线粒体移动参与骨骼肌有氧能量代谢调节的分子机制

线粒体是细胞能量代谢中心，也是活性氧(ROS)产生中心。在细胞能量需求急剧变化情况下，骨骼肌线粒体移动随之发生变化，这一细胞事件中ROS可能作为始发因素调控Ca2+，从而调控线粒体动态分布改变进而影响线粒体能量代谢。基于线粒体移动的动态可逆变化如何在运动能量代谢适应中发挥重要作用，本研究提出，运动能量代谢过程中：1）线粒体移动可以"早期快速应答"适应细胞能量需求急剧变化；2）继发的线粒体网络结构动态变化进一步调控细胞能量代谢的研究假设。本研究以骨骼肌运动能量代谢为模型，从线粒体形态分布的动力学新视角，探究ROS、Ca2+参与调控线粒体移动分布变化的细胞信号转导细微过程，力图深入认识移动－融合与分裂的线粒体动力学改变对线粒体氧化磷酸化功能以及运动能量的调控机制，为进一步研究运动性疲劳、运动防治代谢疾病、心血管疾病、神经退行性疾病和衰老提供新靶向和理论依据。

基于线粒体移动的动态可逆变化如何在运动能量代谢适应中发挥重要作用，本研究从线粒体形态分布的动力学新视角，探究ROS、Ca2+参与调控线粒体移动分布变化的细胞信号转导细微过程，分别通过in vitro和in vivo实验，深入研究移动－融合与分裂的线粒体动力学改变对线粒体氧化磷酸化功能以及运动能量的调控机制。本研究主要发现：1）在运动进程中，线粒体移动可以"早期快速应答"适应骨骼肌细胞能量需求急剧变化，调控线粒体动态分布改变进而影响线粒体能量代谢；2）在运动恢复早期，Miro1降解增加促进线粒体自噬修复机制；在运动恢复后期，Miro1高表达促进线粒体融合分裂，利于能量代谢和生物合成；3）不同水平外源H2O2可双向调控Miro1表达及线粒体移动，这一细胞事件中ROS 可能作为始发因素调控Ca2+；4）在细胞应答应激时，首先发生嵴重构和线粒体移动，继而发生线粒体融合和分裂，线粒体深远重构依赖于生物合成；5）Miro1降低参与了骨骼肌衰老的发生，运动可通过调控包括线粒体移动在内的线粒体重构，改善衰老骨骼肌功能。本研究结果为进一步研究运动防治代谢疾病、心血管疾病、神经退行性疾病和衰老提供新的靶向和理论依据。