运动干预改善2型糖尿病大鼠骨骼肌信号通路机制的研究

运动疗法已应用于糖尿病预防和治疗的临床实践。运动干预改善肥胖-胰岛素抵抗和2型糖尿病PI3K/Akt与LKB1-AMPK信号通路级联蛋白激酶的活性、磷酸化水平及蛋白表达，促进骨骼肌吸收与利用葡萄糖，调节血糖平衡的分子机制迄今尚未清楚。鉴于目前肥胖-胰岛素抵抗发病率升高，2型糖尿病发病趋于年轻化，本课题在前期研究工作的基础上拟研究：（1）运动干预对中龄（17月龄）肥胖-胰岛素抵抗和2型糖尿病大鼠骨骼肌PI3K/Akt与LKB1-AMPK信号通路PI3K、Akt、AS160、LKB1、AMPK的活性与表达，及PGC-1与NRF-1的基因表达，阐明运动干预改善大鼠骨骼肌对胰岛素敏感性，调节糖代谢的分子机制；（2）通过骨骼肌离体标本培养制备，分别或同时应用Akt、AMPK特异抑制剂，检测AS160磷酸化水平与蛋白表达，证实在运动干预的作用下Akt和AMPK与AS160的相互关系。

高脂饮食喂养诱发大鼠肥胖、胰岛素抵抗、高胰岛素血症是广泛应用的动物模型。但是，肥胖-胰岛素抵抗不具有高血糖症，非2型糖尿病动物模型，因而限制了运动及药物降低血糖治疗糖尿病的实验研究。因此，人们通过选择非遗传的、远系杂交的Sprague–Dawley（SD）大鼠，采用高脂饮食结合小剂量链脲菌素（STZ）注射，建立从胰岛素抵抗到β细胞机能障碍较稳定的2型糖尿病模型。这种模型类似人类2型糖尿病的疾病过程与代谢特征。然而，该模型是否损伤单磷酸腺苷激活的蛋白激酶（AMPK）及胰岛素信号通路级联蛋白激酶的磷酸化与表达不甚清楚。此外，运动能否影响高脂饮食结合小剂量STZ注射大鼠骨骼肌AMPK通路和胰岛素信号磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3-K）下游分子，调节糖代谢的作用未见报道。因此，本研究选择15月龄SD雄性大鼠，采用8周高脂饮食喂养，造成实验大鼠肥胖后，进行一次小剂量STZ（30mg/kg）注射建立从胰岛素抵抗到β细胞机能障碍的2型糖尿病大鼠模型。检测发现糖尿病大鼠血糖显著升高，伴有甘油三酯、总胆固醇、游离脂肪酸的增加。该模型体现了2型糖尿病的代谢特点。同时，我们证实糖尿病大鼠AMPK信号级联蛋白激酶的磷酸化与表达减少；胰岛素信号PI3-K下游分子蛋白激酶B（Akt）及其亚基Akt1、2的磷酸化与表达受损。通过8周运动干预，最后一次运动结束36-48h后的实验显示，糖尿病大鼠血糖下降，并下调了血液甘油三酯、总胆固醇、游离脂肪酸浓度。骨骼肌信号通路蛋白激酶检测发现，运动增加糖尿病大鼠AMPKα1/2及其亚基AMPKα1、2的磷酸化与表达，但减少AMPK底物乙酰辅酶A羧化酶（ACC）的磷酸化与表达；同时也证实长期运动增加PI3-K下游关键蛋白激酶Akt1、2的表达，及AS160的磷酸化水平。测试非典型蛋白激酶C（aPKC） 发现，运动逆转糖尿病大鼠骨骼肌aPKC的损伤。研究选择急性运动干预方式显示，尽管一次运动8-16h后，对糖尿病大鼠血液甘油三酯、总胆固醇、游离脂肪酸浓度无明显影响，但降低血糖，对骨骼肌AMPK通路与胰岛素信号PI3-K下游分子磷酸化和表达作用的结果与长期干预效果相似。总之，实验证实长期和急性运动改善糖尿病大鼠骨骼肌AMPK级联激酶和胰岛素信号PI3-K下游分子的磷酸化与表达；研究结果对于认识运动调节胰岛素抵抗的信号机制提供了重要的进展。