高住低訓對大鼠骨骼肌myostatin mRNA表達的影響

1、高住低訓對大鼠骨骼肌myostatin mRNA表達的影響    摘要：為了探討肌肉質量負調控因子肌肉生長抑制素（myostatin）在低氧和運動調控骨骼肌質量中的作用，將SD大鼠分為常氧對照組、常氧運動組、低氧暴露即刻組、高住低訓即刻組、低氧暴露復氧1周組、高住低訓復氧1周組。運動方式為跑臺運動。采用人工模擬氧濃度13.6%的低氧環(huán)境進行間歇性低氧暴露，每天晚上在氧濃度13.6%低氧艙內低氧暴露12 h，共4周,實驗后取腓腸肌稱重，采用RTPCR方法測定腓腸肌myostatin mRNA的表達。結果表明：1）與常氧對照組比，高住低訓即刻組體重顯著下降，

2、腓腸肌質量顯著下降（P<0.05）；2) 與常氧對照組比，常氧運動組骨骼肌myostatin mRNA表達明顯上升（P<0.05）；3) 4周低氧暴露后骨骼肌myostatin mRNA表達明顯上升（P<0.05），復氧1周后被完全抑制；4) 4周高住低訓后骨骼肌myostatin mRNA表達明顯上升（P<0.05），復氧1周后被完全抑制。高住低訓后骨骼肌質量丟失，myostatin mRNA表達上升。提示高住低訓調節(jié)骨骼肌質量可能與運動、低氧調控骨骼肌myostatin水平有關。關鍵詞： 運動素質與生物力學；肌肉生長抑制素；肌肉質量中圖分類號： G 804.2 文章

3、編號：1009783X(2012)03028004 文獻標志碼： A收稿日期：20100519基金項目：教育部全國高校博士點基金（20050043002）;三峽大學人才基金（KJ2008B062）。作者簡介：賀道遠（1967），男，湖北荊州人，博士，教授，研究方向為運動適應的分子調控機制；葉鳴（1975），女，陜西綏德人，博士，副教授，研究方向為低氧訓練；朱一力（1961），男，北京人，博士，副教授，研究方向為運動的能量代謝；曾凡星（1956），男，湖北荊州人，博士，教授，研究方向為運動調控的內分泌機制。作者單位：1.三峽大學體育學院，湖北 宜昌 443002；2.首都體育學院 運動生理教研室

4、，北京 100191；3.北京體育大學 運動人體科學學院，北京 1000841.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,Chi

5、na. 肌肉生長抑制素（myostatin）又稱為生長分化因子8（growth and differential factor8）即GFD 8，是TGF超家族的一個成員，主要在胚胎生長發(fā)育時期和成熟的骨骼肌中表達，對骨骼肌的生長具有強烈的負調節(jié)作用。McPherron1通過觀察myostatin基因敲除或基因突變的小鼠，發(fā)現其骨骼肌體積是正常野生型小鼠的3倍以上，而其他生長發(fā)育性狀上沒有任何表現型的差異。有報道阻力運動后肌肉肥大，myostatin表達下降。而耐力運動對其表達影響不清楚。低氧暴露和低氧運動影響肌肉生長和質量，但未見任何有關低氧、低氧復合運動對myostatin表達影響的報道。本

6、實驗通過探討高住低訓對骨骼肌myostatin mRNA表達影響的規(guī)律，為揭示運動和低氧調控肌肉生長的分子機制提供依據。1 材料和方法1.1 動物及分組健康雄性、SPF級2月齡的SD大鼠，體重180200 g，由北京大學醫(yī)學部實驗動物中心提供。晝夜節(jié)律人工控制光照，環(huán)境溫度（23±2），動物自由取食及飲水，飼養(yǎng)1周后用于實驗。實驗動物隨機分大組：常氧對照組（）、常氧運動組（）、低氧暴露組（）、高住低訓組（HL）。低氧暴露組又分低氧暴露即刻組、低氧暴露復氧1周組，高住低訓組又分為高住低訓即刻組、高住低訓復氧1周組，共6小組，每組6只。注：myostatin mRNA表達為myostat

7、in/actin的相對值，結果為平均數±標準差，n=6，*表示與常氧對照相比有顯著性差異，P<0.05；#表示與4周即刻組比復氧1周組有顯著差異，P<0.05。3 分析與討論體重狀況是機體生長正常與否的標志。本實驗的結果表明，4周高住低訓后大鼠體重比常氧對照組減少了16.6%，高住低訓明顯抑制大鼠體重的增重。早前的研究顯示，人體在高原訓練過程中體重下降24，動物在低氧訓練時體重也下降56 ，我們的結果與這一致。高住低訓對體重的影響與低氧暴露和運動2方面都有關7。研究還表明，4周耐力運動對體重增重影響不大，而4周低氧暴露后體重增重比對照減少了14.7%，其變化過程和幅度與高

8、住低訓的影響類似，因此低氧是高住低訓影響體重的主要因素。體重主要與能量的平衡狀況有關，受營養(yǎng)、運動、生長發(fā)育、機體內分泌狀況等影響。研究顯示：代謝調控因子如生長激素（GH），胰島素樣生長因子1（IGF1）等對體重有調節(jié)作用，IGF1促進常氧下的體重增重，也對低氧狀況所致體重的下降有明顯的控制作用8，但myostatin水平與體重的關系還不清楚，未見任何報道。肌肉質量影響肌肉收縮等骨骼肌的機能。無論是力量運動還是速度、耐力運動的運動能力都主要取決于肌肉質量。本研究發(fā)現，4周高住低訓后肌肉質量下降，這可能與低氧和運動2種因素都有關，但低氧可能是主要影響因素。本實驗觀察到4周低氧暴露和常氧運動后肌肉

9、質量均顯著下降，但低氧暴露后肌肉質量下降幅度更明顯。肌肉質量的下降主要包括肌肉蛋白的丟失，本實驗中肌肉質量的下降表明低氧運動影響蛋白代謝。 肌肉質量受營養(yǎng)、運動、內分泌狀況的影響。GH、IGF1、睪酮是肌肉質量的正調控因子，而IL6、myostatin是肌肉質量的負調控因子，它們可能共同調控肌肉生長。Myostatin是繼GH、IGF1等之后新發(fā)現的一種調節(jié)骨骼肌生長發(fā)育的重要細胞因子，對肌肉的生長起負的調控作用。在一些導致肌肉萎縮，如包括后肢去負荷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的表達上調。這些都表明骨骼肌Myostatin水平與肌肉的質量

10、存在負相關。本研究首次報道了高住低訓對myostatin mRNA表達的影響，結果顯示：4周高住低訓后Myostatin mRNA表達顯著增加，復氧1周后myostatin mRNA表達被完全抑制。表明高住低訓明顯促進myostatin mRNA表達，復氧抑制其表達。由于本實驗及其他報道均表明高住低訓抑制肌肉生長，而myostatin又是肌肉質量的負調控因子，因此本研究提示myostatin可能參與了高住低訓對肌肉質量的調控。肌肉的收縮活動對肌肉生長的調節(jié)存在一個非常復雜的調控機制,既有正性的促肌肉生長的調節(jié),也有負性的抑制肌肉生長的調節(jié),它們共同構成了對肌肉生長的精細調節(jié)。其中2種重要的正負

11、調節(jié)因子IGF1和myostatin起關鍵的調控作用。研究表明4周耐力運動后myostatin mRNA表達顯著增加，提示運動通過影響myostatin表達來調節(jié)肌肉質量；但運動影響myostatin表達規(guī)律還不太清楚，已有研究顯示可能與運動類型有關。多數結果均表明阻力運動后血液及肌肉中的myostatin的表達下降，并且myostatin的表達與肌肉質量和體積，肌纖維面積、蛋白含量呈現負相關14，提示myostatin可以作為運動調控肌肉生長狀況的指標；但耐力運動對myostatin表達影響的研究報道很少，Matsakas15報道了大鼠一次急性游泳訓練和4周游泳耐力運動后myostatin表

12、達都下降，肌肉橫截面積增加，而游泳有類似阻力運動的促肥大作用，游泳抑制myostatin表達實質上仍與myostatin的功能一致，而跑臺運動與游泳運動方式有較大差別，沒有顯著促肥大作用，因而本實驗中4周跑臺運動促進myostatin表達也反映了myostatin的功能。低氧對myostatin影響未見任何報道。本研究首次報道了低氧暴露對myostatin mRNA表達的影響，結果顯示：4周低氧暴露后即刻myostatin mRNA表達顯著增加；復氧1周后 myostatin mRNA表達又被完全抑制。表明低氧促進myostatin mRNA表達，復氧明顯強烈地抑制其表達；研究結果提示myos

13、tatin可能參與低氧對骨骼肌質量的調控，這一發(fā)現對于揭示低氧調控肌肉生長的分子機制具有重要的意義。高住低訓對myostatin mRNA表達的影響與低氧和運動2種因素有關。由于myostatin mRNA表達在低氧暴露和高住低訓中存在相同的變化規(guī)律，即低氧促進其表達，復氧完全抑制其表達；因此，我們認為高住低訓對myostatin mRNA表達的影響可能主要是低氧因素的影響。低氧和運動影響myostatin mRNA表達的機制還不清楚。一些研究表明，其他的肌肉生長調控因子GH、IGF1、睪酮、皮質醇等與myostatin表達存在關聯(lián)1619，低氧暴露及低氧運動過程中這些調控因子是否影響myos

14、tatin表達還不清楚；因此，目前需要進一步明確的是運動如何影響myostatin表達，運動中IGF1 和myostatin表達呈現反向的關系20，而運動又直接影響IGF1、睪酮等的表達；因此，是否可以推測運動導致的肌肉收縮引起細胞膜上IGF1受體或胞內睪酮等受體的變化，再進而影響myostatin的表達的變化呢？由于本研究首次報道了低氧對myostatin表達的影響，還沒有其他任何研究報道低氧與myostatin表達的關系，有關線索還知道甚少。是否低氧影響myostatin表達機制也可能同樣與IGF1、睪酮等的變化相關呢？由于研究表明低氧也抑制IGF1的表達2122，因此，可以推測低氧影響m

15、yostatin表達可能涉及IGF1及相關通路，但是，這些還需要實驗進一步加以證實。低氧后復氧，myostatin表達被抑制，是由于此時肌肉的氧供應又重新恢復，促進myostatin表達的因素消失所致，這也與復氧后體重、肌肉質量顯著恢復正好呈現負相關性。雖然有力的證據已經顯示了myostatin是控制肌肉質量的關鍵調控因子，但myostatin影響肌肉蛋白合成的具體機制還有待進一步研究。蛋白合成的調控主要包括基因轉錄的調控和蛋白翻譯的調控。mTOR信號通路是非常重要的蛋白翻譯的調控信號，它包括從PI3K/PKB/TOR/p70S6K的信號通路23，而目前已有研究顯示myostatin能夠調節(jié)m

16、TOR信號通路24。myostatin能夠調節(jié)IGF1、IGF2表達25，而IGF1、IGF2又調節(jié)蛋白合成，其途徑涉及mTOR信號；因此，myostatin調節(jié)翻譯過程也可能是通過IGF1等調控mTOR信號進行的。另外，由于睪酮及其受體作用主要是影響與蛋白合成相關的基因表達26，并且睪酮及其受體與myostatin表達存在相關性；因此，myostatin調控蛋白合成也有可能是經睪酮及其受體等途徑調節(jié)基因表達；但就我們所知，Myostatin對促蛋白合成的基因表達及翻譯的調控直接證據還甚少，因此myostatin調控肌肉蛋白合成的具體機制需今后的實驗進一步研究弄清。4 結論本研究首次報道了低氧

17、暴露和高住低訓對大鼠骨骼肌myostatin mRNA表達的影響，發(fā)現高住低訓4周后體重增重下降，肌肉質量丟失。高住低訓4周后myostatin mRNA表達明顯增加，復氧1周后myostatin mRNA表達被完全抑制，表明高住低訓明顯促進myostatin mRNA表達。研究提示myostatin可能參與運動和低氧對骨骼肌質量的調控。 參考文獻：1 Mcpherron A C，Lawler A M，Lee S J.Regulation of skeletal muscle in mice by a new TGFbeta superfamily member J.Nature,1997,3

18、87(6628):8390.2 翁慶章.高原訓練對優(yōu)秀游泳運動員的生理效應J.中國運動醫(yī)學雜志,1990,9(3):155161.3 袁建琴,曹建民,徐勇,等.現代五項高原訓練某些生理生化指標的訓練監(jiān)控研究J.北京體育大學學報,2003,26(1):5152.4 李曉霞,胡揚,田中,等.高住低訓對運動員身體成分的影響J.沈陽體育學院學報,2004,23(3):424425.5 Bigard A X,Brunet A,Guezennec C Y,et al.Effects of chronic hypoxia and endurance training on muscle capillarit

19、y in rats J.Eur J Physiol,1991,419(34):225229.6 Olfert I M,Breen E C,Mathieu C O,et al.Skeletal muscle capillarity and angiogenic mRNA levels after exercise training in normoxia and chronic hypoxiaJ.J App Physiol,2001,91(3):11761184.7 黃徐根,徐建方,馮連世.低氧暴露及低氧訓練對體重的影響J.體育科學,2006,26(3):8693.8 Iioka Y,Tatsu

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