Nox4-氧化应激-自噬信号通路在运动改善胰岛素抵抗中的作用机制研究

Convincing evidences demonstrate that exercise can improve MS and IR. However, the detailed mechanisms involved remain to be verified. Autophagy, which plays a key role in IR, and Nox4 is the direct source of ROS in skeletal muscle. Previously, we detected the changes of Nox4, oxide stress and autophagy in exercise-treated IR model, and we used the Nox4Tg mice to confirm the significant correlation between Nox4, oxide stress and autophagy, but the detailed relationship between Nox4, oxide stress, autophagy and protective effect of exercise on IR remains unclear. This research will focus on the molecular mechanism of Nox4 in exercise-treated IR, in vivo and vitro, by using the gene overexpression, gene knockdown or knockout, to conduct a series of researches, in which the WT and Nox4Tg mice and primary cultured skeletal muscle will be taken as the research objects. We aim to clarify the effect of exercise on IR through Nox4-derived ROS regulate autophagy. This study may provide a new pespective on the effect of exercise on IR.

运动作为一种非药物干预IR的有效手段越来越得到人们的关注，但具体机制尚不清楚。细胞自噬在IR发展的进程中发挥重要作用，ROS是影响自噬水平的重要因素。研究表明，Nox4是Nox亚型中骨骼肌组织产生ROS的直接来源。我们在前期的研究中发现，运动可特异地缓解Nox4Tg小鼠IR，下调骨骼肌氧化应激水平和PERK活性，提高骨骼肌细胞自噬水平。因此推测，运动可能通过降低骨骼肌Nox4表达，抑制骨骼肌ROS产生，继而通过提高骨骼肌细胞自噬水平而改善IR。本课题拟以WT小鼠和Nox4Tg小鼠为研究对象，在运动干预IR模型和IR细胞模型中，运用基因过表达、干扰表达或敲除等手段，解析长期有氧运动下调Nox4介导的ROS调控自噬而缓解IR的分子机制，以进一步完善运动改善IR的相关机制，为运动防治IR提供理论依据。

胰岛素抵抗（insulin resistance,IR）是从亚细胞器、细胞，到组织、器官的一种病理状态，其本质是指胰岛素刺激的胰岛素作用靶组织摄取与利用葡萄糖的功能降低。运动作为一种非药物干预IR的手段越来越得到人们的关注。但由于运动改善IR是多因素、多机制参与的过程，其具体机制尚不清楚。为了探讨和完善运动干预IR的分子机制，本研究从组织水平、细胞水平和动物模型水平开展了研究。首先，我们使用Nox4Tg小鼠和WT小鼠建立了IR动物模型，结果发现，运动可在下调骨骼肌Nox4水平的同时，使IR小鼠骨骼肌氧化应激水平显著降低，并提高小鼠骨骼肌自噬水平。其次，我们建立了IR细胞模型，使用Nox4重组腺病毒及shRNA过表达或干扰表达骨骼肌细胞Nox4，评价骨骼肌细胞IR；并采用过表达Atg4b重组腺病毒和si-PERK重组腺病毒刺激IR骨骼肌细胞。结果发现，在IR细胞中过表达Atg4b或干扰表达PERK后，骨骼肌细胞自噬水平增强。为了进一步验证IR时Nox4是否通过ROS调控自噬，我们在诱导ROS生成后，骨骼肌细胞Atg4b表达显著下调，PERK/eIF2α/ATF4表达水平显著上调；而使用ROS抑制剂后，Atg4b表达水平显著上调，PERK/eIF2α/ATF4表达水平显著下降。最后，通过在体注射干扰表达Atg4b和过表达PERK的腺相关病毒（AAV）进行动物回补实验，研究结果发现，注射AAV的两组小鼠骨骼肌IR未有显著改善，同时氧化应激和自噬水平也均未有显著变化。综上，我们的研究明确了运动改善IR过程中骨骼肌Nox4、氧化应激及自噬水平的变化规律，解析了Nox4-氧化应激-自噬信号通路在运动改善IR中的作用机制。该研究结果为完善运动缓解IR的形成机制提供了依据，同时也可为IR患者运动处方的制定提供依据与参考。本研究相关成果在《Journal of Diabetes Research》杂志上发表标注项目资助的SCI研究论文1篇，发表国内核心期刊论文2篇。