發(fā)布時(shí)間：2020-11-19 14:24

　　 眾所周知,運(yùn)動(dòng)對(duì)防治許多人類慢性疾病,如肥胖、2型糖尿病、慢性心血管疾病和癌癥有著積極的作用。與此相反,長期缺乏運(yùn)動(dòng)會(huì)增加這些疾病的患病概率甚至加快疾病進(jìn)程。機(jī)體的運(yùn)動(dòng)有賴于骨骼肌的收縮與舒張,研究表明,作為人體最大器官的骨骼肌是運(yùn)動(dòng)改善慢性疾病的過程中諸多因素的重要一環(huán),并接納了 80%的餐后胰島素介導(dǎo)的葡萄糖吸收。進(jìn)一步研究表明,運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練不僅可以重塑骨骼肌的能量代謝能力,如線粒體ATP的產(chǎn)生,還可以改變骨骼肌的結(jié)構(gòu)和功能。然而,運(yùn)動(dòng)改善骨骼肌的機(jī)制還不清楚。為此,我們做了大量的研究工作。丙酮酸和乳酸是骨骼肌在人體運(yùn)動(dòng)過程中的重要能量代謝底物。二者的代謝活動(dòng)受到乳糖脫氫酶的調(diào)節(jié)。其中,乳酸脫氫酶A傾向于將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸,并伴隨還原型輔酶Ⅰ(NADH)和輔酶Ⅰ(NAD+)的相互轉(zhuǎn)化,而乳酸脫氫酶B(LDHB)的功能與之相反。乳酸脫氫酶B廣泛分布在人體中的各個(gè)器官,但主要在心臟和骨骼肌中表達(dá)。有研究報(bào)道表明乳酸脫氫酶B是骨骼肌葡萄糖氧化的生物標(biāo)志物之一,但乳酸脫氫酶B在機(jī)體內(nèi)的生物學(xué)功能尤其是對(duì)機(jī)體運(yùn)動(dòng)的影響尚不清楚。通過研究,我們?cè)谌梭w中發(fā)現(xiàn):在運(yùn)動(dòng)前后,骨骼肌中的乳酸脫氫酶B的表達(dá)顯著上調(diào),提示短暫運(yùn)動(dòng)就可以上調(diào)乳酸脫氫酶B基因的表達(dá);進(jìn)一步研究表明,即使在靜息狀態(tài)下,長期運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)員肌肉中的乳酸脫氫酶B的表達(dá)水平也顯著高于普通人。這些結(jié)果表明乳酸脫氫酶B很可能是一個(gè)參與運(yùn)動(dòng)改善骨骼肌代謝過程的重要因素;在進(jìn)一步探索乳酸脫氫酶B的功能的過程中,我們通過小鼠和細(xì)胞分子實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)可以激活PGC-1α并促使PGC-1α/ERR直接結(jié)合到乳酸脫氫酶B基因啟動(dòng)子區(qū)域的保守ERR應(yīng)答元件上,進(jìn)而調(diào)控乳酸脫氫酶B基因的表達(dá)。為了分析乳酸脫氫酶B基因?qū)ι�物的運(yùn)動(dòng)功能和生理功能的影響,我們構(gòu)建了骨骼肌特異性的乳酸脫氫酶B轉(zhuǎn)基因小鼠。小鼠實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,上調(diào)乳酸脫氫酶B可以顯著提高小鼠在運(yùn)動(dòng)過程的氧化呼吸能力,進(jìn)而增強(qiáng)小鼠的運(yùn)動(dòng)耐力。體外分子細(xì)胞研究中進(jìn)一步證明小鼠運(yùn)動(dòng)能力的提高依賴于轉(zhuǎn)基因小鼠的骨骼肌線粒體代謝功能的增強(qiáng)。自此,我們這項(xiàng)研究結(jié)果揭示了一個(gè)新的分子機(jī)制:運(yùn)動(dòng)可以通過PGC-1α/Ldhb信號(hào)通路來改善骨骼肌線粒體功能,該研究結(jié)果也為探討肌肉線粒體代謝相關(guān)疾病的防治提供新的思路。此外,我們的另一項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):運(yùn)動(dòng)還可以偶聯(lián)調(diào)控骨骼肌的代謝類型和肌纖維類型轉(zhuǎn)換之間的平衡。之前的研究提示,在運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的纖維類型轉(zhuǎn)變的過程中,運(yùn)動(dòng)不僅改變了機(jī)體的肌纖維蛋白種類的表達(dá),而且也改變了機(jī)體的線粒體密度和氧化呼吸能力。然而,骨骼肌中肌纖維類型如何偶聯(lián)線粒體代謝能力的具體機(jī)制還不清楚。通過我們之前的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):耐力運(yùn)動(dòng)可以提高骨骼肌細(xì)胞中骨骼肌特異性的miR-499的表達(dá)。miR-499在進(jìn)化中高度保守,并由氧化型肌球蛋白Myh7b的內(nèi)含子編碼。我們進(jìn)一步在骨骼肌中特異表達(dá)miR-499的轉(zhuǎn)基因小鼠(MCK-miR-499小鼠)中分析miR-499對(duì)生物的生理功能和運(yùn)動(dòng)功能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提高骨骼肌中的miR-499的表達(dá),可以增強(qiáng)骨骼肌的線粒體功能和小鼠的運(yùn)動(dòng)能力。而PGC-1α在miR-499增強(qiáng)骨骼肌線粒體功能和改善小鼠運(yùn)動(dòng)能力中發(fā)揮不可替代的作用。最后我們發(fā)現(xiàn)miR-499可以直接靶向抑制AMPK的抑制因子Fnip1的表達(dá),進(jìn)而增強(qiáng)AMPK/PGC-1α信號(hào),最后激活骨骼肌線粒體代謝功能。因此我們提出了一個(gè)肌纖維類型如何偶聯(lián)影響線粒體功能的模型:在骨骼肌纖維類型轉(zhuǎn)變過程中,氧化型肌纖維可以直接通過miR-499/Fnip1/AMPK環(huán)路來偶聯(lián)提高線粒體功能。這種機(jī)制不僅僅局限于運(yùn)動(dòng)刺激,還可能代表了一個(gè)通用的范例:骨骼肌在一系列的生理或病理刺激下,能夠有效地耦合細(xì)胞的能量消耗與ATP的產(chǎn)生。綜上所述,我們的研究發(fā)現(xiàn)了兩條新的骨骼肌適應(yīng)運(yùn)動(dòng)的分子機(jī)制,并進(jìn)一步回答了機(jī)體運(yùn)動(dòng)如何調(diào)控骨骼肌線粒體功能,及肌纖維類型如何偶聯(lián)線粒體氧化代謝功能。這些發(fā)現(xiàn)為骨骼肌相關(guān)疾病的治療提供了新的思路與方向。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R87
【文章目錄】：
Abstract
中文摘要
Abbreviations
Chapter Ⅰ. Review: Control of skeletal muscle mitochondrial adaptation and fiber type transformation
    1. Introduction of skeletal muscle mitochondria
        1.1 Mitochondrial adaptation: biogenesis, fusion, fission and mitophagy
        1.2 Mitochondrial adaptation in response to exercise
        1.3 Summary
    2. Skeletal muscle fiber type transformation
        2.1 Skeletal muscle fiber type specification
        2.2 Fiber type transformation in adult muscles
        2.3 Signaling pathways controlling muscle fiber type transformation
        2.4 Summary
    3. References
Chapter Ⅱ: Delineate the molecular mechanism controlling skeletal muscle fitness relevant to exercise
    1. Introduction
    2. Materials and Methods
    3. Results and Discussion
        3.1 Exercise inducible Ldhb regulates mitochondrial function in skeletal muscle
            3.1.1 Ldhb expression is regulated by exercise-induced PGC-la
            3.1.2 Activation of Ldhb leads to reduction of Ldha in skeletal muscle
            3.1.3 Enhanced exercise capacity and oxygen consumption in MCK-Ldhb mice
            3.1.4 Activation of Ldhb increases skeletal muscle mitochondrial oxidative capacity
            3.1.5 Summary
        3.2 Coupling of mitochondrial function and skeletal muscle fiber type by a miR-499/Fnipl/AMPK circuit
            3.2.1 MiR-499 reprograms skeletal muscle mitochondrial oxidative metabolism and enhances exercise capacity in mice
            3.2.2 MiR-499 drives muscle mitochondrial function through PGC-1α
            3.2.3 MiR-499 regulated PGC-1α-driven mitochondrial function is by directly targeting Fnipl/AMPK circuit
            3.2.4 Summary
    4. References
    5. Appendix
Acknowledgements
Publication

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本文編號(hào)：2890101