耐力、抗阻和混合运动对成年C57BL/6小鼠骨骼肌卫星细胞激活信号通路的影响

摘要

成体骨骼肌中，卫星细胞位于骨骼肌肌膜和基底膜之间，是具有增殖分化潜能的肌源性干细胞，一般处于安静状态。当受到损伤、运动刺激或机械牵拉，卫星细胞激活进入其细胞周期，并增殖、分化融合到邻近的骨骼肌纤维上。骨骼肌再生或运动诱导的骨骼肌肥大均需卫星细胞的激活。随着年龄的增长骨骼肌质量和力量下降，即sarcopenia。在肌细胞水平上，sarcopenia主要表现为肌纤维数量的减少，尤其以Ⅱ型肌纤维为主。目前的研究结果表明，老年个体骨骼肌Ⅱ型肌纤维萎缩伴随着Ⅱ型肌纤维内卫星细胞数量的减少。因此，随着年龄的增长，卫星细胞数量减少可能在sarcopenia的病原学上起到重要作用。最近有研究证实，运动训练诱导的骨骼肌质量和肌细胞核的增加伴随着卫星细胞数量和激活状态的增加。
　　 肌纤维增加新核或肌纤维在原有的基础上进一步肥大的第一步均需卫星细胞的激活。目前的研究证实了HGF和NO在卫星细胞激活信号通路上的关键作用。这些研究主要通过细胞培养技术，发现机械牵拉卫星细胞或骨骼肌，HGF快速从其储存部位细胞外基质释放并与卫星细胞表面受体c-met结合，从而激活卫星细胞。此后的研究发现HGF的释放依赖卫星细胞或肌纤维上的nNOS生成的NO，NO通过上调MMPs活性介导了HGF的释放。
　　 目的：为了研究不同运动方式对卫星细胞的激活能力，本实验设计设计了三种不同的运动方式：耐力运动训练（跑台训练），抗阻运动训练（爬梯训练），混合运动训练（跑台和爬梯相结合）。本实验的目的是研究三种不同类型的运动训练方式对卫星细胞激活信号通路(NO-MMP2-HGF-cmet)中各个基因转录水平的影响，评价三种不同运动方式激活静息状态卫星细胞的能力。方法：将32只3月龄C57BL/6小鼠随机分成四组：安静组(C，n=8)，耐力运动训练组(E，n=8)，抗阻运动训练组(R，n=8)，混合运动训练组(M，n=8)。经过28周运动干涉后，采用实时荧光定量PCR法检测胫骨前肌中nNOS，MMP2，HGF,c-met mRNA转录水平。
　　 结果：
　　 (1)耐力训练组nNOS，HGF,c-met mRNA转录水平显著增加，MMP-2mRNA无显著性差异。
　　 (2)抗阻训练组nNOS，MMP-2，HGF,c-met mRNA转录水平显著增加。
　　 (3)混合训练组与安静组相比nNOS，MMP2，c-met mRNA转录水平无显著性变化，仅HGF mRNA转录水平显著增加。
　　 结论：
　　 (1)C57BL/6小鼠体重增长趋于稳定时，三种运动训练组体重均显著低于安静组，说明运动训练能较好的控制体重的增加。
　　 (2)与安静组相比，三组运动训练组C57BL/6小鼠胫骨前肌与体重的比值增加。耐力运动组的增加可能因体内脂肪的减少；抗阻运动组的增加可能因胫骨前肌适应性肥大；混合训练组可能因胫骨前肌适应性肥大或瘦体重增加。
　　 (3)抗阻训练组上调C57BL/6小鼠胫骨前肌NO-MMP2-HGF-c-met卫星细胞激活通路各基因转录水平，推测抗阻运动对骨骼肌中卫星细胞的激活具有明显的促进作用，在维持骨骼肌卫星细胞池的数量和促进骨骼肌肥大中具有显著意义。
　　 (4)耐力训练组上调C57BL/6小鼠胫骨前肌NO-MMP2-HGF-c-met卫星细胞激活通路中nNOS、HGF、c-met基因转录水平，推测耐力运动也能促进卫星细胞的激活，在防止骨骼肌中卫星细胞数量的减少，维持骨骼肌质量和力量上，也有其可取之处。
　　 (5)混合训练组对C57BL/6小鼠胫骨前肌NO-HGF-c-met卫星细胞激活通路基因转录水平影响较小，仅HGF转录的上调达到显著水平。在促进卫星细胞激活的过程中，混合运动的效果并不是预期所设想的耐力和抗阻运动的效果叠加，提示在维持卫星细胞数量和促进骨骼肌肥大上应考虑运动强度、时间和频率，合理安排耐力和抗阻运动。