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目的:骨骼肌是机体重要的运动器官和糖脂代谢组织,由两类肌纤维组成,包括有氧氧化代谢为主的慢肌纤维和糖酵解代谢为主的快肌纤维。不同肌纤维中线粒体稳态的差异造成了肌纤维形态与功能的差异。两种肌纤维对运动的应答存在差异,慢肌纤维主要应答有氧运动,而快肌纤维主要应答抗阻运动。在运动应答过程中两类肌纤维存在类型转换,但机制尚不清楚。本研究以大鼠混合肌(腓肠肌)为研究对象,分别建立有氧运动训练模型激活慢肌纤维,建立抗阻运动训练模型激活快肌纤维,从肌球蛋白重链亚型和线粒体稳态相关蛋白表观遗传修饰角度探讨两类肌纤维的生物学差异,以期初步揭示肌纤维类型转换的生物学机制。方法:本研究选用8周龄Wistar大鼠24只,随机平均分为对照组(C)、有氧运动组(E)、抗阻运动组(R)。有氧运动组进行为期8周,每周5天的中等强度跑台训练(20m/min),每次训练持续时间为40min。抗阻运动组进行为期8周,每周5天的爬梯训练,每天上下午各进行一回训练,每回3组,每组5次,每组之间休息1min。爬梯坡度为85°,负重初始为大鼠体重的20%,每两周增加10%,最终为体重的50%。大鼠处死后分离双侧腓肠肌,免疫荧光法检测两类肌纤维比例;RT-PCR和Western-blotting法分别从转录水平和翻译水平检测慢肌纤维标志因子MYH7、快肌纤维标志因子MYH4、线粒体生物合成主控因子PGC-1α、线粒体非折叠蛋白反应主控因子ATF5、线粒体自噬相关因子PINK1、BNIP3的表达;染色质免疫沉淀(Ch IP)法检测肌球蛋白重链亚型和线粒体稳态相关蛋白编码基因启动子处H3K27me3和H3K4me3组蛋白甲基化修饰水平。结果:(1)慢肌纤维和快肌纤维在不同运动训练干预后的比例的差异。有氧运动干预后,大鼠腓肠肌中肌球蛋白重链4(MYH4)所对应的Ⅱb型肌纤维的比例显著降低(p<0.001),肌球蛋白重链7(MYH7)所对应的Ⅰ型肌纤维的比例显著升高(p<0.001),提示快肌比例下降,慢肌比例升高。抗阻运动干预后,大鼠骨骼肌中Ⅱb型肌纤维的比例显著升高(p<0.001),抗阻运动组骨骼肌中Ⅰ型肌纤维的比例显著降低(p<0.001),其骨骼肌中,快肌比例下降,慢肌比例升高。与有氧运动组比,抗阻运动组骨骼肌中Ⅰ型肌纤维的比例显著降低(p<0.001),Ⅱb型肌纤维比例显著升高(p<0.001)(2)不同运动训练干预后腓肠肌(混合肌)肌球蛋白重链亚型和线粒体稳态相关蛋白表达的差异有氧运动干预后,大鼠腓肠肌中MYH7、PGC-1α、PINK1、BNIP3m RNA与蛋白表达水平显著升高(p<0.050.001);ATF5m RNA水平显著升高(p<0.05);MYH4基因转录水平显著下降(p<0.05)。抗阻运动干预后,大鼠腓肠肌中MYH4、PGC-1αm RNA与蛋白表达水平显著升高(p<0.050.001);BNIP3m RNA水平显著升高(p<0.05);MYH7m RNA水平显著下降(p<0.05),但其蛋白表达水平显著升高(p<0.05)。与有氧运动组相比,抗阻运动组大鼠腓肠肌中MYH7、PGC-1α、Pink1 m RNA与蛋白表达水平显著升高(p<0.050.001);BNIP3蛋白表达水平显著下降(p<0.05);ATF5m RNA水平显著降低(p<0.05);MYH4基因转录与蛋白表达水平显著升高(p<0.001;p<0.001)。(3)不同运动训练干预后腓肠肌(混合肌)肌球蛋白重链亚型和线粒体稳态相关蛋白编码基因表观遗传修饰的差异有氧运动干预后,大鼠腓肠肌中MYH7、PGC-1a、PINK1、ATF5启动子上具有转录激活效应的H3K4me3富集率显著升高(p<0.010.001);大鼠腓肠肌中MYH7、PGC-1a、PINK1、BNIP3启动子上具有转录抑制效应的H3K27me3的富集率显著降低(p<0.050.001)。抗阻运动干预后,大鼠腓肠肌中MYH4、PGC-1a、PINK1、MYH7启动子上具有转录激活效应的H3K4me3富集率显著升高(p<0.050.01);大鼠腓肠肌中MYH4、PGC-1a、PINK1、BNIP3启动子上具有转录抑制效应的H3K27me3的富集率显著降低(p<0.050.001)。与有氧运动组相比,抗阻运动组大鼠腓肠肌中MYH7、PGC-1a、PINK1、ATF5启动子具有转录激活效应的H3K4me3富集率显著降低(p<0.050.001);大鼠腓肠肌中MYH7、PGC-1a启动子上具有转录抑制效应的H3K27me3的富集率显著升高(p<0.05);大鼠腓肠肌中MYH4启动子具有转录激活效应的H3K4me3富集率显著升高(p<0.01),具有转录抑制效应的H3K27me3的富集率显著降低(p<0.001)。结论:本研究以大鼠混合肌(腓肠肌)为研究对象,分别利用有氧运动训练激活慢肌纤维,利用抗阻运动训练激活快肌纤维,并从肌球蛋白重链亚型和线粒体稳态相关蛋白组蛋白甲基化修饰角度探讨两类肌纤维的生物学差异,初步获得以下结论:(1)有氧运动上调Ⅰ型肌纤维重链肌球蛋白MYH7启动子H3K4me3富集率(转录活化效应),同时下调其启动子H3K27me3富集率(转录抑制效应),从而促进慢肌纤维比例增加。抗阻运动上调Ⅱb型肌纤维重链肌球蛋白MYH4启动子H3K4me3富集率(转录活化效应),同时下调其启动子H3K27me3富集率(转录抑制效应),从而促进肌纤维比例增加。(2)有氧运动与抗阻运动比较,其对线粒体稳态相关基因启动子H3K4me3富集率(转录激活效应)上调程度和H3K27me3富集率(转录抑制效应)下调程度更为显著。两种运动方式可能通过调控表观遗传修饰,影响线粒体稳态相关蛋白表达,以适应两类肌纤维代谢需求。(3)以上提示,H3K4me3和H3K27me3介导的组蛋白甲基化表观遗传修饰参与调控慢肌纤维和快肌纤维肌球蛋白重链及线粒体稳态的差异。