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研究目的:胰岛素抵抗(Insulin Resistance,IR)即机体组织对胰岛素敏感性降低,体内正常水平的胰岛素不足以产生正常生物学效应的状态。其主要表现为机体肝脏、骨骼肌和脂肪组织等胰岛素作用靶器官对胰岛素敏感性减弱。IR是肥胖、2型糖尿病(Type 2 Diabetes Mellitus,T2DM)、高脂血症等代谢性疾病的共同病理生理学基础。肝脏和骨骼肌在调节机体糖代谢方面发挥着重要作用。IR是肝脏能量代谢、尤其是糖异生过程出现紊乱的中心环节。肝脏作为机体调节葡萄糖代谢的重要器官,在维持机体碳水化合物、脂质以及蛋白质代谢平衡方面十分重要。其作为胰岛素信号通路作用的主要靶器官,能够通过调节肝糖原合成以及糖异生作用来维持血糖水平的动态平衡。与此同时,长期有氧运动能够通过修复胰岛素促进肝糖原合成的通路,有助于血糖顺利地进入肝脏完成肝糖原的合成和储存过程,继而有效降低血糖、增强肝脏胰岛素敏感性。而骨骼肌重量占人体体重的40%以上,是机体在胰岛素刺激下主要的糖摄取器官,而糖代谢正常又是维持骨骼肌正常生理功能的重要因素。长期有氧或者耐力运动,能够提高2型糖尿病患者骨骼肌对胰岛素的敏感性、增强骨骼肌细胞葡萄糖转运子4的表达,对糖代谢的调节起到促进作用。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian Target of Rapamycin,m TOR)作为磷脂酰肌醇相关蛋白激酶(Phosphatidylinositol Kinase-related Protein,PIKK)家族成员之一,是磷酸肌醇3激酶/蛋白激酶B(Phosphoinositide 3-kinases,PI3K/protein Kinase B,PI3K/PKB)信号通路下游的一个重要效应蛋白,且具有丝/苏氨酸激酶活性,在机体生长发育和代谢过程中发挥着重要作用。鉴于和m TOR结合的蛋白不同,可分为对雷帕霉素敏感的m TOR复合物1(m TOR Complex 1,m TORC1)和在长期雷帕霉素干预下会受到抑制的m TOR复合物2(m TOR Complex 2,m TORC2),二者在功能和结构方面都不尽相同。其中参与构成m TORC1的Raptor(Regulatory Associated Protein of m TOR)在维持m TORC1的结构完整性及生物活性方面发挥重要作用,而敲除参与构成m TORC2的Rictor(Rapamycin Insensitive Companion of m TOR),则会导致m TORC2失活。已有大量研究证实m TORC1能够被促生长因素(例如胰岛素),营养因素(氨基酸)以及细胞内能量状态的改变所激活,并且在长期有氧运动干预下,其下游效应因子核糖体S6激酶1(S6K1)的表达水平明显降低,在调控机体葡萄糖代谢,改善机体IR方面发挥重要作用。也有研究发现,m TORC2对于激活Akt Ser473位点十分重要,当小鼠m TORC2活性被抑制后,肝脏、骨骼肌、脂肪组织的Akt Ser473位点的磷酸化活性均会显著降低,导致小鼠产生IR。运动作为健康生活方式的重要组成部分,已经被证实对改善肥胖、T2DM、高脂血症等一系列代谢相关性疾病具有十分显著的作用。运动干预作为一种实验手段,是以促进健康为目的、主动或被动的按照一定的运动方案以适当的运动负荷,对研究对象进行一段持续时间的干预,其目的是为了用于改善平时缺乏体育锻炼或是高强度压力生活引起的身心不良反应。经过大量研究发现,运动在提高了肌肉的收缩能力的同时,不但能够有效促进体内的糖、脂代谢,还能够提高人类及啮齿类动物相关靶器官的胰岛素敏感性。研究发现,长期有氧运动能够通过AMPK/m TOR/S6K1信号通路调节机体胰岛素水平。长期高脂饮食干预,可以通过对m TORC2产生抑制作用,进而降低其下游Akt Ser473位点的磷酸化水平,抑制胰岛素信号的传导。但是目前关于长期有氧运动对IR小鼠机体m TORC2的影响还未见有相关报道,长期有氧运动改善机体IR是否与m TORC2的蛋白水平及其下游相关效应蛋白有关,尚不明确。因此,为了进一步探索长期有氧运动对于高脂饮食诱导的IR小鼠机体胰岛素代谢所产生的影响,本研究通过给予C57BL/6小鼠6周高脂饮食喂养以建立IR动物模型,随后对小鼠施以8周75%VO2max的跑台训练,观察小鼠肝脏和骨骼肌组织Akt/m TOR信号通路的情况,以及m TORC1/C2的蛋白水平,分析m TORC1/C2在长期有氧运动改善组织细胞IR过程中的变化,以期为揭示运动改善IR的机制提供新的理论依据。研究方法:(1)实验动物和分组:选用50只4周龄雄性C57BL/6小鼠,平均体重约12.67±0.49g。适应性喂养一周,后随机分为正常饮食组(C组,n=10)和糖耐量异常模型组,分别饲以6周正常饮食和高脂饮食(脂肪含量45%),自由饮水并每周称量小鼠体重。随后将糖耐量异常模型组随机分为高脂饮食安静组(H组,n=10)和高脂饮食运动组(HE组,n=15)。两组继续给予高脂饮食,同时HE组小鼠进行为期8周的有氧跑台运动。(2)运动方案:HE组给予8周有氧跑台训练,强度为12m/min(约为小鼠75%VO2max),时间为1小时/天,5天/周。(3)小鼠生长指标检测:每周称量小鼠体重并记录。(4)血液生化指标检测及动物组织取样:利用口服葡萄糖耐量试验(OGTT)检测小鼠葡萄糖耐量;提取血清,通过ELISA法检测小鼠血清胰岛素(FINs)水平。(5)利用Western Blot方法分别检测小鼠肝脏、比目鱼肌、腓肠肌组织p Akt-S473,p Akt-T308,p AMPKα-T172,p IRS1-S307和p S6K1-T389的蛋白表达。(6)采用免疫共沉淀方法分别检测小鼠肝脏、比目鱼肌、腓肠肌组织m TOR和Raptor/Rictor结合情况。研究结果:(1)小鼠生长曲线结果:8周有氧跑台运动能够显著减缓HE组小鼠体重增长。(2)小鼠血液生化指标检测结果:8周有氧跑台训练后,HE组小鼠各时间点血糖水平均显著低于H组,FINs水平也低于H组;而高脂饮食导致H组小鼠出现高胰岛素血症,即FINs水平及OGTT水平均高于C组。(3)m TOR复合物1/2相关下游效应因子及胰岛素信号通路相关蛋白检测结果:8周有氧跑台训练对于m TORC1下游效应因子S6K1-T389位点的磷酸化有抑制作用,而对m TORC2下游效应因子Akt-S473位点的磷酸化有促进作用。同时,8周有氧跑台训练能够提高胰岛素信号通路相关蛋白Akt-T308,AMPKα-T172,IRS1-S307位点的磷酸化水平。(4)m TOR和Raptor/Rictor结合情况:8周有氧跑台运动能够抑制m TOR与Raptor的结合,同时提高m TOR和Rictor的结合;而高脂饮食则会促进制m TOR与Raptor的结合,并且抑制m TOR和Rictor的结合。研究结论:(1)8周有氧跑台运动能够有效减缓由高脂饮食诱导的体重增加,同时能够有效逆转由高脂饮食诱导的高胰岛素血症。(2)8周有氧跑台运动能够提高m TOR与Rictor的结合水平,同时降低其与Raptor的结合水平。而m TOR复合物的蛋白表达对于调节机体葡萄糖代谢方面具有重要作用,因此,本研究提示长期有氧运动能够改善机体胰岛素抵抗的机制可能与长期有氧运动对m TOR复合物蛋白表达的影响密切相关。