有氧运动通过FGF21/PGC1-α/resistin/TLR4调控自噬改善胰岛素抵抗研究

Insulin resistance is considered to be the most important pathogenesis of T2DM, which is close to the athletic ability. The study found that mitochondrial autophagy in skeletal muscle has played a key role in mediating movement to improve the IR, but its specific molecular mechanism is unclear.Our previous studies have found that aerobic training improve reduce IR by lowering levels of resistin and TLR4 expression in mice, but its interaction and upstream and downstream regulation mechanism is still not clear.White fat is the main organization, the body secretes resistin reports recently discovered muscle cell factor can make white fat into brown fat, FGF21 speculated that FGF21 may negative control resistin expression.On the basis of this, topic proposed the hypotheses that aerobic exercise could improve insulin resistance and the prevent T2DM by activating of skeletal muscle mitochondrial function of autophagy in FGF21/PGC1-α/resistin/TLR4. This study intends to construct IR rats model giving aerobic exercise and research regulation relationship in FGF21/PGC1-α/resistin/TLR4 through the function and the expression technology.Moreover,we establish insulin resistance model in 3T3-Ll fat cells and L6 skeletal muscle cells and verify that the pathway that aerobic exercise could improve autophagy of skeletal muscle cell and the effect of IR. We expect to provide new theoretical basis for T2DM exercise therapy.

胰岛素抵抗(IR)是T2DM最重要的发病机制。研究证实骨骼肌线粒体自噬在介导运动改善IR中起关键作用，但其分子机制不明确。我们前期研究表明有氧运动能降低大鼠体内resistin及TLR4表达水平从而改善IR，但其相互作用及上下游调控机制仍不清楚。新近报道发现肌细胞因子FGF21促使分泌resistin的主要组织白色脂肪转化为不分泌resistin的棕色脂肪，推测FGF21可能负向调控resistin表达。据此本课题提出假说：有氧运动通过FGF21/PGC1-α/resistin/TLR4激活骨骼肌线粒体自噬功能，改善IR，从而防治T2DM。本研究拟构建IR大鼠模型并进行有氧运动干预，通过功能缺失和过表达技术研究FGF21/PGC1-α与resistin/TLR4信号通路之间的调控关系，并进一步建立3T3-Ll脂肪细胞和L6骨骼肌细胞IR模型，验证该通路在运动改善骨骼肌细胞自噬及IR的作用。

糖尿病（DM）是21世纪主要流行慢性疾病之一，而胰岛素抵抗（IR）是DM最重要发病机制和特征。运动作为DM治疗“五驾马车”之一，其对IR作用机制仍不十分清楚。. 本研究通过构建小鼠及细胞IR模型，并给予小鼠16周有氧运动干预，分两个部分探讨运动对小鼠骨骼肌和脂肪组织IR的影响及分子机制：第一部分：首先通过动物实验研究发现：运动可降低高脂喂养小鼠血糖血脂、HOMA-IR以及骨骼肌组织糖脂代谢紊乱等；其次，采用WB法、免疫组化、免疫荧光及免疫共沉淀等方法多角度验证FGF21辅助受体βklotho在骨骼肌细胞中存在表达；证实运动可逆转受损FGF21信号，进而激活AMPK/ulk1/FUNDC1线粒体自噬通路改善线粒体质量控制及抗氧化能力；最后通过采用慢病毒转染过表达FGF21分子，以及应用AMPK抑制剂进行功能性获得及抑制实验，在细胞水平验证FGF21激活AMPK/ulk1/FUNDC1线粒体自噬通路并改善线粒体功能，包括减少ROS产生和炎症因子NFkB、IL6及TNFα表达，提高脂代谢限速酶CPT1及UCP1和三羧酸循环限速酶CS表达等，最终改善骨骼肌细胞IR。第二部分：本研究在动物水平发现：运动可减少高脂喂养小鼠内脏脂肪含量、改善脂肪组织脂代谢紊乱和IR，其机制可能与运动上调脂肪组织FGF21分子，激活AMPK/SIRT1信号通路调控线粒体生发分子PGC1-α和炎症因子NFkB、IL6及TNFα有关。其次，通过给予慢病毒转染过表达FGF21分子、及应用AMPK抑制剂和SIRT1抑制剂处理，在细胞水平证实FGF21分子通过调控AMPK/SIRT1信号通路，从而提高线粒体生发和代谢功能，包括PGC1a、mtTFA和mt-co3表达增加，CS、UCP1和ATP生成增加；减少活性氧生成及提高抗氧化能力，抑制NFkB、IL6和TNFα等炎症因子；调节HSL、FAS和CPT1酶活性改善脂质紊乱等，最终改善改善脂肪细胞IR。. 本研究较全面、深入探讨了有氧运动通过激活FGF21信号通路，进而调节线粒体质量控制、氧化应激、炎症反应以及糖脂代谢等，最终改善骨骼肌及脂肪组织IR的分子机制。课题研究成果积极响应国家“慢病管理”和“老年主动健康”政策，为运动治疗代谢性疾病提供新的理论与实验依据，同时也为临床提供新的治疗靶点。