；o酶A脫氫酶（MCAD），這兩種分子是調(diào)控長(zhǎng)鏈脂肪酸進(jìn)入線粒體的關(guān)鍵酶，在脂肪酸氧化中起著重要作用。PGC-1α可以調(diào)控脂CPT-1及MCAD［5-6］。此外，Zhang Y等［20］研究發(fā)現(xiàn)PGC-α通過(guò)激活PPARγ，進(jìn)而促進(jìn)FXR（famesoid X受體）基因轉(zhuǎn)錄，最終促進(jìn)脂肪代謝。這些研究表明PGC-1α及其下游基因在骨骼肌脂肪酸氧化代謝中起著積極促進(jìn)作用。

已知常氧耐力運(yùn)動(dòng)可調(diào)控骨骼肌的脂肪酸氧化代謝，常氧運(yùn)動(dòng)可通過(guò)多條信號(hào)傳導(dǎo)通路進(jìn)而促進(jìn)骨骼肌中PGC-1α基因表達(dá)［21-22］。Akimoto等［23］通過(guò)耐力運(yùn)動(dòng)干預(yù)活化小鼠p38MAPK信號(hào)通路，進(jìn)而激活PGC-1α基因啟動(dòng)子活性。此外，常氧下，耐力運(yùn)動(dòng)也能誘導(dǎo)機(jī)體骨骼肌中CPT-1、MCAD、PPARγ的表達(dá)增加［24］。然而，關(guān)于常氧下，耐力運(yùn)動(dòng)同時(shí)影響PGC-1α、CPT-1、MCAD、PPARγ的研究，目前鮮有報(bào)道，本研究顯示常氧下，肥胖大鼠經(jīng)耐力運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，其骨骼肌中PGC-1α mRNA、CPT-1mRNA、MCADmRNA、PPARγmRNA表達(dá)均有所上調(diào)，與Carnevali等［24-25］研究結(jié)果一致，然而本研究中CPT-1mRNA略有上調(diào)，與以往研究［8，26］不符，關(guān)于常氧下耐力運(yùn)動(dòng)與CPT-1mRNA的作用影響可能仍需進(jìn)一步探討。本實(shí)驗(yàn)研究中除了進(jìn)行常氧耐力運(yùn)動(dòng)干預(yù)外，還進(jìn)行了不同體積分?jǐn)?shù)低氧和低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)。低氧和低氧運(yùn)動(dòng)可有效控制大鼠體質(zhì)量，在以往的研究［2，14］和我們的研究中已有所證實(shí)。Bigard等［27］也發(fā)現(xiàn)低氧和低氧運(yùn)動(dòng)可增加骨骼肌脂肪酸氧化，然而，低氧和低氧運(yùn)動(dòng)影響骨骼肌中脂肪酸氧化相關(guān)分子（PGC-1α、CPT-1、MCAD、PPARγ）表達(dá)的研究相對(duì)較少。本研究結(jié)果顯示不同體積分?jǐn)?shù)低氧和低氧運(yùn)動(dòng)均促進(jìn)PGC-1αmRNA的表達(dá)，而13.3%低氧干預(yù)效果優(yōu)于16.3%低氧干預(yù)，與Gutsaeva等［28］研究結(jié)果一致：低氧體積分?jǐn)?shù)越低，PGC-1α表達(dá)越上調(diào)。然而，低氧和低氧運(yùn)動(dòng)影響PGC-1α的研究主要集中于PGC-1α線粒體發(fā)生方面［28-30］，而低氧和低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)PGC-1α調(diào)控脂肪酸氧化方面的研究甚少，其機(jī)制尚需深入研究。Galbes等［31］和路瑛麗等［2］研究中發(fā)現(xiàn)低氧暴露會(huì)降低CPT-1表達(dá)，低氧運(yùn)動(dòng)會(huì)上調(diào)CPT-1表達(dá)，而我們的研究結(jié)果與之相符。低氧和低氧運(yùn)動(dòng)影響MCAD的研究目前較少見(jiàn)，我們的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同體積分?jǐn)?shù)低氧運(yùn)動(dòng)均可上調(diào)MCAD表達(dá)，而16.3%低氧暴露卻使MCAD表達(dá)下調(diào)，與此相比，13.3%低氧暴露則使MCAD表達(dá)上調(diào)，推測(cè)一定低氧體積分?jǐn)?shù)下，低氧暴露影響MCAD的表達(dá)可能具有兩相性。劉曉玲等［32］利用CoCl2誘導(dǎo)低氧環(huán)境，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中PPARγ2表達(dá)隨之上調(diào)，而本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果展示低氧暴露下16.3%低氧暴露使PPARγ表達(dá)下調(diào)，13.3%低氧暴露則使PPARγ表達(dá)上調(diào)，表明低氧暴露對(duì)PPARγ的影響可能也具有兩相性，而不同低氧運(yùn)動(dòng)則均上調(diào)PPARγ mRNA的表達(dá)，目前低氧和低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)PPARγ調(diào)控方面的研究較少，仍需進(jìn)一步研究。

綜上，高脂膳食誘導(dǎo)的營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠骨骼肌細(xì)胞中PGC-1α及其下游因子的表達(dá)經(jīng)常氧耐力運(yùn)動(dòng)、低氧和低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，均發(fā)生不同程度上調(diào)或下降，提示耐力運(yùn)動(dòng)、低氧或低氧運(yùn)動(dòng)在骨骼肌脂肪酸氧化代謝均起重要作用。然而，有趣的是，不同體積分?jǐn)?shù)低氧運(yùn)動(dòng)均引起PGC-1α及其下游因子表達(dá)上調(diào)，而不同體積分?jǐn)?shù)低氧暴露則可能引起表達(dá)下調(diào)，這可能是由于低氧體積分?jǐn)?shù)對(duì)機(jī)體分子表達(dá)的調(diào)控存在一定閾值，具有兩相性，在不同范圍內(nèi)所產(chǎn)生的作用效果可能截然不同。

長(zhǎng)期高脂膳食可誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)性肥胖發(fā)生，導(dǎo)致機(jī)體代謝紊亂。低氧和（或）耐力運(yùn)動(dòng)可有效控制營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠體質(zhì)量，低氧和（或）耐力運(yùn)動(dòng)可上調(diào)骨骼肌PGC-1α及其下游基因，進(jìn)而改善骨骼肌脂肪代謝，其中13.3%低氧體積分?jǐn)?shù)下耐力運(yùn)動(dòng)效果較佳。

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Effects of hypoxic exercise on PGC-1α in skeletal muscle of rats with alimentary obesity and its downstream factors

WU Ju-hua1，YANG Ya-nan2，WENG Xi-quan2，XU Guo-qin2，LIN Wen-tao1（1.School of Sport Science，Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China；2.Provincial Key Laboratory of Biochemistry，Guangzhou Sport University，Guangzhou 510500，China）

Abstract:In order to probe into the effects of hypoxic exercise on PGC-1α in skeletal muscle of rats with alimentary obesity and its downstream factors, the authors built a model of SD rats with alimentary obesity induced bybook=131,ebook=1367-week high-fat diet, then divided the rats randomly into a normoxic high-fat diet quit group （NHQ）, a normoxic high-fat diet exercise group （NHE）, a 16.3% hypoxic high-fat diet quit group （HGQ1）, a 16.3% hypoxic high-fat diet exercise group （HGE1）, a 13.3% hypoxic high-fat diet quit group （HGQ2）, and a 13.3% hypoxic high-fat diet exercise group （HGE2）, each of which consisted of 10 rats, continued to feed the rats with high-fat food, let them undergo 8-week endurance training, i.e. 20m/min, 40min/d, 5d/week, killed and sampled the rats 24h after the last exercise, measured 4 blood lipid indexes and blood glucose （BG） by means of test kit, measured PGC-1α and its downstream factors CPT-1, MCAD and PPARγ by means of qRT-PCR technology, and revealed the following findings: 1） 7-week high-fat diet could induced the increase or significant increase of the weight, BMI, as well as BG, CHO, LDL-L and TG contents of the rats （P＜0.01 or P＜0.05）; 2） as compared with the rats in groups NHQ and HGQ1, the rats in groups HGE1, HGE2 and NHE had a decreased or significantly decreased weight （P＜0.01 or P＜0.05）; as compared with the rats in group NHE, the rats in groups HGE1 and HGE2 had a decreased weight （P＜0.05）; 3） as compared with the rats in group NHQ, the rats in group NHE had a significantly increased MCAD mRNA expression （P＜0.01）; the rats in group HGE1 had increased or significantly increased PGC-1α, MCAD and PPARγ mRNA expressions （P＜0.01 or P＜0.05）; the rats in group HGQ2 had a significantly increased PGC-1α mRNA expression （P＜0.01）; the rats in group HGE2 had increased or significantly increased PGC-1α , MCAD, CPT-1 and PPARγ mRNA expressions （P＜0.01 or P＜0.05）; as compared with the rats in group NHE, the rats in groups HGE1 and HGQ2 had an increased PGC-1α mRNA expression （P＜0.05）; the rats in group HGE2 had increased or significantly increased PGC-1α , MCAD, CPT-1 and PPARγ mRNA expressions （P＜0.01 or P＜0.05）; the rats in groups NGQ, HGQ1 and HGQ2 had a decreased or significantly decreased MCAD mRNA expression （P＜0.01 or P＜0.05）; as compared with the rats in group HGQ1, the rats in groups HGE1 and HGQ2 had increased or significantly increased PGC-1α and MCAD expressions （P＜0.01 or P＜0.05）; the rats in group HGE2 had significantly increased PGC-1α, MCAD and CPT-1 mRNA expressions （P＜0.01）; the rats in group NHE had increased or significantly increased MCAD and PPARγ mRNA expressions （P＜0.01 or P＜0.05）. The said findings indicate the followings: 1） long-term high-fat diet can induce the occurrence of alimentary obesity; 2） hypoxia and/or endurance exercise can effectively control the weight of rats with alimentary obesity, increase PGC-1α in skeletal muscle and its downstream factors, while endurance exercise under a 13.3% hypoxic condition can achieve a better result.

Key words:sports biochemistry；hypoxic exercise；alimentary obesity；skeletal muscle；PGC-1α；rats

作者簡(jiǎn)介：吳菊花（1985-），女，博士研究生，研究方向：運(yùn)動(dòng)生物化學(xué)。E-mail：juhuahf@163.com 通訊作者：林文弢教授。

基金項(xiàng)目：運(yùn)動(dòng)健身科技省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（上海體育學(xué)院）資助項(xiàng)目；廣東省教育廳科技創(chuàng)新項(xiàng)目（2013KJCX0115）。

收稿日期：2015-10-02

中圖分類(lèi)號(hào)：G804.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-7116（2016）03-0130-07