AMPKα2调控Nrf2/ARE通路对低氧训练中骨骼肌的保护作用及机制

o Hypoxic training affacts movement ability,but the mechanism is not clear.Early results showed that the AMPKα2 transgenic(TG) mice had longer swimming time than wild type(WT) mice , hypoxic training improved the glutathione(GSH) redox state in skeletal muscles of AMPKα2 TG mice. On the basis of prophase work and references, the hypothesis of hypoxic training inducing AMPKα2 to regulate Nrf2/ARE signaling pathway for protection of skeletal muscles were investigated .Experiments in vitro and in vivo by WT,AMPKα2 TG,AMPKα2 KO,Nrf2 KO mice and AMPKα2 TG/Nrf2 KO hybrid mice were used in the project. And then, the molecular mechanisms about effects of hypoxic training on Nrf2/ARE signaling pathway , hypoxic training inducing AMPKα2 to regulate Nrf2/ARE pathway and the effect of the AMPKα2 regulating Nrf2/ARE pathway on the movement ability were studied.

低氧训练影响运动能力，但机制并不十分清楚。前期结果提示AMPKα2转基因(TG)鼠游泳至力竭的时间明显长于野生型（WT）鼠，低氧训练显著促进AMPKα2 TG鼠骨骼肌的谷胱甘肽（GSH）氧化还原平衡状态。以此为线索，核因子E2相关因子2（Nrf2）/抗氧化反应元件（ARE）通路引起我们的关注。 在前期工作和文献的基础上，本项目采用离体和在体实验，通过引进Nrf2 基因敲除（KO）鼠,并建立AMPKα2 TG 鼠与Nrf2 KO鼠的杂交鼠，而后利用WT、AMPKα2 TG、AMPKα2 KO、Nrf2 KO鼠和AMPKα2 TG/Nrf2 KO杂交鼠，探讨①低氧训练对Nrf2/ARE介导的抗氧化通路影响；②低氧训练中AMPKα2对Nrf2/ARE通路调控作用；③AMPKα2调控Nrf2/ARE通路对低氧训练后运动能力影响，揭示AMPKα2调控Nrf2/ARE通路对骨骼肌的保护作用及机制。

低氧训练影响运动能力，但机制并不十分清楚。传统上，AMPK一直被认为是能量代谢的调节者。然而，已有文献报道，ROS能够激活AMPK通路，AMPK的激活可降低细胞内ROS水平。Nrf2/ARE介导的抗氧化信号转导通路，在骨骼肌抗氧化防御中可能具有非常重要的作用。在活体内低氧训练中AMPKα2调控Nrf2/ARE介导的抗氧化信号通路对骨骼肌的保护作用及其分子机制的研究，目前国内外尚属空白。本项目采用离体和在体实验，通过引进Nrf2 基因敲除（KO）鼠,利用WT、AMPKα2 转基因、AMPKα2 敲除、Nrf2 KO鼠，探讨①低氧训练对Nrf2/ARE介导的抗氧化通路影响；②低氧训练中AMPKα2对Nrf2/ARE通路调控作用；③AMPKα2调控Nrf2/ARE通路对低氧训练后运动能力影响，揭示AMPKα2调控Nrf2/ARE通路对骨骼肌的保护作用及机制。结果表明：（1）Nrf2转录活性依赖于急性运动时间；（2）Nrf2 在 H2O2 介导的 C2C12 细胞[Ca2+]i 异常增加中起到保护作用。Nrf2 的缺失可引起小鼠骨骼肌肌浆网钙释放作用增强、钙回收作用减弱；而八周有氧运动训练明显改善了 Nrf2 敲除鼠肌浆网的钙回收功能。(3)AICAR激活AMPK可促进C2C12细胞pNrf2表达，进而增加抗氧化酶表达，提高细胞抗氧化能力。有氧训练可以激活AMPK可促进骨骼肌pNrf2表达，进而增加抗氧化酶表达，提高机体抗氧化能力。(4)适度海拔高度低氧训练（模拟 3500m 海拔高度）可促进小鼠骨骼肌 Nrf2 介导的抗氧化作用；极度海拔高度低氧训练（模拟 5000m 海拔高度）可通过抑制骨骼肌 Nrf2/Keap1 的解离降低 Nrf2介导的抗氧化作用。该项目为低氧训练的科学应用提供进一步理论依据。同时，机体ROS状态失衡也是心血管、糖尿病、癌症等疾病发生的重要病因。对Nrf2/ARE信号途径的基础研究工作也将有助于更好地了解防治这些疾病的作用靶点。