关键词:
运动训练
芳香化酶
雌激素
骨骼肌
线粒体
摘要:
雌激素是主导女性第二性征发育、维持和调控生育功能的甾体类激素,同时具有重要的抗氧化和线粒体保护作用。相对于同龄男性,绝经后女性较易出现全身性骨骼肌功能衰退,伴随有线粒体功能紊乱,而雌激素替代治疗(ERT)可以减轻这种损失,提示绝经后女性骨骼肌线粒体状态变化可能直接或间接与机体内低雌激素水平有关。运动是维持骨骼肌健康,防治骨骼肌功能衰退最有效的方法之一,我们前期研究发现运动训练可以促进骨骼肌组织中合成雌二醇(E)的限速酶—芳香化酶的表达,并提高骨骼肌E水平。然而,尚不清楚肌源性E是否介导运动改善骨骼肌抗氧化能力和线粒体功能,发挥骨骼肌的保护作用。本研究通过构建低雌激素水平动物模型,并结合在体肌肉特异性芳香化酶(ARO)基因敲除,采用运动或者补充E干预等手段,明确运动对低雌激素条件下小鼠骨骼肌芳香化酶表达、内源性E生成、骨骼肌抗氧化能力和线粒体功能的影响,探讨肌源性E在运动改善小鼠骨骼肌功能中的作用及机制,为运动预防绝经后女性骨骼肌功能下降提供理论和实验依据。方法第一部分实验:8周龄雌性C57BL/6J小鼠随机分为假手术组(Sham)、去卵巢手术组(OVX)和去卵巢+运动训练组(OVX+ET)(n=12)。采用双侧卵巢切除术构建OVX小鼠模型,运动组小鼠执行为期8周的中等强度跑台运动训练。干预期间,检测小鼠体成分、抓力和抗疲劳能力。干预结束后,检测小鼠骨骼肌形态学、抗氧化能力、线粒体功能及相关分子表达变化,以及骨骼肌芳香化酶活性/表达、E水平和雌激素受体表达改变,具体检测指标如在体实验技术路线图I所示。该部分实验目的为验证OVX小鼠骨骼肌的运动适应效应,明确其作用机制是否与骨骼肌抗氧化能力、线粒体功能和骨骼肌E水平变化有关。第二部分实验:利用制备好的芳香化酶基因(ARO)Flox杂合小鼠与肌肉组织特异性Cre阳性小鼠进行配繁,获得子代中的Flox小鼠和肌肉组织ARO基因纯合敲除(MS-ARO-CKO)小鼠。选取雌性Flox小鼠和MS-ARO-CKO小鼠,随机分为Sham组、OVX组、KO+Sham组和KO+OVX组(n=6)。此外,选取雄性Flox小鼠和MS-ARO-CKO小鼠,分别为WT组和KO组。雌性小鼠去卵巢方案与第一部分相同,实验中检测不同组别小鼠体重、体成分、抓力、抗疲劳能力和骨骼肌E的水平,如在体实验技术路线图II所示。该部分实验主要明确骨骼肌ARO基因缺失对正常或低雌激素条件下小鼠骨骼肌E水平及骨骼肌功能的影响。第三部分实验:以8周龄MS-ARO-CKO小鼠为实验对象,随机分为Sham组、OVX组、OVX+E(补充E组)和OVX+ET(n=6)。去卵巢手术和运动训练方案与第一部分相同,采用皮下植入缓释片方式补充E,补充时间与运动干预时间同步。干预结束后,检测小鼠骨骼肌线粒体功能、抗氧化能力及相关分子表达变化,以及骨骼肌E受体表达改变,具体检测指标如在体实验技术路线图III所示。该部分实验目的为证明肌源性E是否参与运动训练对OVX小鼠骨骼肌线粒体的保护作用。结果第一部分(1)运动对OVX小鼠骨骼肌质量和功能的影响与Sham组相比,OVX组小鼠阴道分泌物以白细胞为主,子宫萎缩,血清E水平下降(P<0.01);骨骼肌湿重、肌纤维横切面积和胶原纤维水平无明显变化,但抓力和抗疲劳能力下降(P<0.01);肌力相关腓肠肌肌球蛋白调节轻链磷酸化水平下降(P<0.05)。相对于OVX组,OVX+ET组小鼠体脂率下降,瘦体重率增加(P<0.01),骨骼肌抗疲劳能力上升(P<0.05);肌力相关腓肠肌肌球蛋白调节轻链磷酸化水平上升(P<0.01)。(2)运动对OVX小鼠骨骼肌线粒体的影响相对于Sham组,OVX组小鼠腓肠肌线粒体数量减少,肌原纤维间部分线粒体异常增大,ATP生成减少(P<0.01),线粒体呼吸功能相关呼吸链复合酶体I状态4、复合酶体I和II状态3、复合酶体II状态3、复合酶体IV状态3等状态呼吸速率下降(P<0.05);呼吸链复合酶体I、复合酶体II、复合酶体IV,生物发生相关PGC-1α和TFAM蛋白,融合蛋白mfn2表达下降(P<0.05),分裂蛋白drp1水平上升(P<0.01)。OVX+ET组相比OVX组,运动训练改善了OVX诱导的以上腓肠肌线粒体数量,形态和呼吸功能的影响;同时,腓肠肌中PGC-1α、TFAM、mfn2蛋白表达增加(P<0.05),drp1蛋白表达减少(P<0.01)。(3)运动对OVX小鼠骨骼肌抗氧化能力的影响与Sham组相比,OVX组小鼠腓肠肌抗氧化相关SOD、CAT和GPx活性下降(P<0.05),MDA含量增加(P<0.01),抗氧化信号通路相关Sirt1、p Nrf2、Nrf2和HO-1表达水平下调(P<0.05)。与OVX组相比,OVX+ET组小鼠腓肠肌中Sirt1、p Nrf2、N