耐力运动对Sir2基因沉默老年果蝇心功能及睡眠的影响

摘要

研究目的：
　　本研究采用UAS-Gal4二元转基因系统介入致使果蝇Sir2基因表达敲减，采用果蝇垂直转动运动装置，研究耐力运动对Sir2基因敲减老年果蝇的影响，以及耐力运动、Sir2基因与心功能、睡眠、寿命的联系，旨在找出一种能够改善老年果蝇心脏功能，提高老年果蝇运动能力，改善睡眠质量并延长果蝇平均寿命的方法，为耐力运动结合Sir2基因敲减干预在延缓衰老方面的研究提供理论依据。
　　研究方法：
　　实验模型构建:采用三个果蝇品系:Sir2敲减系(y[1]w[67c23];P{w[+mC]y[+mDint2]=EPgy2} Sirt1[EY22867]DnaJ-H[EY22867])、W1118野生型和arm-Gal4品系。方法:雄性arm-Gal4品系分别与雌性W1118野生型和雌性Sir2基因敲减型果蝇杂交，得到F1代W1118/arm-Gal4（野生组）和sir2/arm-Gal4（敲减组），收集两品系6-10小时内羽化的处女蝇各3200只，随机分为8组:2周W1118/arm-Gal4野生对照组(2W-C-W1118/arm-Gal4)，2周sir2/arm-Gal4敲减对照组(2W-C-sir2/arm-Gal4)，2周W1118/arm-Gal4野生运动组(2 W-E-W1118/arm-Gal4)，2周sir2/arm-Gal4敲减运动组(2W-E-sir2/arm-Gal4)，6周W1118/arm-Gal4野生对照组(6W-C-W1118/arm-Gal4)，6周sir2/arm-Gal4敲减对照组(6W-C-sir2/arm-Gal4)，6周W1118/arm-Gal4野生运动组(6W-E-W1118/arm-Gal4)，6周sir2/arm-Gal4敲减运动组(6W-E-sir2/arm-Gal4)，每组400只，分装于20管内，置于培养箱中饲养。
　　采用果蝇垂直转动运动装置，运动组均从第二天龄开始运动，每天训练两小时，连续运动5天，休息2天，分别运动两周和六周，装置转速频率的设定根据果蝇的实际运动情况作相应调整。(装置频率初设置为280Hz，间隔时间7s，四周运动过后调整至间隔时间14s)从构建的两种品系中分别随机挑选出10只果蝇进行RT-PCR检测，16只果蝇进行DAMS果蝇活动监测，30只果蝇进行M-mode检测，100只进行攀爬能力测验，100只统计生命周期。
　　研究结果：
　　3.1.实时荧光定量PCR检测
　　与W1118/arm-Gal4组相比，Sir2/arm-Gal4组表达量降低，敲减率为61.92％，表明F1代Sir2基因敲减果蝇品系构建成功。
　　3.2.心功能检测
　　与6W-C-W1118/arm-Gal4组相比，6W-E-W1118/arm-Gal4组心脏纤维性震颤下降(P＜0.05)，提示运动可以降低野生型老年果蝇纤维性震颤的发生风险。6W-C-sir2/arm-Gal4组与6W-C-W1118/arm-Gal4组相比，心律不齐指数明显上升(P＜0.01)，心脏纤维性震颤明显上升(P＜0.01)，提示Sir2基因敲减会加剧老年果蝇心律失常和心脏纤维性震颤的发生。与6W-C-sir2/arm-Gal4组相比，6W-E-Sir2/arm-Gal4心律不齐指数下降(P＜0.01)，心脏纤维性震颤下降(P＜0.05)，缩短分数提高(P＜0.05)，提示运动可以改善Sir2基因敲减型老年果蝇的心功能并降低心脏节律异常增龄升高、纤维性震颤增龄升高发生的风险。
　　3.3.睡眠
　　6W-C-W1118/arm-Gal4组、6W-C-Sir2/arm-Gal4组、6W-E-W1118/arm-Gal4、6W-E-Sir2/arm-Gal4组日间活动量，日间睡眠时间均无显著差异，老年果蝇运动组夜间活动量小于安静组，夜间睡眠时间、总睡眠时间大于安静组，具有显著性差异。6W-C-Sir2/arm-Gal4组夜间活动量大于6W-C-W1118/arm-Gal4组，具有显著性差异(P＜0.05)。提示Sir2基因敲减会增加老年果蝇的夜间活动量，运动能够降低老年果蝇夜间活动量。
　　3.4.运动能力检测
　　与6W-C-W1118/arm-Gal4组相比，6W-E-W1118/arm-Gal4组攀爬指数明显上升(P＜0.01)，6W-C-sir2/arm-Gal4组攀爬指数下降(P＜0.01)，提示长期的运动训练可以明显改善野生型老年果蝇的运动能力，Sir2基因敲减会降低老年果蝇的运动能力。与6W-C-sir2/arm-Gal4组相比，6W-E-sir2/arm-Gal4组攀爬指数上升(P＜0.01)，提示运动可以减缓因Sir2基因敲减导致的老年果蝇运动能力下降。
　　3.5.寿龄统计
　　与C-W1118/arm-Gal4组相比，C-Sir2/arm-Gal4组寿命缩短(P＜0.01)，提示Sir2基因敲减会缩短果蝇的平均寿命。与 C-W1118/arm-Gal4组相比，2W-E-W1118/arm-Gal4组寿命延长(P＜0.01)，6W-E-W1118/arm-Gal4组寿命延长(P＜0.01)，与C-Sir2/arm-Gal4组相比，2W-E-Sir2/arm-Gal4组寿命延长(P＜0.01)，6W-E-Sir2/arm-Gal4组寿命延长(P＜0.01)，提示无论是仅在青年期实施运动干预还是从青年期实施运动干预直至老年都对野生型和Sir2基因敲减型果蝇寿命的下降有改善作用。
　　结论：
　　4.1.通过UAS-Gal4二元转基因系统成功实现了Sir2基因敲减，Sir2基因敲减会增大果蝇心脏功能障碍发生的风险，运动可以有效降低老年果蝇心脏心律不齐、纤维性震颤的发生。
　　4.2.果蝇的运动能力呈增龄性衰退，Sir2基因敲减与增龄之间产生叠加效应，进一步降低了果蝇的运动能力，通过耐力运动干预可以减缓老年果蝇运动能力的下降。
　　4.3.Sir2基因敲减对青年果蝇的睡眠-觉醒模式影响不大，对老年果蝇的睡眠-觉醒模式的影响表现在对夜间活动量的影响，会导致夜间活动量增加，睡眠片段化增多，夜间睡眠质量不佳。实施耐力运动干预后，老年果蝇睡眠片段化明显减少，夜间睡眠时间显著增加。
　　4.4.Sir2基因敲减会缩短果蝇的寿命，无论是在果蝇青年时期实施耐力运动干预还是从青年时期实施运动干预直至老年，都会对果蝇寿命的下降有改善作用，二者之间差异不大，可见青年期进行运动干预所产生的效应具有延续性。

目录

摘要

前言

1 材料与方法

1．1 实验对象

1．1．1 果蝇基因型及饲养

1．1．2 果蝇杂交与分组

1．2 实验方案

1．2．1 培养基配制

1．2．2 淋巴液配制

1．2．3 运动方案

1．3 主要仪器及试剂

1．3．1 主要仪器

1．3．2 主要试剂

1．4 指标检测

1．4．1 实时荧光定量PCR

1．4．2 心功能检测

1．4．3 睡眠活动监测

1．4．4 运动能力检测

1．4．5 寿命检测

1．4．6 统计学处理

2 结果

2．1 RT-PCR结果

2．2 心功能检测

2．2．1 心律不齐指数

2．2．2 心脏纤维性震颤

2．2．3 缩短分数

2．3 睡眠活动监测

2．3．1 青年组果蝇活动量统计

2．3．2 青年组果蝇睡眠时间统计

2．3．3 老年组果蝇活动量统计

2．3．4 老年组果蝇睡眠时间统计

2．4 攀爬能力检测

2．5 寿命检测

3 分析与讨论

3．1 耐力运动对Sir2基因敲减老年果蝇心功能的影响

3．2 耐力运动对Sir2基因敲减老年果蝇运动能力的影响

3．3 耐力运动对Sir2基因敲减老年果蝇睡眠的影响

3．4 耐力运动对Sir2基因敲减老年果蝇寿命的影响

4 结论

参考文献

文献综述 Sir2、运动对能量代谢、心脏功能及睡眠的影响

缩略词表

致谢

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