運動通過AMPK信號通路調節糖尿病心肌病的研究進展

摘 要：糖尿病心肌病作為糖尿病患者死亡的主要并發癥之一，目前在其治療上主要分為藥物治療、基因處理和運動干預三種方式，其中運動干預成本低無副作用，應用較為廣泛。腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）的激活主要依賴于運動，大量研究證實了通過激活腺苷酸活化蛋白激酶來改善糖尿病心臟功能受損是具有實際意義的，通過研究運動干預對心肌糖脂代謝和線粒體功能的影響，以此探討腺苷酸活化蛋白激酶及其下游通路在糖尿病心肌病運動方面的作用，可為糖尿病心肌病的預防和治療提供重要參考。

關鍵詞：AMPKα2；糖尿病心肌病；運動干預

一、研究對象與研究方法

（一）研究對象與分組

8周齡轉基因小鼠及AMPKα2 KO小鼠各28只，分為WT組（基因正常對照組）和KO組（基因敲除組），再次將其隨機細分為WT+DS（高脂飲食基因正常組）、WT+DE 組（基因正常運動干預組）和KO+DS（高脂飲食基因敲除組）、KO+DE（運動干預基因敲除組）。各組小鼠分籠飼養，每組分為7籠，每籠4只，小組無干涉進食、飲水，溫度恒溫20度，濕度百分之50，保持照明及通風。

（二）運動方案

本項目的運動方案采取有氧抗組運動，在實驗建模開始前對所有小鼠進行為期3day的運動性適應周期，采取每周三天中間間隔一天的有氧運動干預，每次分為20分鐘和60分鐘；采取每周三天中間間隔一天的抗阻運動干預，采取垂直爬梯運動，無負重，頻率為每組4次，合計4組共16次。

（三）研究方法

1.隨機血糖測試

試驗周期過半時對小鼠進行隨機血糖測試。通過尾尖取血，利用血糖測試儀器及試紙測定小鼠隨機血糖值，剔除不符合要求的小鼠。

2.葡萄糖耐量實驗

試驗周期最后一周對小鼠進行葡萄糖耐量實驗。首先對小鼠進行禁食12小時，對其腹腔注射葡萄糖溶液，注射后規定時間周期內分別進行尾尖取血。通過血糖測試儀器測定小鼠血糖值，繪制變化曲線。

3.心臟彩超檢查

對小鼠進行麻醉后對其胸前區脫毛，使其仰臥并用設置好的頻率對其進行彩超檢查。測定左房室瓣血流頻譜并進行心尖切面，采集其動態圖像，獲取LVEDd及LVESd，據此測算其EF，通過二尖瓣舒張早期峰值血流速度和舒張晚期峰值血流速度確定比值。

4.血脂四項檢測

首先準備試劑預備儀器，其次進行血清制備。在試驗周期結束后，對大鼠進行稱重并注射濃度為百分之十的水合三氯乙醛麻醉劑進行麻醉，麻醉后將小鼠仰臥解剖臺，腹部脫毛處理。用乙醇對其消毒后從腹部中線剪開進行動脈取血。取得的血樣存入PE容器，冷藏30分鐘后進行離心處理，離心后取上層血清置于冰箱冷藏以備測試。通過對甘油三脂和總膽固醇進行測定，該項測定可采用專用試紙測定；進行低密度脂蛋白和高密度脂蛋白進行測定，可采用專用試紙測定。

5.取材

配置濃度為10%的水合三氯乙醛，準備取材使用的相關器材，對小鼠進行心臟彩超檢查后對其進行乙醚麻醉后心臟取血后取材。首先采用手術剪和手術捏取出小鼠心臟，將其放置于提前生理鹽水浸濕的紗布上，然后將心臟上的血液吸取干凈后取下三分之一左心室放置于濃度為4%的聚蟻醛進行固定進行WGA染色，放置于冰箱冷藏；將剩余的部分左心室低溫冷凍。用手術剪剪開小鼠下肢并將其脛骨與周圍及肌肉剝離，去除脛骨后置于濃度為4%的聚蟻醛進行固定并放置于冰箱冷藏，對小鼠的脛骨長度進行測量，將其數值帶入計算小鼠心臟重量與脛骨的比值。

6.天狼腥紅染色和WGA染色

首先準備相關試劑和儀器。其次是制備石蠟切片。石蠟切片的制備分為制備石蠟標本（固定、組織處理、水洗、脫水、透明和包埋七個步驟）、制片（切片、展片、烤片等三個步驟）、天狼猩紅染色和麥胚凝集素染色。

7.蛋白質印跡法

蛋白質印跡法需要制備凝膠，將凝膠梳齒去掉，在預定孔中加入預染蛋白，依次將在將樣本分別加入凝膠孔中進行電泳。采用濕式轉膜法進行轉膜，轉膜后用Tris-HCl緩沖鹽溶液洗膜，將聚偏氟乙烯膜置于濃度為5%的脫脂牛奶中室溫放置2小時。然后再次用Tris-HCl緩沖鹽溶液洗膜，根據不同蛋白進行一抗孵育。經過Tris-HCl緩沖鹽溶液洗膜后室溫放置30分鐘進行二抗孵育。將 Super ECL 底物發光液的A 液和 B? 液按 1：1 比例混合均勻，滴加至膜上進行顯色。采用java的圖像處理軟件進行目的蛋白分析。

8.統計學分析

采用 SPSS對數據進行統計分析，統計方法使用方差分析，顯著性水平設為 0.05。數據采用均值±標準誤（M±SEM）表示。

二、AMPKα2在運動干預影響糖尿病心肌病中的作用

（一）AMPKα2基因敲除對運動調節糖尿病心肌病小鼠體重和血液指標的影響

現有研究已經證明了運動在對于抑制肥胖，改善高血糖和高血脂等方面的重要作用。本項目研究通過對大鼠進行運動干預后發現基因正常組的小鼠體重相對于基因敲除組的小鼠下降要更快，在實驗后期階段基因正常運動干預組以及運動干預基因敲除組的體重開始趨于穩定，由此可見AMPKα2在小鼠運動中對減輕體重有重要的作用。雖然說運動干預基因敲除組小鼠與基因正常運動干預組小鼠在糖耐量方面差異較小，但是運動干預基因敲除組小鼠的總膽固醇、甘油三酯以及低密度脂蛋白膽固醇是明顯要高于基因正常運動干預組的，血清高密度脂蛋白運輸到肝臟的膽固醇要低于基因正常運動干預組。由此可以推測出運動對改善糖尿病心肌病高血脂有一定的作用，結合以往的學者研究可以看出AMPKα2運動在調節心肌糖脂代謝中起重要作用。

（二）AMPKα2基因敲除對運動調節糖尿病心肌病小鼠結構和功能的影響

現有研究證明，長期堅持運動，特別是適量的運動可以引起運動性心肌肥厚，可以人體的心臟起到一定的保護作用，同時也可以改善心肌方面的一些問題。通過本項目研究結果可以看出，在經過階段性的運動干預后，雖然說各組糖尿病心肌病小鼠在心臟重量、心肌細胞大小和心肌纖維化程度上變化不大，但是通過對其細胞形態以及血管周圍纖維化面積發現有一定的下降趨勢；除此之外運動后的基因正常小鼠以及基因敲除小鼠的心肌舒張和收縮功能得到一定程度的強化，可見運動干預可以在一定程度上對糖尿病心肌病有一定的改善作用。本項研究還發現了，雖然說運動干預基因敲除組小鼠的心肌收縮功能各指標與基因正常運動干預組基本相似，但是其二尖瓣舒張早期E峰與二尖瓣舒張晚期A峰比值要明顯低于基因正常運動干預組，由此可見AMPKα2基因敲除對運動改善糖尿病心肌病有一定的抑制作用。

（三）AMPKα2基因敲除對運動調節糖尿病心肌病小鼠心肌腺苷酸活化蛋白激酶和乙酰輔酶A的影響

運動對心肌、骨骼肌、肝臟和脂肪等外周組織的腺苷酸活化蛋白激酶以及乙酰輔酶A的磷酸化有一定的改善作用，同時對于糖脂代謝紊亂也有一定的改善作用，這點在本項研究中再次予以證實。通過本項研究的結果可以發現，在對小鼠進行運動干預后，各組小鼠的蛋白表達均得到一定程度的上升，可以看出運動是對糖尿病心肌病小鼠心肌腺苷酸活化蛋白激酶活性有一定的促進作用的，同時可以抑制乙酰輔酶A的增加來達到改善心肌脂質代謝紊亂的效果。除此之外，通過本項研究可以看出，AMPKα2基因敲除后，磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶α與心肌腺苷酸活化蛋白激酶的比值呈現上升趨勢，由此可以推斷出運動對激活腺苷酸活化蛋白激酶α1有促進作用，這也是高脂飲食基因敲除組磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶α要高于高脂飲食基因敲除組的重要因素。AMPKα2 基因敲除后，高脂飲食基因敲除組和運動干預基因敲除組的心肌磷酸化乙酰輔酶A表達減少，說明運動具備抑制乙酰輔酶A活性的作用，可有效改善心肌脂質代謝紊亂。

（四）AMPKα2基因敲除對運動調節糖尿病心肌病小鼠心肌代謝的影響

首先是對改善糖代謝紊亂的影響方面。通過本項目研究結果可以看到，在運動干預后，基因正常小鼠和基因敲除小鼠的心肌的轉運載體-4表達均有所提升，由此可見運動對高脂飲食誘導的小鼠心肌的轉運載體-4有一定的改善作用。運動對160千道爾頓大小的底物蛋白的磷酸化水平也不依賴于AMPKα2，可見AMPKα2并非是運動對160千道爾頓大小的底物蛋白以及轉運載體-4對葡萄糖的促進作用所必需的。在運動干預后基因正常小鼠的磷酸化糖原合成酶激酶-3增加明顯，可以看出持之以恒的運動對高脂飲食誘導的糖尿病心肌病小鼠心肌磷酸化糖原合成酶激酶-3的活性增加，進一步改善心肌糖原合成紊亂。在沒有運動干預時，雖然AMPKα2基因敲除對小鼠的磷酸化糖原合成酶激酶-3的表達并沒有產生直接影響，但是在運動干預后，AMPKα2基因敲除會導致糖尿病心肌病小鼠心肌磷酸化糖原合成酶激酶-3變化較小。由此可以得出結論，運動是通過AMPKα2來調節糖尿病心肌病小鼠心肌磷酸化糖原合成酶激酶-3的表達，來達到改善心肌糖原合成的目的。

其次是對改善小鼠心肌脂質代謝的影響。現有研究已經證實了運動在脂質代謝，減緩肥胖或糖尿病機體能量代謝紊亂等方面發揮著重要的作用。本項研究結果發現運動調節糖尿病心肌病心肌脂肪酸轉位酶的表達依賴于AMPKα2，但是運動在中鏈酰基輔酶A脫氫酶以及肉堿棕櫚酰轉移酶1的表達上可能并非只有唯一途徑，具體還存在那些途徑，需要后期做進一步的研究。

第三是對改善小鼠線粒體功能障礙的影響。研究證實了運動干預后基因正常小鼠和基因敲除小鼠的NAD-依賴性去乙酰化酶Sirtuin-1增長較快，可以推斷出持之以恒的運動對改善高脂飲食誘導的糖尿病心肌病小鼠心肌NAD-依賴性去乙酰化酶Sirtuin-1活性降低的問題，進而對心肌線粒體功能障礙得到一定的改善。本研究同時證明了過氧化物酶體增殖物激活受體以及雌激素相關受體α可以通過線粒體融合蛋白Mfn2來對線粒體的功能進行調節。在一個階段的運動干預后，基因正常小鼠和基因敲除小鼠的過氧化物酶體增殖劑激活受體α在一定程度上表現出降低趨勢。由此可見，持之以恒的運動干預對于高脂飲食誘導的糖尿病心肌病小鼠心肌過氧化物酶體增殖劑激活受體α增加，可改善心肌脂質代謝紊亂。

參考文獻：

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作者簡介：鄭勇（1982—），男，碩士，河南周口人，現為鄭州職業技術學院副教授，研究方向體育教育學。

項目來源：河南省高等學校重點科研項目，項目編號20A890017，名稱：AMPKα2基因在糖尿病心肌病運動干預研究。