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抗阻运动通过mir-30d-5p/SIRT1/PGC-1α轴改善T2DM小鼠骨骼肌糖脂代谢和线粒体生物合成

期刊:Int. J. Mol. Sci.DOI:10.3390/ijms252212416

本文属于类型a,即报告了一项原创性研究的学术论文。以下是针对该研究的详细报告:


研究背景与目的

本研究由Lifang Zheng、Zhijian Rao、Jiabin Wu、Xiaojie Ma、Ziming Jiang和Weihua Xiao等作者共同完成,分别来自上海大学体育学院、上海师范大学体育学院以及上海体育学院。该研究于2024年11月19日发表在《International Journal of Molecular Sciences》期刊上,题为《Resistance Exercise Improves Glycolipid Metabolism and Mitochondrial Biogenesis in Skeletal Muscle of T2DM Mice via miR-30d-5p/SIRT1/PGC-1α Axis》。

2型糖尿病(T2DM)是一种全球范围内广泛流行的慢性代谢性疾病,其主要特征为胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)。骨骼肌作为胰岛素的主要靶器官,在葡萄糖摄取和代谢中起关键作用。尽管有氧运动已被广泛认可为改善T2DM的有效手段,但抗阻运动(resistance exercise, RE)在改善T2DM患者血糖和胰岛素敏感性方面的机制尚未完全阐明。近年来,微小RNA(miRNAs)被发现在调节胰岛素抵抗和代谢途径中发挥重要作用,尤其是miR-30d-5p被认为通过靶向SIRT1和PGC-1α调控葡萄糖代谢和线粒体功能。因此,本研究旨在探讨抗阻运动是否通过miR-30d-5p/SIRT1/PGC-1α轴改善T2DM小鼠骨骼肌中的糖脂代谢和线粒体功能。

研究流程与方法

研究分为多个步骤,主要包括T2DM小鼠模型的建立、抗阻运动干预、分子生物学实验以及数据分析。

  1. T2DM小鼠模型的建立
    5周龄的C57BL/6J小鼠被随机分为正常饮食组和高脂饮食组。高脂饮食组小鼠在12周后通过腹腔注射链脲佐菌素(STZ)诱导T2DM模型。通过空腹血糖、葡萄糖耐量试验(IPGTT)和胰岛素耐量试验(ITT)确认T2DM模型的成功建立。

  2. 抗阻运动干预
    T2DM小鼠被随机分为抗阻运动组(T2DM-RE)和久坐组(T2DM-Sed)。抗阻运动组小鼠进行为期8周的爬梯训练,训练负荷从体重的30%逐渐增加到100%。训练频率为每周3天,每天3组,每组5次。

  3. 分子生物学实验

    • 糖脂代谢相关指标检测:通过Western blot检测骨骼肌中IRS-1、p-PI3K、p-AKT、GLUT4等蛋白的表达水平,评估胰岛素信号通路的激活情况。
    • 线粒体生物合成和动力学相关指标检测:通过qRT-PCR和Western blot检测NRF-1、mtDNA拷贝数、MFN2、DRP1、FIS1等基因和蛋白的表达水平,评估线粒体功能。
    • miR-30d-5p的功能验证:通过转染miR-30d-5p模拟物和抑制剂,研究其对C2C12肌管细胞葡萄糖摄取、脂质沉积和线粒体功能的影响。
  4. 数据分析
    所有数据通过GraphPad Prism 9.0进行统计分析,采用单因素方差分析(ANOVA)和Tukey事后检验,显著性水平设定为p < 0.05。

主要研究结果

  1. 抗阻运动改善T2DM小鼠的体重和糖代谢
    8周的抗阻运动显著降低了T2DM小鼠的空腹血糖、血清胰岛素水平,并改善了葡萄糖耐量和胰岛素耐量。此外,抗阻运动还显著增加了骨骼肌中IRS-1、p-PI3K、p-AKT和GLUT4的表达,表明抗阻运动通过激活胰岛素信号通路改善了胰岛素敏感性。

  2. 抗阻运动促进脂质代谢
    抗阻运动显著降低了T2DM小鼠骨骼肌中与脂质合成相关的基因(如ACCα、HMGCR、SREBF1)的表达,同时增加了与脂质氧化和转运相关的蛋白(如CPT-1α、PPARα、CD36)的表达,表明抗阻运动通过促进脂质氧化和抑制脂质合成改善了脂质代谢。

  3. 抗阻运动增强线粒体生物合成和动力学
    抗阻运动显著增加了T2DM小鼠骨骼肌中NRF-1的表达和mtDNA拷贝数,表明抗阻运动通过上调NRF-1/mtDNA信号通路促进了线粒体生物合成。此外,抗阻运动还显著增加了线粒体动力学相关蛋白(如DRP1、MFN2、FIS1)的表达,表明抗阻运动改善了线粒体功能。

  4. miR-30d-5p/SIRT1/PGC-1α轴的调控作用
    研究发现,miR-30d-5p在T2DM小鼠骨骼肌中显著上调,而抗阻运动显著下调了miR-30d-5p的表达。进一步的体外实验表明,miR-30d-5p通过靶向SIRT1调控PGC-1α的表达,进而影响线粒体功能和糖脂代谢。miR-30d-5p的过表达显著抑制了C2C12肌管细胞的葡萄糖摄取和线粒体生物合成,而其抑制剂则逆转了这些效应。

结论与意义

本研究表明,抗阻运动通过miR-30d-5p/SIRT1/PGC-1α轴显著改善了T2DM小鼠骨骼肌中的糖脂代谢和线粒体功能。具体而言,抗阻运动通过激活胰岛素信号通路、促进脂质氧化、抑制脂质合成以及增强线粒体生物合成和动力学,有效改善了T2DM小鼠的代谢健康。此外,miR-30d-5p被确定为抗阻运动改善T2DM的关键调控因子,可能成为未来T2DM治疗的新靶点。

研究亮点

  1. 创新性发现:首次揭示了抗阻运动通过miR-30d-5p/SIRT1/PGC-1α轴改善T2DM小鼠糖脂代谢和线粒体功能的分子机制。
  2. 多维度研究:研究不仅关注了糖脂代谢的改善,还深入探讨了线粒体生物合成和动力学的变化,为抗阻运动的代谢益处提供了全面的解释。
  3. 潜在应用价值:miR-30d-5p作为潜在的T2DM治疗靶点,为未来的药物开发和个性化治疗提供了新的方向。

其他有价值的内容

本研究还提供了详细的实验方法和数据分析流程,为其他研究者提供了可重复的实验框架。此外,研究中对miR-30d-5p的功能验证为miRNA在代谢疾病中的作用研究提供了新的思路。


本研究不仅为抗阻运动在T2DM管理中的应用提供了科学依据,还为miRNA在代谢调控中的作用研究开辟了新的领域。

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