外泌体miR-27a介导运动调节肥胖小鼠骨骼肌胰岛素抵抗的实验研究

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目的:近年来,随着人民的物质条件逐渐升高,儿童出现营养过剩、运动量不足的现象,儿童青少年超重和肥胖发病率进而呈快速上升的趋势,已成为我国突出的公共卫生问题。运动是一种有益于代谢健康的积极生活方式,也是一种非药物治疗胰岛素抵抗和代谢疾病的方法,在改善胰岛素敏感性中发挥着关键作用。但是运动产生健康效益的分子机制尚未被完全理解。越来越多的证据表明,运动可促进外泌体释放入血,从而参与组织间的沟通。故本研究将从外泌体的角度来探究运动对胰岛素抵抗的影响,以初断乳小鼠为实验对象,在小鼠高脂饮食的同时进行10周的运动处理,模拟儿童肥胖发生发展过程,观察运动对肥胖小鼠体内的外泌体Micro RNA-27a(miR-27a)的表达是否有影响,并探讨外泌体miR-27a表达量的变化对小鼠骨骼肌葡萄糖摄取信号通路关键分子的影响,为儿童肥胖的干预及药物治疗提供新方向。研究方法:将60只初断乳C57BL/6雄性小鼠随机分为6组:基础安静组(CON-S)、基础运动1h组(CON-PA1)、基础运动2h组(CON-PA2)、高脂安静组(HFD-S)、高脂运动1h组(HFD-PA1)、高脂运动2h组(HFD-PA2),干预10周。在开始基础和高脂饲料喂养的同时,小鼠接受3种游泳运动训练方案(不运动,运动1h,运动2h)每周5天,连续10周。干预10周后,观察小鼠体重、体脂肪含量;采用OGTT和ITT实验判断小鼠胰岛素抵抗状态;ELISA检测血清胰岛素(Fasting serum insulin,FINS);收集小鼠白色脂肪组织和骨骼肌,苏木素-伊红(hematoxylin-eosin staining,HE)染色观察小鼠白色脂肪组织和骨骼肌的病理学改变;采用超速离心法提取血清外泌体,RT-PCR方法检测血清外泌体和骨骼肌中miR-27a的表达,预测miR-27a的靶基因;并用RT-PCR和Western blot方法检测其靶基因过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferatoractivated receptor-γ,PPAR-γ),以及胰岛素受体底物-1(insulin receptor substrate,IRS-1)、蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)和葡萄糖转运蛋白4(glucose transporter-4,GLUT-4)的表达水平。结果:1、与CON-S组相比,HFD-S组小鼠的体重、体脂肪含量和脂肪系数显著增大(P均<0.05);与HFD-S组相比,HFD-PA1组和HFD-PA2组小鼠体重显著下降(P均<0.05),体脂肪含量和脂肪系数有下降趋势,但无显著性差异(P均>0.05)。2、脂肪组织HE染色结果可见:与CON-S组相比,HFD-S组脂肪细胞面积明显增大,CON-PA2组脂肪细胞面积显著减小(P均<0.05);与HFD-S组相比,HFD-PA1和HFD-PA2组脂肪细胞面积显著减小(P均<0.05);骨骼肌HE染色结果可见:与CON-S组和HFD-S组相比,CON-PA2组和HFD-PA2组肌细胞面积显著增大(P均<0.05);与CON-PA1组和HFD-PA1组相比,CON-PA2和HFDPA2组肌细胞面积显著增大(P均<0.01)。3、小鼠胰岛素抵抗相关指标变化比较:与CON-S组相比,HFD-S组OGTTAUC显著增大;与HFD-S组相比,HFD-PA1组和HFD-PA2组OGTT-AUC减小(P均<0.05);HFD-S组与CON-S组相比ITT-AUC增大,HFD-PA1组和HFDPA2组与HFD-S组相比ITT-AUC减小(P均<0.05);与CON-S组相比,HFD-S组FPG、FINS和HOMA-IR显著升高(P均<0.05);HFD-PA1和HFD-PA2组小鼠FPG、FINS水平和HOMA-IR显著低于HFD-S组(P均<0.05)。4、通过透射电镜清晰的观察到外泌体形态,呈茶托状囊泡,且外泌体标记物蛋白验证成功。5、与CON-S组相比,HFD-S组小鼠血清外泌体及骨骼肌miR-27a表达水平显著升高(P均<0.05);HFD-PA1、HFD-PA2组小鼠血清外泌体及骨骼肌miR-27a表达水平明显低于HFD-S组(P均<0.05);血清外泌体miR-27a的表达量与骨骼肌miR-27a表达量呈强相关(r=0.736,P<0.01)。6、通过生物信息学预测miRNA的靶点发现,在小鼠PPAR-γ的基因序列中,编码区第88-95碱基的位置序列是miR-27a的结合位点。7、RT-PCR结果观察到:与CON-S组相比,HFD-S组小鼠骨骼肌中PPAR-γ、IRS-1和GLUT-4基因表达水平显著降低(P均<0.05);与HFD-S组相比,HFD-PA2组小鼠骨骼肌中IRS-1基因表达水平明显升高(P<0.05),PPAR-γ和GLUT-4基因表达有上升趋势,但差异无统计学意义(P均>0.05)。8、Western blot结果观察到:与CON-S组相比,HFD-S组小鼠骨骼肌中PPAR-γ、IRS-1、p-AKT和GLUT-4蛋白表达水平显著降低(P均<0.05),p-IRS-1蛋白表达水平显著升高(P<0.05);HFD-PA1组小鼠骨骼肌中p-IRS-1蛋白表达水平明显低于HFD-S组,p-AKT蛋白表达水平显著高于HFD-S组(P均<0.05)。与HFD-S组相比,HFD-PA2组小鼠骨骼肌中PPAR-γ、IRS-1、p-AKT和GLUT-4蛋白表达水平显著上升(P均<0.05),p-IRS-1蛋白表达水平显著下降(P<0.05)。结论:1、高脂饮食喂养可致小鼠肥胖,游泳运动后可减缓小鼠肥胖进展,降低血糖,改善骨骼肌胰岛素敏感性。2、miR-27a与PPAR-γm RNA 3’UTR端可能存在着一定的靶向关系,负性调控PPAR-γ的表达。3、10周游泳运动可能通过减少血清外泌体miR-27a的表达,使骨骼肌PPAR-γ的表达增加,进而上调其下游葡萄糖信号通路关键分子IRS-1和GLUT-4的表达,从而改善肥胖小鼠的骨骼肌胰岛素抵抗,且游泳运动2h的效果要好于1h。
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