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摘 要： 收缩引起骨骼肌葡萄糖转运不仅对运动训练具有重要意义，而且也是运动改善糖尿病 等疾病的机制之一。虽然收缩引起骨骼肌葡萄糖转运的信号通道还不完全清楚，但科研工作 者已经做了大量的工作。主要介绍目前人们普遍认可的胰岛素和收缩引起的骨骼肌葡萄糖转 运的信号通道，另外对还存在一定争议的NO/cGMP信号通道做了简单的介绍。
关键词：骨骼肌；葡萄糖转运；收缩；信号通道
中图分类号：G804.7文献标识码：B文章编号 ：1007-3612(2009)04-0079-04
Signal Channel of Contractioninduced Glucose Transport in Skel etal Muscle
HE Fang1, TANG Hui1, XIE Minhao2
(1. Dept. of P.E., Hunan University of Science and Technol ogy, Xiangtan 411201, Hunan China; 2. Beijing Sports University, Beijing100084, China)
Abstract: Contractioninduced glucose transport not only has important meaning for exerci se and training, but also is one of the mechanisms to treat diabetes. Although p eople can not completely clarify the signal channel of contractioninduced gluc ose transport, scholars has finish substantive works. This paper mainly introduc es approbatory signal channel of insulin and contractioninduced glucose transp ort in skeletal muscle, in addition, it simply introduces disputed NO/cGMP signa l channel.Key words: skeletal muscle; glucose transport; contraction; signal chann el
糖是机体运动时的主要能源物质。骨骼肌摄取葡萄糖的能力及速率对机体运动能力的高低 、运动疲劳形成及运动后恢复的快慢具有重要的意义。在大多数生理状态下，葡萄糖穿过骨 骼肌细胞膜是葡萄糖利用的限速步骤[1]。而骨骼肌中葡萄糖转运依赖葡萄糖转运 体（gluco se transport 4, GLUT4）转位到肌细胞表面。长期以来，人们认为GLUT4转位存在两条主要 的信号通路：一条是通过胰岛素受体底物(insulin receptor substrate, IRS)和磷脂酰肌 醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI-3K)的胰岛素激活通路；另一条是通过收缩 激活的不依赖于胰岛素的通路。虽然该信号通路的调节物还不完全清楚，但越来越多的证据 表明，AMP激活的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）起了至关重要的作用 。然而，最新的研究成果表明，AMPK并不是收缩引起GLUT4转位的唯一调节物，同时，还有 可能存在与胰岛素及收缩无关的其它引起GLUT4转位的信号通路，如一氧化氮（NO）等[2]。
1 胰岛素激活的GLUT4转位信号通道
在2型糖尿病患者中，骨骼肌摄取葡萄糖的能力大幅度降低[3]。医学工作者已经 对胰岛素激活的GLUT4转位信号通道进行了比较详细的研究，本文对此研究成果作一个简单 的介绍。
在骨骼肌中，胰岛素信号导致胰岛素受体（insulin receptor, IR）、IRS-1及IRS-2酪氨酸 残基的磷酸化，随后通过一系列过程，激活丝裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated prot ein kinase, MAPK）与PI-3K[4]。目前，人们普遍认为，MAPK与PI-3K是胰 岛素作用于骨 骼肌的两条主要信号通路，而胰岛素激活的葡萄糖转运主要与PI-3K信号通道的激活有关（ 图1）[5]。
从图1可以发现，Akt（又名蛋白激酶B，PKB）激活是胰岛素信号引起葡萄糖转运的重要环 节。Akt是一种有三种异构体：Akt1、Akt2及Akt3的丝/苏氨酸激酶，均在骨骼肌中表达[6]。Akt通过许多生长因子以PI-3K依赖形式激活（转位到质膜，磷酸化1到2个调节位 点）[7]。大量证据表明，Akt2对胰岛素刺激的葡萄糖转运至关重要[8] 。Akt2缺失大鼠没有生长缺陷，但是确实出现了糖尿病样特征：胰腺β细胞肥大、肝脏葡 萄糖生成异常、安静时葡萄糖平衡紊乱及胰岛素刺激葡萄糖利用抑制，并且，该基因缺失型 动物分离的趾长伸肌 中，胰岛素刺激的葡萄糖转运明显降低[9]。
有学者发现，肌肉收缩增加Akt活性和/或磷酸化[10]，同时也有实验结果与此相 反[11]。事实究竟如何还存在争议。有人认为，Akt可能同时调控了胰岛素与收 缩引起的葡萄糖转运，因为收缩引起葡萄糖转运与Akt激活的时间过程相似，为Akt可能对此 过程具有调节作用提供了可能性[10]。然而有部分学者并不支持此观点，因为PI-3 K 抑制剂wortmannin和LY294002完全抑制了收缩引起的Akt磷酸化与激活[12]，但是 并不降低收缩引起的葡萄糖的转运[13]。看来利用基因敲除大鼠的研究对于完 全揭示这个问题是非常重要的。
利用磷酸化Akt底物抗体技术发现了一种新的Akt底物，分子量为160KD（AS160），AS160包 含Rabs的GTP酶激活域[14]，是脂肪细胞中胰岛素刺激葡萄糖摄取必不可少的[15]。收缩与AICAR都能增加大鼠骨骼肌中AS160的磷酸化[16]，显示AS160可 能是胰岛素与收缩刺激GLUT4移位 的整合位点。最新研究结果表明，在Akt基因敲除大鼠中，胰岛素引起的AS160磷酸化被wort mannin完全抑制，然而wortmannin对收缩引起的AS160磷酸化却没有影响[17]。Tre ebak的实验则证明AS160是AMPK的一种下游调节物[18]。这些实验结果都支持了AS1 60可能是胰岛素与收缩刺激GLUT4移位的整合位点的观点。
2 收缩激活的GLUT4转位信号通道
在骨骼肌，利用PI-3K的的阻断剂wortmannin对它的抑制实验证明它对胰岛素引起GLUT4转位 及葡萄糖转运[19]是必不可少的。然而，wortmannin不能阻挡孵育及离体收缩大鼠 骨骼肌中葡萄糖的转运[13]。由此明显可以看到，在骨骼肌中，胰岛素与运动引起 的葡萄糖转运存在着不同的信号通路。某些研究者认为，细胞内存在着不同的GLUT4“池” ，分别被胰岛素与运动刺激而转位[20]。目前，人们认为，AMPK与收缩触发的钙调 信号是调控收缩引起葡萄糖转运的主要信号通道[21]。
2.1 AMPK在最近几年内，大量的研究均集中在对AMPK的假说：AMPK是调节收缩骨骼肌中代谢、蛋白合 成及基因转录的关键信号分子。AMPK是一种从植物到哺乳动物的12种分子的家族成员中的一 员。AMPK是一种包含α、β、γ三个亚基的异三聚体，而每一种亚基又分别有两种或更多 的同工型[22]。在骨骼肌中，α2、β2与γ1或γ3是形成异三聚体的主要 同工型。α亚基具有催化活性[23]，β与γ亚基在特定底物结合及异三聚体稳定性 的维持方面具有重要作用。β亚基把α与γ亚基铰链在一起，同时由于可能具有糖原结合域 而认为与糖原代谢有关。γ亚基被认为和AMP的结合有关，并且该亚基的突变会导致糖原 代谢的失常[24]。
收缩改变骨骼肌中燃料状态，随着收缩强度的增加，ATP和磷酸肌酸浓度显著降低。这样随 着运动强度的变化，在体大鼠[25]，坐骨神经肌肉标本[26]及缺乏全身因 素的培育的骨骼肌细胞中[27]，AMPK被激活就不难理解了。收缩产生的力量越大［27]，运动强度越大[28]，AMPK的活性就越高。在人体中，中等强度的有氧运 动[29]及高强度的快跑[30]都增加了骨骼肌AMPK的活性。
起初支持AMPK作为收缩引起葡萄糖转运调节物的证据来自于使用AICAR的研究。AICAR进入 骨骼肌后，通过腺苷激酶及随后引发的单磷酸化能够模仿AMP对AMPK的作用[31]。 大鼠服用AICAR能够增加后肢骨骼肌中胰岛素引起的葡萄糖的转运。与收缩的作用类似，在 离体的大鼠骨骼肌中，AICAR能够在缺乏胰岛素的情况下引起葡萄糖的转运，这一点与收缩 的作用类似[32]。胰岛素、肌肉收缩与AICAR均能在离体的大鼠骨骼肌中增加葡萄 糖的转运。与收 缩引起的葡萄糖转运相似，AICAR的作用也不能被wortmannin所抑制，并且，最大AICAR与胰 岛素服用相结合引起的转运增加效应部分可以叠加，然而，最大AICAR服用与收缩引起的促 转运效应却不能叠加[30]。大鼠短期服用AICAR也能增加多种肌肉中葡萄糖的转运 。后肢灌注AICAR研究揭示它引起的葡萄糖转运的增加是由GLUT4到膜外的转位调节的[ 33]。
尽管利用AICAR作为AMPK激活剂的实验从一方面揭示了AMPK的作用，然而该方法作用是有限 的，因为AICAR并不是AMPK的特定激活剂。AMPK特定的激活或者抑制剂对于揭示AMPK调节葡 萄糖转运具有重要的作用，然而遗憾的是，目前还没有找到。两种AMPK抑制剂：iodotuberc idin和araA，尽管他们能够抑制AICAR引起的AMPK的激活，但是他们也不是AMPK的特效抑制 剂，并且他们也不能抑制骨骼肌中因为收缩引起的AMPK的激活[34]。
最新应用的转基因和基因敲除小鼠模型的使用对于人们理解AMPK在收缩引起的葡萄糖转运中 的作用具有重要的意义。表达特定于骨骼肌AMPK亚基突变的小鼠（报道对AMPKα亚基具有明 显的抑制作用）已用于对葡萄糖转运的研究[35]。与人们认为AMPK是一种葡萄糖转 运调节物的假说一致的是，实验结果发现AICAR引起的葡萄糖转运在转基因突变小鼠中被完 全抑制 了，收缩引起的转运降低了30％～40％[35]。相反的是，身体中α1或α2亚基的基 因敲除鼠 实验显示，分离肌肉中收缩引起的葡萄糖转运没有变化，然而，α2亚基的基因敲除鼠AICAR 引起的葡萄糖转运被抑制了[36]。尽管基因敲除鼠中收缩引起的葡萄糖转运没有抑 制可能是 由于其它酶的补偿调节，然而这些实验却对于AMPK在收缩引起的葡萄糖转运的作用提出了一 个重要的问题。一种假说认为，与收缩引起的葡萄糖转运有关的信号通道较多，如果其它PK 认为，与说撒况下引起葡萄糖的转运。AMPK活性降低，其它一条或多条通道就会补偿AMPK的 功能。与AMPK有关的蛋白大家族有可能是这些通道。尽管有实验结果显示，在正常状态下， 收缩并不能增加骨骼肌中任何这些蛋白的活性[37]，但是在AMPK活性减弱的时候， 可能存在一些补偿机制或者激活一个或多个与AMPK有关的蛋白的活性。
2.2 钙调信号肌纤维收缩起初由质膜与T管处去极化触发，引起钙离子从肌浆网释放。钙离子释放导致肌 动蛋白与肌球蛋白相互作用，产生张力。肌细胞内钙离子浓度的升高被认为是收缩引起葡萄 糖转运和GLUT4移位的触发原因[38]。咖啡因，一种在没有膜去极化的情况下引 起钙离子从肌浆网释放的药物，能够增加分离两栖类肌肉中葡萄糖的转运[39]。有 几个实验结果表明，使用药物导致胞浆钙离子浓度升高时，哺乳动物肌肉中葡萄糖转运增加 了[40]，并且，使用阻止钙离子从肌浆网释放的dantrolene能阻止骨骼肌中葡 萄糖的转运[40]。更多近来使用离体大鼠骨骼肌的实验显示，低剂量的咖啡因引起 细胞内钙离子水平的轻度增加[41]，这样在没有引起肌肉收缩或高能磷酸状态变化 的时候导致了骨骼肌葡萄糖摄取的增加[40]。
钙离子可能调节运动引起葡萄糖转运的机制目前还不清楚。然而，钙离子直接激活葡萄糖转 运系统是不太可能的，因为每一次肌肉收缩时，肌浆钙离子浓度只在极短的时间内升高，而 收缩停止后一段较长的时间内，肌肉葡萄糖转运依然在增加。确实，一个或多个钙离子调节 的细胞内蛋白可能导致GLUT4的移位。这些可能有依赖钙离子的蛋白激酶家族（CaMK）和蛋 白激酶C家族（protein kinase C, PKC）等重要的细胞内信号通道。
CaMK是一种在进化上比较保守的家族，它的磷酸化底物对于机体基因转录、蛋白释放、离子 通道调节等具有重要的作用[42]。利用几种CaMK通道的药理学抑制剂导致收缩引 起的葡萄糖摄取降低[43]。有研究发现，大鼠快肌纤维中，收缩引起葡萄糖转运的 增 加依赖AMPK与CaMK共同作用的信号通道，然而，在大鼠慢肌纤维中，较多的研究均发现，收 缩引起的葡萄糖的转运完全依赖钙离子信号，而与AMPK无关[44]。还有研究证实不 管是使用几种化合物直接抑制钙调蛋白[43]，还是使用特定的抑制剂KN62都抑制了 胰岛素引起的葡萄糖的摄取[45]。解释 上述结果有两种可能：一是使用的抑制剂不是特定的钙调蛋白抑制剂；二就是说明CaMK有可 能是胰岛素与收缩引起葡萄糖转运的整合位点。
另一种可能调节钙离子引起葡萄糖转运的调节物是PKC。在哺乳动物细胞中，已经发现12种 不同的PKC异构体，分为三类：传统PKCS、最新PKCS和非典型PKCS。肌肉收缩能增加PKC活性 [46]。长期服用佛波醇酯[47]及多粘菌素B[48]都降低了PKC活性 ，此时收缩引起葡萄糖转运同时减少。然而，多粘菌素B不是PKC的特定抑制剂，上述两种物 质的使用同时也都降低了肌纤维的收缩性。另一种PKC抑制剂calphostin C，能够减少收 缩引起，但是不能减少胰岛 素引起的葡萄糖的转运，同时也没有影响肌肉收缩性及其它影响收缩的酶，如MAPK信号[49]。所有这些结果表明，传统及新奇PKC异构体在收缩引起的葡萄糖转运中具有重要 的作用。
3 NO/cGMP信号通道与骨骼肌葡萄糖转运
通过激活不同的NOS同工酶，多种组织均产生NO[50]。骨骼肌中表达神经元型与内 皮型NOS[51]。体内NO激活腺苷酸环化酶，产生cGMP。安静时，NO从分离哺育的趾 长伸肌中释放，电刺 激肌肉收缩导致释放进一步增加[52]。跑台运动能激活腓肠肌中NOS[53] ，为运动时骨骼肌中NO产生提供了证据。
研究结果显示，服用外源nitroprusside钠盐，通过增加细胞表面GLUT4的浓度[54] 而引 起离体骨骼肌中葡萄糖的转运[54]。有学者提出，NO能够调节骨骼肌中运动引起的 葡萄糖转运的增加[52]。在一项大鼠初次跑台运动[52]或通过神经刺激让 后肢肌肉收缩，随后分离肌肉测定葡萄糖转运，发现NOS抑制剂阻断了收缩引起的葡萄糖的 转运。然而，有学者发现，在离体骨骼肌中，当存在NOS抑制剂时，让肌肉收缩或灌注AICAR 时，葡萄糖转运激活没有影响，并且大鼠服用某NOS抑制剂也不能影响跑台运动时骨骼肌葡 萄糖摄取的增加[55]。这些资料说明，NO刺激葡萄糖转运增加的机制与胰岛素及收缩引起的转运 增加的机制 是不同的。目前人们普遍承认胰岛素引起的葡萄糖转运是不通过NO起作用的，然而，收缩引 起的葡萄糖转运是否部分通过NO介导还存在争议[56], 需要进一步的研究。
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HE Fang1, TANG Hui1, XIE Minhao2
(1. Dept. of P.E., Hunan University of Science and Technol ogy, Xiangtan 411201, Hunan China; 2. Beijing Sports University, Beijing100084, China)
Abstract: Contractioninduced glucose transport not only has important meaning for exerci se and training, but also is one of the mechanisms to treat diabetes. Although p eople can not completely clarify the signal channel of contractioninduced gluc ose transport, scholars has finish substantive works. This paper mainly introduc es approbatory signal channel of insulin and contractioninduced glucose transp ort in skeletal muscle, in addition, it simply introduces disputed NO/cGMP signa l channel.Key words: skeletal muscle; glucose transport; contraction; signal chann el
糖是机体运动时的主要能源物质。骨骼肌摄取葡萄糖的能力及速率对机体运动能力的高低 、运动疲劳形成及运动后恢复的快慢具有重要的意义。在大多数生理状态下，葡萄糖穿过骨 骼肌细胞膜是葡萄糖利用的限速步骤[1]。而骨骼肌中葡萄糖转运依赖葡萄糖转运 体（gluco se transport 4, GLUT4）转位到肌细胞表面。长期以来，人们认为GLUT4转位存在两条主要 的信号通路：一条是通过胰岛素受体底物(insulin receptor substrate, IRS)和磷脂酰肌 醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI-3K)的胰岛素激活通路；另一条是通过收缩 激活的不依赖于胰岛素的通路。虽然该信号通路的调节物还不完全清楚，但越来越多的证据 表明，AMP激活的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）起了至关重要的作用 。然而，最新的研究成果表明，AMPK并不是收缩引起GLUT4转位的唯一调节物，同时，还有 可能存在与胰岛素及收缩无关的其它引起GLUT4转位的信号通路，如一氧化氮（NO）等[2]。
1 胰岛素激活的GLUT4转位信号通道
在2型糖尿病患者中，骨骼肌摄取葡萄糖的能力大幅度降低[3]。医学工作者已经 对胰岛素激活的GLUT4转位信号通道进行了比较详细的研究，本文对此研究成果作一个简单 的介绍。
在骨骼肌中，胰岛素信号导致胰岛素受体（insulin receptor, IR）、IRS-1及IRS-2酪氨酸 残基的磷酸化，随后通过一系列过程，激活丝裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated prot ein kinase, MAPK）与PI-3K[4]。目前，人们普遍认为，MAPK与PI-3K是胰 岛素作用于骨 骼肌的两条主要信号通路，而胰岛素激活的葡萄糖转运主要与PI-3K信号通道的激活有关（ 图1）[5]。
从图1可以发现，Akt（又名蛋白激酶B，PKB）激活是胰岛素信号引起葡萄糖转运的重要环 节。Akt是一种有三种异构体：Akt1、Akt2及Akt3的丝/苏氨酸激酶，均在骨骼肌中表达[6]。Akt通过许多生长因子以PI-3K依赖形式激活（转位到质膜，磷酸化1到2个调节位 点）[7]。大量证据表明，Akt2对胰岛素刺激的葡萄糖转运至关重要[8] 。Akt2缺失大鼠没有生长缺陷，但是确实出现了糖尿病样特征：胰腺β细胞肥大、肝脏葡 萄糖生成异常、安静时葡萄糖平衡紊乱及胰岛素刺激葡萄糖利用抑制，并且，该基因缺失型 动物分离的趾长伸肌 中，胰岛素刺激的葡萄糖转运明显降低[9]。
有学者发现，肌肉收缩增加Akt活性和/或磷酸化[10]，同时也有实验结果与此相 反[11]。事实究竟如何还存在争议。有人认为，Akt可能同时调控了胰岛素与收 缩引起的葡萄糖转运，因为收缩引起葡萄糖转运与Akt激活的时间过程相似，为Akt可能对此 过程具有调节作用提供了可能性[10]。然而有部分学者并不支持此观点，因为PI-3 K 抑制剂wortmannin和LY294002完全抑制了收缩引起的Akt磷酸化与激活[12]，但是 并不降低收缩引起的葡萄糖的转运[13]。看来利用基因敲除大鼠的研究对于完 全揭示这个问题是非常重要的。
利用磷酸化Akt底物抗体技术发现了一种新的Akt底物，分子量为160KD（AS160），AS160包 含Rabs的GTP酶激活域[14]，是脂肪细胞中胰岛素刺激葡萄糖摄取必不可少的[15]。收缩与AICAR都能增加大鼠骨骼肌中AS160的磷酸化[16]，显示AS160可 能是胰岛素与收缩刺激GLUT4移位 的整合位点。最新研究结果表明，在Akt基因敲除大鼠中，胰岛素引起的AS160磷酸化被wort mannin完全抑制，然而wortmannin对收缩引起的AS160磷酸化却没有影响[17]。Tre ebak的实验则证明AS160是AMPK的一种下游调节物[18]。这些实验结果都支持了AS1 60可能是胰岛素与收缩刺激GLUT4移位的整合位点的观点。
2 收缩激活的GLUT4转位信号通道
在骨骼肌，利用PI-3K的的阻断剂wortmannin对它的抑制实验证明它对胰岛素引起GLUT4转位 及葡萄糖转运[19]是必不可少的。然而，wortmannin不能阻挡孵育及离体收缩大鼠 骨骼肌中葡萄糖的转运[13]。由此明显可以看到，在骨骼肌中，胰岛素与运动引起 的葡萄糖转运存在着不同的信号通路。某些研究者认为，细胞内存在着不同的GLUT4“池” ，分别被胰岛素与运动刺激而转位[20]。目前，人们认为，AMPK与收缩触发的钙调 信号是调控收缩引起葡萄糖转运的主要信号通道[21]。
2.1 AMPK在最近几年内，大量的研究均集中在对AMPK的假说：AMPK是调节收缩骨骼肌中代谢、蛋白合 成及基因转录的关键信号分子。AMPK是一种从植物到哺乳动物的12种分子的家族成员中的一 员。AMPK是一种包含α、β、γ三个亚基的异三聚体，而每一种亚基又分别有两种或更多 的同工型[22]。在骨骼肌中，α2、β2与γ1或γ3是形成异三聚体的主要 同工型。α亚基具有催化活性[23]，β与γ亚基在特定底物结合及异三聚体稳定性 的维持方面具有重要作用。β亚基把α与γ亚基铰链在一起，同时由于可能具有糖原结合域 而认为与糖原代谢有关。γ亚基被认为和AMP的结合有关，并且该亚基的突变会导致糖原 代谢的失常[24]。
收缩改变骨骼肌中燃料状态，随着收缩强度的增加，ATP和磷酸肌酸浓度显著降低。这样随 着运动强度的变化，在体大鼠[25]，坐骨神经肌肉标本[26]及缺乏全身因 素的培育的骨骼肌细胞中[27]，AMPK被激活就不难理解了。收缩产生的力量越大［27]，运动强度越大[28]，AMPK的活性就越高。在人体中，中等强度的有氧运 动[29]及高强度的快跑[30]都增加了骨骼肌AMPK的活性。
起初支持AMPK作为收缩引起葡萄糖转运调节物的证据来自于使用AICAR的研究。AICAR进入 骨骼肌后，通过腺苷激酶及随后引发的单磷酸化能够模仿AMP对AMPK的作用[31]。 大鼠服用AICAR能够增加后肢骨骼肌中胰岛素引起的葡萄糖的转运。与收缩的作用类似，在 离体的大鼠骨骼肌中，AICAR能够在缺乏胰岛素的情况下引起葡萄糖的转运，这一点与收缩 的作用类似[32]。胰岛素、肌肉收缩与AICAR均能在离体的大鼠骨骼肌中增加葡萄 糖的转运。与收 缩引起的葡萄糖转运相似，AICAR的作用也不能被wortmannin所抑制，并且，最大AICAR与胰 岛素服用相结合引起的转运增加效应部分可以叠加，然而，最大AICAR服用与收缩引起的促 转运效应却不能叠加[30]。大鼠短期服用AICAR也能增加多种肌肉中葡萄糖的转运 。后肢灌注AICAR研究揭示它引起的葡萄糖转运的增加是由GLUT4到膜外的转位调节的[ 33]。
尽管利用AICAR作为AMPK激活剂的实验从一方面揭示了AMPK的作用，然而该方法作用是有限 的，因为AICAR并不是AMPK的特定激活剂。AMPK特定的激活或者抑制剂对于揭示AMPK调节葡 萄糖转运具有重要的作用，然而遗憾的是，目前还没有找到。两种AMPK抑制剂：iodotuberc idin和araA，尽管他们能够抑制AICAR引起的AMPK的激活，但是他们也不是AMPK的特效抑制 剂，并且他们也不能抑制骨骼肌中因为收缩引起的AMPK的激活[34]。
最新应用的转基因和基因敲除小鼠模型的使用对于人们理解AMPK在收缩引起的葡萄糖转运中 的作用具有重要的意义。表达特定于骨骼肌AMPK亚基突变的小鼠（报道对AMPKα亚基具有明 显的抑制作用）已用于对葡萄糖转运的研究[35]。与人们认为AMPK是一种葡萄糖转 运调节物的假说一致的是，实验结果发现AICAR引起的葡萄糖转运在转基因突变小鼠中被完 全抑制 了，收缩引起的转运降低了30％～40％[35]。相反的是，身体中α1或α2亚基的基 因敲除鼠 实验显示，分离肌肉中收缩引起的葡萄糖转运没有变化，然而，α2亚基的基因敲除鼠AICAR 引起的葡萄糖转运被抑制了[36]。尽管基因敲除鼠中收缩引起的葡萄糖转运没有抑 制可能是 由于其它酶的补偿调节，然而这些实验却对于AMPK在收缩引起的葡萄糖转运的作用提出了一 个重要的问题。一种假说认为，与收缩引起的葡萄糖转运有关的信号通道较多，如果其它PK 认为，与说撒况下引起葡萄糖的转运。AMPK活性降低，其它一条或多条通道就会补偿AMPK的 功能。与AMPK有关的蛋白大家族有可能是这些通道。尽管有实验结果显示，在正常状态下， 收缩并不能增加骨骼肌中任何这些蛋白的活性[37]，但是在AMPK活性减弱的时候， 可能存在一些补偿机制或者激活一个或多个与AMPK有关的蛋白的活性。
2.2 钙调信号肌纤维收缩起初由质膜与T管处去极化触发，引起钙离子从肌浆网释放。钙离子释放导致肌 动蛋白与肌球蛋白相互作用，产生张力。肌细胞内钙离子浓度的升高被认为是收缩引起葡萄 糖转运和GLUT4移位的触发原因[38]。咖啡因，一种在没有膜去极化的情况下引 起钙离子从肌浆网释放的药物，能够增加分离两栖类肌肉中葡萄糖的转运[39]。有 几个实验结果表明，使用药物导致胞浆钙离子浓度升高时，哺乳动物肌肉中葡萄糖转运增加 了[40]，并且，使用阻止钙离子从肌浆网释放的dantrolene能阻止骨骼肌中葡 萄糖的转运[40]。更多近来使用离体大鼠骨骼肌的实验显示，低剂量的咖啡因引起 细胞内钙离子水平的轻度增加[41]，这样在没有引起肌肉收缩或高能磷酸状态变化 的时候导致了骨骼肌葡萄糖摄取的增加[40]。
钙离子可能调节运动引起葡萄糖转运的机制目前还不清楚。然而，钙离子直接激活葡萄糖转 运系统是不太可能的，因为每一次肌肉收缩时，肌浆钙离子浓度只在极短的时间内升高，而 收缩停止后一段较长的时间内，肌肉葡萄糖转运依然在增加。确实，一个或多个钙离子调节 的细胞内蛋白可能导致GLUT4的移位。这些可能有依赖钙离子的蛋白激酶家族（CaMK）和蛋 白激酶C家族（protein kinase C, PKC）等重要的细胞内信号通道。
CaMK是一种在进化上比较保守的家族，它的磷酸化底物对于机体基因转录、蛋白释放、离子 通道调节等具有重要的作用[42]。利用几种CaMK通道的药理学抑制剂导致收缩引 起的葡萄糖摄取降低[43]。有研究发现，大鼠快肌纤维中，收缩引起葡萄糖转运的 增 加依赖AMPK与CaMK共同作用的信号通道，然而，在大鼠慢肌纤维中，较多的研究均发现，收 缩引起的葡萄糖的转运完全依赖钙离子信号，而与AMPK无关[44]。还有研究证实不 管是使用几种化合物直接抑制钙调蛋白[43]，还是使用特定的抑制剂KN62都抑制了 胰岛素引起的葡萄糖的摄取[45]。解释 上述结果有两种可能：一是使用的抑制剂不是特定的钙调蛋白抑制剂；二就是说明CaMK有可 能是胰岛素与收缩引起葡萄糖转运的整合位点。
另一种可能调节钙离子引起葡萄糖转运的调节物是PKC。在哺乳动物细胞中，已经发现12种 不同的PKC异构体，分为三类：传统PKCS、最新PKCS和非典型PKCS。肌肉收缩能增加PKC活性 [46]。长期服用佛波醇酯[47]及多粘菌素B[48]都降低了PKC活性 ，此时收缩引起葡萄糖转运同时减少。然而，多粘菌素B不是PKC的特定抑制剂，上述两种物 质的使用同时也都降低了肌纤维的收缩性。另一种PKC抑制剂calphostin C，能够减少收 缩引起，但是不能减少胰岛 素引起的葡萄糖的转运，同时也没有影响肌肉收缩性及其它影响收缩的酶，如MAPK信号[49]。所有这些结果表明，传统及新奇PKC异构体在收缩引起的葡萄糖转运中具有重要 的作用。
3 NO/cGMP信号通道与骨骼肌葡萄糖转运
通过激活不同的NOS同工酶，多种组织均产生NO[50]。骨骼肌中表达神经元型与内 皮型NOS[51]。体内NO激活腺苷酸环化酶，产生cGMP。安静时，NO从分离哺育的趾 长伸肌中释放，电刺 激肌肉收缩导致释放进一步增加[52]。跑台运动能激活腓肠肌中NOS[53] ，为运动时骨骼肌中NO产生提供了证据。
研究结果显示，服用外源nitroprusside钠盐，通过增加细胞表面GLUT4的浓度[54] 而引 起离体骨骼肌中葡萄糖的转运[54]。有学者提出，NO能够调节骨骼肌中运动引起的 葡萄糖转运的增加[52]。在一项大鼠初次跑台运动[52]或通过神经刺激让 后肢肌肉收缩，随后分离肌肉测定葡萄糖转运，发现NOS抑制剂阻断了收缩引起的葡萄糖的 转运。然而，有学者发现，在离体骨骼肌中，当存在NOS抑制剂时，让肌肉收缩或灌注AICAR 时，葡萄糖转运激活没有影响，并且大鼠服用某NOS抑制剂也不能影响跑台运动时骨骼肌葡 萄糖摄取的增加[55]。这些资料说明，NO刺激葡萄糖转运增加的机制与胰岛素及收缩引起的转运 增加的机制 是不同的。目前人们普遍承认胰岛素引起的葡萄糖转运是不通过NO起作用的，然而，收缩引 起的葡萄糖转运是否部分通过NO介导还存在争议[56], 需要进一步的研究。
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