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运动促进骨骼肌健康的新视角:基于Rac1/PAK1/p38 MAPK信号通路改善肌生成和糖代谢的研究进展与展望

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中国体育科技 2023年第5期59卷 79-87页

作者：任翔宇沈飞金玲卢健陈彩珍华东师范大学“青少年健康评价与运动干预”教育部重点实验室上海200241 华东师范大学体育与健康学院上海200241 江苏师范大学体育学院江苏徐州221116

骨骼肌是维持机体运动能力、调节机体能量代谢的重要器官,其内分泌功能也日益被重视。久坐、衰老、肥胖等因素会引起肌萎缩,继而影响糖脂代谢稳态,引起内分泌失调等相关疾病。抑制Rac1/PAK1/p38 MAPK信号通路能干预癌变,而激活该通路可... 详细信息

骨骼肌是维持机体运动能力、调节机体能量代谢的重要器官,其内分泌功能也日益被重视。久坐、衰老、肥胖等因素会引起肌萎缩,继而影响糖脂代谢稳态,引起内分泌失调等相关疾病。抑制Rac1/PAK1/p38 MAPK信号通路能干预癌变,而激活该通路可控制骨骼肌生成、调节机体糖代谢。通过文献资料调研法分析了Rac1/PAK1/p38 MAPK信号通路的生理基础以及运动对其影响的可能性,系统阐述了运动调控Rac1/PAK1/p38 MAPK信号通路改善肌生成和糖代谢的潜在机制。研究认为,运动可通过Rac1/PAK1/p38 MAPK信号通路促进生肌决定因子的形成和葡萄糖转运蛋白4转位,从而促进骨骼肌再生,改善骨骼肌对葡萄糖的摄取能力。

关键词：运动 Rac1/PAK1/p38 MAPK信号通路骨骼肌肌生成糖代谢

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杨芽黄素在骨骼肌肌生成中的作用及机制研究

杨芽黄素在骨骼肌肌生成中的作用及机制研究

作者：张建峰西北农林科技大学

学位级别：硕士

骨骼肌是影响瘦肉率的主要器官之一,同时也是参与完成机体各种运动以及维持内环境稳态的主要器官。肌生成是骨骼肌形成的关键步骤,参与骨骼肌生长发育和损伤后再生的必要过程。因此,通过研究调控骨骼肌肌生成作用机制,可为畜牧业提高瘦... 详细信息

骨骼肌是影响瘦肉率的主要器官之一,同时也是参与完成机体各种运动以及维持内环境稳态的主要器官。肌生成是骨骼肌形成的关键步骤,参与骨骼肌生长发育和损伤后再生的必要过程。因此,通过研究调控骨骼肌肌生成作用机制,可为畜牧业提高瘦肉率提供理论基础。近年来通过提取水果、蔬菜及植物的天然化合物改善猪肉品质的方法成为一种可行的措施。杨芽黄素(Tectochrysin,TEC)是来源于蜂胶的黄酮类化合物,具有抗氧化、抗癌、止泻、抗病原虫和芳烃受体配体活性等作用。目前尚未见到TEC在骨骼肌上的研究报道,探究TEC在骨骼肌肌生成中的潜在作用及机制有望为骨骼肌生长调控提供新思路。本研究以C57BL/6J小鼠、C2C12成肌细胞和猪原代肌卫星细胞为研究对象,利用分子生物学和细胞生物学等技术,通过活体和离体实验探究TEC在骨骼肌肌生成中的作用及机制。主要结果如下:1.活体水平TEC对小鼠运动能力的影响。为探究TEC对小鼠运动能力的影响,本研究以C57BL/6J小鼠为模型,每日以20 mg/kg的剂量灌胃TEC四周。结果显示,TEC处理未显著影响小鼠的体重和采食量(P>0.05)。与对照组相比,TEC处理显著提高了小鼠的最大运动速度和运动时间(P肌肌纤维横截面积显著高于对照组(P肌生成过程中成肌细胞的分化融合。骨骼肌肌生成对其功能增强具有重要作用。为探究TEC是否通过骨骼肌肌生成影响肌肉运动功能,本研究利用心脏毒素构建小鼠骨骼肌损伤模型,每日以20 mg/kg的剂量灌胃TEC两周。组织形态学结果显示,与对照组相比,TEC处理显著促进了骨骼肌损伤后的恢复。在骨骼肌损伤后的第5天,TEC显著促进了新生肌纤维的形成。同时,e My HC和Myo G等肌生成的标志蛋白表达水平在TEC处理组显著上调(P肌肌生成的关键步骤包括肌卫星细胞的激活与增殖以及后续的成肌细胞分化。免疫荧光染色结果发现,在骨骼肌损伤的第3天,TEC未显著影响PAX7细胞的数目(P>0.05)。离体实验结果显示,TEC对C2C12细胞的增殖影响不显著(P>0.05)。进一步研究发现,TEC显著促进了C2C12成肌细胞的分化和融合。蛋白结果显示,TEC在成肌细胞分化阶段显著上调分化标志蛋白My HC和Myo G(P肌细胞的增殖,但可显著促进肌细胞的分化融合。***通过激活胰岛素信号通路,促进成肌分化介导的肌生成。为进一步探究TEC影响骨骼肌肌生成的机制,本研究利用分子对接软件分析,结果发现TEC是蜂胶中与胰岛素受体亲和活性最高的成分。进一步结果显示,在骨骼肌损伤后的第5天或C2C12成肌细胞中,TEC可显著促进胰岛素受体(IR)的磷酸化(P肌分化。通过药理学手段(GSK)抑制IR的激活,可显著抑制TEC对骨骼肌损伤后的恢复作用。与此同时,GSK显著抑制TEC对胰岛素信号通路的激活,并抑制e My HC和Myo G等肌生成标志蛋白的表达水平(P肌卫星细胞成肌分化。本研究以猪原代肌卫星细胞为模型,探究TEC对猪原代肌卫星细胞成肌分化的作用。免疫荧光染色结果分析发现,TEC促进猪原代肌细胞的分化和融合,显著提高了猪原代肌卫星细胞的核分布和融合指数(P肌分化中的作用,发现TEC通过靶向IR,进而激活胰岛素信号通路,促进成肌分化介导的肌生成。因此,本研究对TEC在生猪产业中提高瘦肉率的潜在应用及治疗人类骨骼肌疾病提供新的途径。

关键词：杨芽黄素肌生成胰岛素信号通路胰岛素受体猪原代肌卫星细胞

基于组学数据挖掘、鉴定肌生成相关LncRNA

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基于组学数据挖掘、鉴定肌生成相关LncRNA

作者：展西振华中农业大学

学位级别：硕士

骨骼肌是动物机体的重要组成部分,其生长发育对动物产肉性能和肉质性状有重要影响。近年来,研究发现长非编码RNA(Long non-coding RNA,LncRNA)在肌肉生长发育过程中扮演着十分重要的角色,但已鉴定调控肌肉生长发育的LncRNA却只有很少一... 详细信息

骨骼肌是动物机体的重要组成部分,其生长发育对动物产肉性能和肉质性状有重要影响。近年来,研究发现长非编码RNA(Long non-coding RNA,LncRNA)在肌肉生长发育过程中扮演着十分重要的角色,但已鉴定调控肌肉生长发育的LncRNA却只有很少一部分。随着高通量测序技术的不断发展,产生了大量组学测序数据,如何对这些大数据进行深入挖掘与分析,筛选肌生成相关LncRNA以及机制预测是当前重要任务。基于此,本研究通过NCBI数据库整合收集了小鼠不同组织、不同细胞RNA-seq数据,通过表达模式分析、保守性分析、通路分析等多种生物信息学分析方法筛选与肌生成相关的LncRNA,并结合肌肉发育相关转录因子的ChIP-seq数据,对肌生成相关LncRNA功能进行注释,具体研究结果如下:(1)通过NCBI数据库整合下载了小鼠肌肉、脂肪等10个组织的873个RNA-Seq数据,比较LncRNA与mRNA表达,发现在不同组织中LncRNA倾向于中低表达,mRNA倾向于高表达,且两者表达量具有显著性差异。进一步通过组织相对表达分数筛选到了各个组织中的相对高表达LncRNA与mRNA,其中共有5213个肌肉组织相对高表达LncRNA与4479个肌肉组织相对高表达mRNA,GO富集分析结果发现它们显著富集于肌生成相关通路。(2)通过对各个组织相对高表达LncRNA类型组成进行分析,发现基因间长非编码RNA(Long intergenic non-coding,LincRNA)在LncRNA中所占比例均超过50%以上,并且在多个组织中的组织相对表达分数显著高于其他类型LncRNA。为探究在细胞水平的结果是否与以上结果一致,通过NCBI数据库整合下载了小鼠肌肉、脂肪等不同细胞的732个RNA-Seq数据,经过分析发现无论在组织还是细胞水平,LincRNA的表达更具特异性。通过肌肉组织与细胞数据联合分析,我们筛选到626个在肌肉组织与肌肉细胞中均相对高表达的LincRNA,1315个在肌肉组织与肌肉细胞中均相对高表达的mRNA。(3)为了鉴定LincRNA在人、猪、鼠中的保守性情况,对NCBI数据库mm10版本收集的LincRNA进行了位置与序列的保守性分析,结果发现小鼠中共有2730个LincRNA在猪、鼠中保守,其中超过95%以上的LincRNA具有位置保守性。通过进一步与626个在肌肉组织与肌肉细胞中均相对高表达的LincRNA进行联合分析,筛选到232个候选LncRNA。(4)对232个候选LncRNA与1315个肌肉组织与肌肉细胞均相对高表达的mRNA进行WGCNA分析,根据表达模式划分不同模块,对每个模块进行GO富集分析,发现蓝色模块基因所富集到的TOP10通路中有7个与肌肉生长发育相关,包括了Myod1,Myog,Neat1,Lincmd1等肌肉生长发育调控基因,由此确定蓝色模块为肌生成相关模块,其中包括365个肌生成相关mRNA与70个肌生成相关LncRNA。(5)为注释肌生成相关LncRNA的作用机制,通过数据库预测互作调控因子,并在NCBI数据库下载互作调控因子的ChIP-Seq数据。通过生物信息学分析构建了LncRNA-RFs-Hub gene调控网络,结果显示70个LncRNA、7个调控因子与9个关键基因之间的互作关系,为后续70个肌生成相关LncRNA的机制研究提供了思路。综上所述,本研究基于组织和细胞RNA-seq数据,通过保守性分析、表达模式分析和通路分析等生物信息学分析方法,筛选到70个肌生成相关LncRNA,并通过构建互作网络,对70个肌生成相关LncRNA进行功能注释,为LncRNA调控肌生成的分子机制研究提供了理论参考。

关键词： LncRNA 肌生成保守性功能注释生物信息学

山羊miR-487b-3p靶向作用IRS1调控骨骼肌肌生成机制研究

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山羊miR-487b-3p靶向作用IRS1调控骨骼肌肌生成机制研究

作者：王健江苏师范大学

学位级别：硕士

非编码RNA包括microRNAs,Long non-coding RNAs,以及Circular RNAs,是当今生命科学领域中研究最热门的一个分支。其中,目前研究最为普遍的是microRNAs。MicroRNAs是一类短小的、高度保守的、内源性非编码RNA,在骨骼肌的发育过程中发挥... 详细信息

非编码RNA包括microRNAs,Long non-coding RNAs,以及Circular RNAs,是当今生命科学领域中研究最热门的一个分支。其中,目前研究最为普遍的是microRNAs。MicroRNAs是一类短小的、高度保守的、内源性非编码RNA,在骨骼肌的发育过程中发挥着至关重要的调控作用。在本研究中,参考实验室对徐淮山羊骨骼肌microRNAs高通量测序的结果,结合RT-qPCR分析miR-487b-3p在徐淮山羊不同发育时期(胎羊时期、成年羊时期),不同组织(心、肝、脾、肺、肾、小肠、背最长肌、腿肌)的表达谱,并构建miR-487b-3p过表达载体以及合成miR-487b-3p化学模拟物分别转染成肌细胞(C2C12),研究其在骨骼肌肌生成过程中调控作用。此外,还对miR-487b-3p的靶基因IRS1进行预测和功能探究。本研究内容和主要结果如下:(1)利用miRBase,Targetscan数据库对miR-487b-3p及其靶基因IRS1 3’UTR序列保守性进行分析,发现mi R-487b-3p成熟序列以及与IRS1 3’UTR结合区序列在山羊、人、小鼠、牛以及绵羊等物种间具有高度的序列保守性。(2)miR-487b-3p在徐淮山羊不同发育阶段(胎羊时期、成年羊时期)、不同组织中都广泛表达,miR-487b-3p在胎羊和成年羊肌肉组织的表达量高于其他组织,且miR-487b-3p在徐淮山羊胎羊肌肉组织中的表达量显著高于其在成年羊肌肉组织中的表达量,表明mi R-487b-3p属于非肌肉特异性microRNA,且可能在肌肉发育过程中有着重要的调控作用。(3)将pcDNA3.1(+)-miR-487b-3p、miR-487b-3p mimics、negative control(NC)、miR-487b-3p inhibitors、anti-negative control(anti-NC)转染至C2C12细胞,分别过表达miR-487b-3p或者抑制miR-487b-3p表达。经RT-qPCR和Western blot实验探究过表达miR-487b-3p或抑制miR-487b-3p表达对C2C12成肌细胞增殖、分化的影响;此外,结合CCK-8和EdU实验共同探究miR-487b-3p对C2C12成肌细胞的影响。结果表明,miR-487b-3p抑制成肌细胞(C2C12)的增殖和分化。(4)成功构建了miR-487b-3p 3个靶基因IRS1、ITGA6、ZMYND8的野生型和突变型荧光素酶报告基因载体。双荧光素酶报告基因实验证明miR-487b-3p可以靶向作用于IRS1、ITGA6和ZMYND8 3’UTR区。基于生物信息学(David、KEGG)分析、RT-qPCR和Western blot实验发现:miR-487b-3p抑制IRS1的表达。(5)通过RNAi实验,结合Western blot、EdU进一步探究发现,抑制IRS1表达会抑制C2C12成肌细胞增殖、分化,与过表达miR-487b-3p趋势一致。(6)IRS1在将信号从胰岛素或胰岛素样生长因子受体传递至MAPK/ERK和PI3K/AKT信号通路的过程中起关键作用;实验结果揭示了mi R-487b-3p调控骨骼肌肌生成的机制,即miR-487b-3p通过作用IRS1,参与MAPK/ERK和PI3K/AKT通路的调控网络,进而对骨骼肌成肌细胞增殖、分化产生影响。

关键词： miR-487b-3p IRS1 骨骼肌肌生成细胞增殖分化

人类锌指蛋白ZNF382对肌生成的调控作用

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激光生物学报 2009年第1期18卷 31-34,78页

作者：廖鹏王瑛白彦袁婺洲李永青朱传炳邓云莫小阳万永奇王跃群吴秀山湖南师范大学蛋白质化学及发育生物学教育部重点实验室心脏发育研究中心湖南长沙410081

人类基因组中有大量哺乳类特有的KRAB锌指基因,这些基因的功能大多尚不清楚,ZNF382就是其中一个。本文研究了人类锌指蛋白ZNF382对肌生成的调控作用。人类ZNF382基因在肌肉组织中高表达,ZNF382的mRNA水平在C2C12细胞的肌生成过程中上调,... 详细信息

人类基因组中有大量哺乳类特有的KRAB锌指基因,这些基因的功能大多尚不清楚,ZNF382就是其中一个。本文研究了人类锌指蛋白ZNF382对肌生成的调控作用。人类ZNF382基因在肌肉组织中高表达,ZNF382的mRNA水平在C2C12细胞的肌生成过程中上调,ZNF382调节肌肉特异性基因的表达,在NIH3T3细胞中,ZNF382与E-box蛋白E12和成肌调节因子MyoD共转增强肌肉肌酸激酶MCK启动子的活性;ZNF382的启动子预测分析也发现ZNF382的启动子上含有MyoD和血清反应因子SRF的结合位点,这些结果提示人类ZNF382蛋白在肌生成中起着重要的作用。

关键词： ZNF382 C2C12 肌生成

脂肪形成和肌生成过程中Villin2蛋白表达变化的研究

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脂肪形成和肌生成过程中Villin2蛋白表达变化的研究

中国畜牧兽医学会动物营养学分会第十一次全国动物营养学术研讨会

作者：金永成张晶牛淑玲周长海李洪求吉林大学畜牧兽医学院釜山国立大学校生命资源科技大学动物生命资源科学系

通过我们前期蛋白组学研究最新发现Villin2是韩国韩牛肌肉间脂肪沉积相关联的下调基因,并且在老鼠胚胎成纤维细胞(3T3L-1)分化成脂肪细胞前后蛋白表达量下降,在牛胚胎成纤维细胞(B3EFS)分化成肌细胞前后则没有太大变化。但是对于Villin... 详细信息

通过我们前期蛋白组学研究最新发现Villin2是韩国韩牛肌肉间脂肪沉积相关联的下调基因,并且在老鼠胚胎成纤维细胞(3T3L-1)分化成脂肪细胞前后蛋白表达量下降,在牛胚胎成纤维细胞(B3EFS)分化成肌细胞前后则没有太大变化。但是对于Villin2在细胞分化成脂肪细胞和肌细胞过程中具体的蛋白表达变化则不是很清楚。因此,本试验旨在研究胚胎成纤维细胞在分化成脂肪细胞和肌细胞的过程中Villin2蛋白的表达变化。本试验选择了3T3L-1前脂肪细胞株和过表达成肌调节因子(MyoD)的BEFS-TetOn-MyoD肌成纤维细胞株,通过分化诱导处理以后,在分化期间分别收集细胞并提取蛋白质,通过Western blot方法分析Villin2蛋白的表达量。分化采样时间点:3T3L-1细胞为分化处理的0天、2天、4天、8天和BEFS-TetOn-MyoD细胞为分化处理的0天、2天、5天、6天。结果表明:3T3L-1脂肪前细胞在分化诱导第2天开始Villin2的蛋白表达量急剧下降(P肌成纤维细胞分化诱导第0天、第2天和细胞间出现肌管(myotube)分化成肌细胞的第5天Villin2蛋白的表达量并无变化,但是到了第6天Villin2的蛋白表达稍有下降。结果表明,Villin2在胚胎成纤维细胞诱导分化成脂肪细胞的过程中蛋白表达呈现急剧下降,在诱导成脂肪细胞后表达则趋于平缓。而在牛胚胎成纤维细胞诱导成肌细胞过程中Villin2表达则不受影响。说明Villin2与脂肪形成有关,而与肌生成无关。

关键词： Villin2 脂肪形成肌生成蛋白表达

来源： cnki会议评论

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维生素D在骨骼肌功能中的作用

营养学报 2021年第5期43卷 514-519页

作者：张瑾闾坚强史仍飞上海体育学院运动科学学院上海200438

维生素D(VD)缺乏和不足影响骨骼肌最佳功能,但其机制尚待研究。本文基于近年来细胞、动物以及人群实验的研究结果,对VD在骨骼肌生成、骨骼肌线粒体代谢、以及骨骼肌运动表现中的作用进行综述;同时,对已知VD参与调控的骨骼肌生物合成和... 详细信息

维生素D(VD)缺乏和不足影响骨骼肌最佳功能,但其机制尚待研究。本文基于近年来细胞、动物以及人群实验的研究结果,对VD在骨骼肌生成、骨骼肌线粒体代谢、以及骨骼肌运动表现中的作用进行综述;同时,对已知VD参与调控的骨骼肌生物合成和降解的信号分子进行归纳,如肌肉萎缩盒F基因(MAFbx/atrogin-1)、肌肉环指状基因1(muscle ring finger1,MuRF1)、叉头型转录因子(forkhead box O1,FOXO1)等,旨在为探究VD在骨骼肌中的机制研究提供参考。

关键词：维生素D 维生素D受体骨骼肌功能肌生成

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烯醇化酶1的生物学功能

动物营养学报 2014年第1期26卷 69-73页

作者：姜冬梅康波马容何珲四川农业大学动物科技学院雅安625014

烯醇化酶1(ENO1)是参与机体糖代谢的关键酶,同时也是眼睛晶状体的重要组分。近年来的研究表明,ENO1还参与调控纤溶酶原激活和纤溶酶活性过程,促进肌生成和肌肉再生,调控细胞凋亡以及肿瘤发生发展过程。可见,ENO1是一个具有多重生物学功... 详细信息

烯醇化酶1(ENO1)是参与机体糖代谢的关键酶,同时也是眼睛晶状体的重要组分。近年来的研究表明,ENO1还参与调控纤溶酶原激活和纤溶酶活性过程,促进肌生成和肌肉再生,调控细胞凋亡以及肿瘤发生发展过程。可见,ENO1是一个具有多重生物学功能的蛋白酶,具有潜在的疾病诊断和预后价值。因此,该文就ENO1的生物学功能做一综述。

关键词：烯醇化酶1纤溶过程肌生成肌肉再生细胞凋亡肿瘤

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甲状腺激素对骨骼肌功能的调控及其机制

中国运动医学杂志 2020年第8期39卷 649-652页

作者：郭一帆陈佩杰肖卫华上海体育学院运动科学学院上海200438

甲状腺激素(thyroid hormone,TH)是一种具有多种生理功能的内分泌激素,在机体产热、新陈代谢、组织分化和器官发育等方面具有重要调节作用。骨骼肌是TH作用的重要靶器官,但TH对骨骼肌功能有何影响,我们仍知之甚少。本文对该领域最新进... 详细信息

甲状腺激素(thyroid hormone,TH)是一种具有多种生理功能的内分泌激素,在机体产热、新陈代谢、组织分化和器官发育等方面具有重要调节作用。骨骼肌是TH作用的重要靶器官,但TH对骨骼肌功能有何影响,我们仍知之甚少。本文对该领域最新进展进行了总结分析,结果显示:甲状腺激素可促进快型肌球蛋白重链的表达,调控慢-快肌纤维的类型转化;TH可调控骨骼肌线粒体生物合成和功能,增强骨骼肌新陈代谢、产热和葡萄糖摄取;TH还可影响肌卫星细胞增殖与分化,在骨骼肌生成过程中发挥重要作用。

关键词：甲状腺激素骨骼肌脱碘酶肌生成