运动激活骨骼肌AMPKα2-MEF2通路及其在GLUT4转录中的调节作用

运动会引起ATP大量消耗，并激活骨骼肌腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）。我们前期的研究表明运动使骨骼肌能量代谢相关基因的基因表达增强与AMPKα2有关。本项目旨在进一步探讨运动促进骨骼肌靶基因转录的AMPK-MEF2可能调节通路及其在糖代谢基因GLUT4转录中的作用。.研究首先采用AMPKα2高表达（转基因）小鼠、AMPKα2基因缺失（敲除）小鼠和野生型小鼠，分别通过一次急性运动和耐力运动，观察骨骼肌细胞中MEF2的转录活性、表达、磷酸化及其抑制因子、共激活因子作用以及GLUT4mRNA水平的变化，分析运动激活AMPK-MEF2-GLUT4信号通路的分子机制。在此基础上，在培养的骨骼肌细胞系中通过细胞转染和干扰技术，探索MEF2基因在未干扰和干扰状态下， AMPKα2-MEF2通路在AMPKα2对GULUT4基因转录调节中的作用，从而深入地了解运动促进骨骼肌能量代谢的细胞内信号转导调节机制。

糖代谢是物质代谢的基础，骨骼肌是体内最主要摄取葡萄糖和代谢葡萄糖的组织之一，葡萄糖运载体4（glucose transporter 4，GLUT4）介导的葡萄糖跨膜转运是骨骼肌糖代谢的主要限速步骤。运动引起ATP大量消耗，AMPK是骨骼肌能量变化的感受器和能量需求的“报警信号”。运动与AMPK有着十分重要和紧密的联系。.本项目通过以AMPKα2)高表达（转基因）、AMPKα2缺失（敲除）和野生型小鼠为研究对象，围绕一次急性运动和运动训练，观察运动诱导AMPKα2对骨骼肌GLUT4mRNA表达的影响及骨骼肌MEF2转录因子对GLUT4基因转录活性调控的信号通路。研究结果表明1）运动通过提高MEF2/GLUT4 DNA结合活性而提高GLUT4mRNA表达；2）AMPKα2参与调解了运动诱导的MEF2/GLUT4 DNA结合活性及GLUT4mRNA表达量的升高；3）虽然AMPKα2参与调节了运动诱导的MEF2/GLUT4 DNA结合活性的提高，但机体还可以募集其他的信号通路代偿AMPKα2缺失对GLUT4 mRNA表达的影响；4）运动可通过减少骨骼肌细胞核内MEF2和HDAC5结合量和增加MEF2和PGC1的结合量而调节MEF2/GLUT4 DNA结合活性；5）运动可显著促进PP38和P-MEF2A的蛋白表达，并且P38的磷酸化与MEF2A的磷酸化激活显著相关。.本项目还采用人A673细胞进行细胞培养，通过细胞转染和干扰技术，观察骨骼肌细胞中MEF2基因未干扰和干扰状态下，AMPKα2-MEF2通路对GULUT4基因表达作用的离体实验。从实验结果看出AMPKα2基因高表达的稳转细胞中GLUT4的mRNA水平明显高于A673对照组，而AMPKα2基因高表达同时MEF2A基因沉默的稳转细胞中GLUT4的mRNA水平明显下降。结果表明MEF2A基因沉默影响了GLUT4的表达，证明AMPKα2-MEF2A通路的激活对GLUT4 转录有调节作用。.通过本研究在体和离体实验，进一步阐明了运动与AMPK的关系和运动对骨骼肌能量代谢影响的分子机制，为运动员的科学训练提供理论依据。运动对AMPK信号途径的基础研究也有助于更好地了解运动在防治糖尿病、肥胖等疾病的作用机理。