研究目的:人体摄取血液中葡萄糖的主要器官是骨骼肌。骨骼肌组织中富含线粒体,线粒体是骨骼肌细胞的主要供能场所,是骨骼肌摄取和利用能源物质的主要细胞器。线粒体的数量和正常生理功能是骨骼肌摄取葡萄糖和体内葡萄糖代谢平衡的保证。2型糖尿病(T2DM)是胰岛素分泌不足或利用功能受损、导致人体血糖过高的常见慢性病。因此,骨骼肌线粒体生物合成与功能受损与2型糖尿病(T2DM)的发生发展有着密切关系。研究表明,miR-133a在调节骨骼肌线粒体生物合Emricasan化学结构成中起着重要的作用。本研究拟通过间歇性有氧运动干预T2DM GK大鼠,探讨运动对T2DM GK大鼠骨骼肌线粒体生物合成的影响及其与miR-133a表达之间的关系。研究方法:适应性喂养1周后,16只Wistar健康雄性大鼠随机均分成正常对照组(A组)与正常运动组(B组),每组8只;T2DM GK雄性大鼠先检测随机血糖和进行口服糖耐量实验,将口服糖耐量实验降低且随机血糖≥11.1 mmol/L的GK大鼠随机均分成T2DM对照组(C组)和T2DM运动组(D组),每组8只。大鼠分笼饲养,每笼4只,自由饮食饮水,环境温度18-22℃,相对湿度50-60%,12h光照,12h黑暗。正常运动组(B组)和T2DM运动组(D组)大鼠先进行1周的递增负荷的适应性运动,适应性运动的方案为:第1天,10 m/min,运动20 min;第2天,15m/min,运动30 min;第3天,18 m/min,运动40 min;第4天,20 m/min 7 min和15 m/min 3min之间交替进行5个循环共50 min;第5天,22 m/min 7 min和15 m/min 3min之间交替进行5个循环共50 min。1周的适应性运动结束后,开始进行为期8周的正式的间歇性有氧跑台运动干预,正式运动的具体运动方案为:大鼠首先进行15 m/min 10 min的热身运动,然后进行22 m/min 7 min和15 m/min 3min之间交替进行5个循环、共50 min的运动。每天共运动60 min,每周5d,共8周。运动干预结束后,空腹12h后,大鼠进行口服糖耐量实验(OGTT):用血糖仪先测空腹血糖,然后称体重,按体重1g/kg的标准灌胃葡萄糖溶液,测取灌胃后30min、60min、90min、120min尾尖血糖,制作血糖曲线,计算糖耐量曲线下面积(AUC)。大鼠腹腔麻醉处死,腹主动脉采血、离心后,-80℃冰箱保存,用于检测大鼠血糖(GLU)、胰岛素(INS);取大鼠左后肢比目鱼肌放入2.5%戊二醛和4%多聚甲醛进行生物固定,以备制作切片观察骨骼肌显微结构和超微结构;取大鼠右后肢比目鱼肌,迅速进行液氮低温冷冻后,存放于-80℃冰箱,进行荧光半定量PCR(RT-PCR)和免疫印迹(WB)实验,分别检测线粒体生物合成与代谢相关基因和蛋白的表达情况。研究结果:(1)与正常对照组(A组)相比,正常运动组(B组)大鼠空腹血糖(GLU,5.32±0.54 mmol/L VS 4.96±0.49 mmol/L)、糖耐量曲线下面积(AUC,1041.60±156.58 VS 990.90±100.16)、空腹胰岛素水平(INS,20.67±3.57 ng/ml VS19.01±2.29 ng/ml)和骨骼肌miR-133a(0.86±0.13 VS 1.22±0.21)表达均无显著差异(P>0.05);但线粒体生物合成与代谢相关蛋白过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α(PGC-1α,0.18±0.02 VS 0.31±0.01)、线粒体转录因子(mtTFA,0.46±0.10 VS 0.92±0.11)、核呼吸因子1(NRF1,0.73±0.08 VS 1.42±0.15)、柠檬酸合成酶(CS,0.43±0.09 VS0.80±0.10)、泛醌NADH脱氢酶Fe-S蛋白1(NDUFS1,0.20±0.03 VS 0.45±0.05)、前列腺素内氧化酶还原酶1(COX1,2.78±0.18 VS 4.69±0.41)蛋白表达显著升高(P<0.05或P<0.01),正常运动组(B组)大鼠骨骼肌HE染色提示大鼠骨骼肌肌纤维横截面积增大,电镜结果显示骨骼肌线粒体数量增多增大、线粒体结构完整、排列规律。(2)与正常对照组(A组)相比,T2DM对照组(C组)大鼠空腹血糖(GLU,5.32±0.54 mmol/L VS 12.43±1.74 mmol/L)、糖耐量曲线下面积(AUC,1041.60±156.58 VS 2073.76±191.43)显著升高(P<0.01),空腹胰岛素水平(INS,20.67±3.57 ng/ml VS 12.74±1.68 ng/ml)、骨骼肌miR-133a(0.86±0.13 VS 0.66±0.01)表达及线粒体生物合成与代谢相关蛋白过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α(PGC-1α,0.18±0.02 VS 0.09±0.01)、线粒体转录因子(mtTFA,0.46±0.10 VS 0.26±0.04)、核呼吸因子1(NRF1,0.73±0.08 VS 0.31±0.08)、柠檬酸合成酶(CS,0.43±0.09 VS 0.33±0.04)、泛醌NADH脱氢酶Fe-S蛋白1(NDUFS1,0.20±0.03 VS 0.16±0.03)、前列腺素内氧化酶还原酶1(COX1,2.78±0.18 VS 0.90±0.12)表达显著降低(P<0.05或P<0.01),T2DM对照组(C组)大鼠骨骼肌HE染色提示大鼠骨骼肌肌纤维横截面积变化不大,但电镜结寻找更多果显示骨骼肌线粒体数量减少、部分线粒体结构欠缺、线粒体肿胀并呈现空泡化。(3)与T2DM对照组(C组)相比,T2DM运动组(D组)大鼠空腹血糖(GLU,12.43±1.74 mmol/L VS 11.25±1.26 mmol/L)、糖耐量曲线下面积(AUC,2073.76±191.43 VS 1823.95±203.81)显著下降(P<0.05),空腹胰岛素水平(INS,12.74±1.68 ng/ml VS 15.68±3.22 ng/ml)、骨骼肌miR-133a(0.66±0.01VS 1.14±0.45)及线粒体生物合成与代谢相关蛋白过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α(PGC-1α,0.09±0.01 VS 0.17±0.02)、线粒体转录因子(mtTFA,0.26±0.04 VS0.62±0.06)、核呼吸因子1(NRF1,0.31±0.08 VS 0.77±0.19)、柠檬酸合成酶(CS,0.33±0.04 VS 0.62±0.06)、泛醌NADH脱氢酶Fe-S蛋白1(NDUFS1,0.16±0.03 VS0.31±0.05)、前列腺素内氧化酶还原酶1(COX1,0.90±0.12 VS 3.06±0.29)表达显著升高(P<0.05或P<0.01),T2DM运动组(D组)大鼠骨骼肌HE染色提示大鼠骨骼肌肌纤维横截面积增大,电镜结果显示骨骼肌线粒体数量增多增大、线粒体结构基本完整、线粒体肿胀与空泡化现象明显减轻。(4)Pearson相关性分析结果表明,骨骼肌线粒体合成与代谢相关蛋白线粒体转录因子(mtTFA,r=0.6140)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α(PGC-1α,r=0.6426)、核呼吸因子1(NRF1,r=0.5826)、柠檬酸合成酶(CS,r=0.7423)、泛醌NADH脱氢酶Fe-S蛋白1(NDUFS1,r=0.5943)、前列腺素内氧化酶还原酶1(COX1,r=0.6993)表达与miR-1Anti-biotic prophylaxis33a表达水平均呈显著正相关(P<0.05或P<0.01)。研究结论:本研究所采用的有氧间歇运动可以增加正常大鼠和T2DM GK大鼠骨骼肌线粒体的数量和体积,提高骨骼肌线粒体合成与代谢相关蛋白线粒体转录因子(mtTFA)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α(PGC-1α)、核呼吸因子1(NRF1)、柠檬酸合成酶(CS)、泛醌NADH脱氢酶Fe-S蛋白1(NDUFS1)、前列腺素内氧化酶还原酶1(COX1)的表达水平,且这种作用可能与有氧间歇运动可以提高miR-133a表达有关,具体机制需要进一步研究。