長期高強度間歇訓(xùn)練對增齡大鼠骨骼肌脂聯(lián)素/AMPK信號途徑和細胞自噬的影響

孫 磊，李方暉

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長期高強度間歇訓(xùn)練對增齡大鼠骨骼肌脂聯(lián)素/AMPK信號途徑和細胞自噬的影響

孫 磊，李方暉

南京師范大學(xué) 體育科學(xué)學(xué)院, 江蘇 南京 210046

目的：探究8個月高強度間歇訓(xùn)練（HIIT）和持續(xù)性耐力訓(xùn)練（MICT）對增齡大鼠骨骼肌脂聯(lián)素/AMPK信號通路和細胞自噬的影響。方法：選取36只18月齡雌性清潔級SD大鼠隨機分為老齡安靜對照組（SED組）、老齡持續(xù)性耐力組（MICT組）和老齡高強度間歇訓(xùn)練組（HIIT組），共3組，每組12只。MICT組以速度17 m/min進行跑臺訓(xùn)練；HIIT組以起始速度為 15 m/min跑臺4 min，之后跑臺速度增至25 m/min跑臺1 min，依次交替進行9個循環(huán)；兩個運動組跑臺時間均為45 min，每周5次，共8個月；SED組大鼠自由攝食但不進行訓(xùn)練。在末次訓(xùn)練后48 h雙能X射線測試大鼠體成分。體成分測試后48 h依次測試各組大鼠張力、抓力、最大跑步速度和跑步力竭時間。比色法測定血清和腓腸肌丙二醛（MDA）含量和超氧化物歧化酶2（SOD2）活性；酶聯(lián)免疫吸附（ELISA）法測定血清和腓腸肌4-羥基壬烯醛（4-HNE），8-羥基脫氧鳥苷（8-OHdG）和胰島素樣生長因子1（IGF-1）含量；ELISA測定血清和脂肪組織中脂聯(lián)素含量；蛋白免疫印跡法測定腓腸肌脂聯(lián)素、脂聯(lián)素受體1、去乙?；?（SIRT3）、腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）和自噬蛋白。結(jié)果：1）與SED和MICT組相比，HIIT組大鼠瘦體重%、體脂%、體脂與瘦體重比值%和抓力明顯增加；2）與SED組相比，MICT和HIIT組大鼠跑步力竭時間（＜0.01）、相對張力（＜0.05）和最大跑步速度（＜0.01）增加；3）與SED組相比，HIIT和MICT組等大鼠腓腸肌SOD2和IGF-1含量增加（＜0.01），血清IGF-1含量下降（＜0.01）；腓腸肌和血清4-HNE、8-OHdG低于SED組；4）HIIT組大鼠腓腸肌和血清MDA含量均低于MICT和SED組（＜0.01）；5）蛋白免疫印跡結(jié)果顯示，與SED組相比，HIIT組和MICT組大鼠脂聯(lián)素、脂聯(lián)素受體1、AMPK和SIRT3蛋白表達均顯著增加；6）與MICT組相比，HIIT組大鼠腓腸肌AMPK和脂聯(lián)素受體1蛋白表達增加（＜0.05）；7）HIIT組大鼠腓腸肌Beclin-1、LC3-I、LC3-II蛋白表達和LC3-II/LC3-I比值均高于SED組；相關(guān)性結(jié)果顯示，跑步力竭時間與腓腸肌脂聯(lián)素、脂聯(lián)素受體1、AMPK和LC3-II/LC3-I比值呈正相關(guān)。結(jié)論：長期高強度間歇訓(xùn)練可能通過IGF-1/SIRT3軸上調(diào)骨骼肌SOD2活性水平，防止骨骼肌氧化損傷；同時也可能通過激活脂聯(lián)素/AMPK信號途徑上調(diào)衰老骨骼肌自噬活性，從而可抵抗增齡大鼠肌肉質(zhì)量丟失，并改善大鼠運動表現(xiàn)。

高強度間歇訓(xùn)練；增齡；骨骼??；脂聯(lián)素；自噬

前言

骨骼肌是人體進行身體活動的動力源，具有一定的肌肉力量水平是人體進行各種體力活動的基礎(chǔ)；然而，隨著年齡增長，人體的骨骼肌質(zhì)量、力量和耐力會出現(xiàn)下降，嚴重影響生活質(zhì)量，是老年人群中頻發(fā)的一種退行性疾病，稱之為肌肉衰減征（Sarcopenia）[2]。肌肉衰減征會增加老年人衰老相關(guān)疾病的發(fā)病幾率，嚴重影響老年人的生活質(zhì)量[15]。有研究已證實，衰老相關(guān)的氧化應(yīng)激是骨骼肌線粒體數(shù)量和機能下降的重要誘因，后者會增加肌細胞凋亡和肌纖維蛋白質(zhì)水解，造成肌纖維數(shù)量減少和肌纖維萎縮[20]，引起運動能力下降[33,35,47]?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，衰老骨骼肌細胞自噬（Autophagy）活性降低會影響受損和功能異常的線粒體無法從整個線粒體網(wǎng)絡(luò)中清除，而功能異常的線粒體數(shù)目會增加呼吸鏈電子漏出的活性氧自由基（ROS）水平，進而導(dǎo)致衰老骨骼肌細胞的線粒體氧化損傷和肌纖維蛋白的降解。提示，調(diào)控骨骼肌細胞自噬是緩解肌細胞氧化應(yīng)激和保護衰老骨骼肌的有效策略[13]，但調(diào)控衰老骨骼肌自噬的具體機制尚不清楚。

腺苷酸活化蛋白激酶（AMP activated protein kinase, AMPK）可通過調(diào)控哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（Mammalian target of rapamycin, mTOR）促進細胞自噬[5]。作為一種增進胰島素敏感性的脂肪因子，脂聯(lián)素（Adiponectin）能夠激活A(yù)MPK調(diào)控骨骼肌細胞自噬，改善肥胖大鼠骨骼肌胰島素敏感性和線粒體氧化代謝水平[49]；將肥胖小鼠骨骼肌脂聯(lián)素基因敲除后發(fā)現(xiàn)，小鼠骨骼肌氧化應(yīng)激水平和炎癥反應(yīng)均顯著提高，補充脂聯(lián)素蛋白能經(jīng)骨骼肌脂聯(lián)素受體信號緩解骨骼肌氧化損傷[22]。Ren等[36]體外細胞實驗發(fā)現(xiàn)，脂聯(lián)素/脂聯(lián)素受體（Adiponectin receptor）1信號可通過調(diào)控細胞自噬抑制過氧化氫誘導(dǎo)的成肌細胞氧化損傷。Inoue等[19]研究也表明，運動通過調(diào)控脂聯(lián)素/脂聯(lián)素受體1/AMPK信號通路能緩解快速老化小鼠（SAMP10）骨骼肌氧化應(yīng)激水平，改善線粒體生物發(fā)生和抑制骨骼肌細胞凋亡。提示，脂聯(lián)素/AMPK信號通路在改善衰老骨骼肌功能和維持骨骼肌穩(wěn)態(tài)過程中扮演著重要角色。然而，細胞自噬是否參與脂聯(lián)素/AMPK信號軸對衰老骨骼肌起到保護效應(yīng)？

高強度間歇訓(xùn)練（High-intensity interval training, HIIT）被認為是緩解肌肉衰減征更為有效的運動方式[38]。Bell等[9]研究發(fā)現(xiàn)，抗阻訓(xùn)練與HIIT刺激老年人肌纖維蛋白質(zhì)合成的效果相似，但HIIT對肌漿網(wǎng)內(nèi)蛋白質(zhì)合成的刺激效應(yīng)強于抗阻訓(xùn)練。Robinson等[38]研究也發(fā)現(xiàn)，與抗阻訓(xùn)練、耐力聯(lián)合抗阻練習(xí)相比，HIIT在提高老年人有氧適能、肌力、骨骼肌代謝功能方面效果更佳。蛋白質(zhì)組學(xué)研究表明，HIIT在改變骨骼肌DNA表觀遺傳修飾調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄水平表達，促進骨骼肌功能蛋白表達和線粒體生物合成更有優(yōu)勢[38]。HIIT通過激活肥胖大鼠骨骼肌脂聯(lián)素/AMPK信號通路[31]和細胞自噬[27]，進而改善骨骼肌線粒體氧化功能和收縮機能。但是，HIIT是否可通過脂聯(lián)素/AMPK信號通路調(diào)控自噬，降低衰老骨骼肌氧化應(yīng)激水平，抑制肌肉衰減征的發(fā)生？

基于此，本研究通過研究HIIT對18月齡增齡大鼠運動表現(xiàn)、氧化應(yīng)激、脂聯(lián)素信號及其自噬蛋白表達的影響，探討HIIT對肌肉衰減癥的保護作用及分子機制。

1 研究對象與方法

1.1 實驗動物

實驗動物依據(jù)我國國家衛(wèi)生部提出的動物管理條例進行管理和利用，并通過廣東省醫(yī)學(xué)動物實驗中心倫理委員會批準。選用36只約18月齡清潔級Sprague-Dawley（SD）雌性大鼠，由廣東省醫(yī)學(xué)動物實驗中心（動物許可證號：SCXK【粵】2013-0002）提供。所有大鼠采用自由攝食，廣東省醫(yī)學(xué)動物實驗中心提供國家標(biāo)準嚙齒類動物常規(guī)飼料及墊料。飼料供給量根據(jù)體重增長相應(yīng)增加，每周更換墊料2～3次，溫度20℃～23℃，相對濕度50%～70%，自然光照，籠內(nèi)保持通風(fēng)干燥。

1.2 動物分組及運動方案

36只大鼠在實驗室適應(yīng)性喂養(yǎng)2周，之后進行適應(yīng)跑臺1周，隨機分為3組，即老齡安靜對照組（SED組）、老齡持續(xù)性耐力組（MICT組）和老齡高強度間歇訓(xùn)練組（HIIT組），每組12只。直至取材前共12只大鼠被排除：SED組2只（眼睛感染），MICT組4只（2只死于運動無關(guān)的原因、2只爪子外傷感染）和HIIT組6只（2只無法堅持訓(xùn)練、2只爪子和2只尾部感染）。動物實驗跑臺（型號：FD000043）購置于廣州飛迪生物科技有限公司。適應(yīng)性訓(xùn)練后進行正式訓(xùn)練，訓(xùn)練時段為周一至周五的晚間18:30～22:00，周六、周日停訓(xùn)，共8個月。

1.3 體成分

避免最后一次運動帶來的急性影響，選擇在最后一次訓(xùn)練周期48 h后采用雙能X射線測試大鼠體成分。測試前腹腔注射10%水合氯醛（3 ml/kg）麻醉大鼠，將大鼠俯臥放置于XR-36NORLAND型雙能X線吸收平臺上（Unigamma X-ray Plus, Cerro Maggiore, Milano, Italy），在小動物模式下掃描大鼠，觀察的指標(biāo)包括瘦體重、瘦體重百分比（瘦體重%）、體脂百分比（體脂%）、脂肪/瘦體重百分比（脂肪/瘦體重%）。

1.4 運動表現(xiàn)

1.4.1 張力和抓力測試

運動表現(xiàn)的測試在體成分測試后48 h進行，該時間間歇是為了減少麻醉對運動表現(xiàn)的干擾。運動表現(xiàn)測量包括跑步力竭時間（Exhaustion to time）、張力（Handing time）、抓力（Grip strength）和最大跑步速度（Maximum running speed）。抓力測試仿照Grip Strength Meter（Bioseb, France）使用拉力計和鐵絲網(wǎng)自制儀器，將儀器放置于光滑平面上，拉力計端保持固定，將大鼠放于鐵絲網(wǎng)上，沿鐵絲網(wǎng)的縱軸方向輕輕牽拉大鼠尾部，致其4個爪子抓緊鐵絲網(wǎng)，緩慢增加牽拉力度，直至拉力超過大鼠的抓力，大鼠被拉離鐵絲網(wǎng)。測試過程中，拉力計自動記錄最大抓力值，重復(fù)測量3次，取最大值。以該參數(shù)與體重比值（N/g）×100用以評價抓力[27]。大鼠肌耐力測試參考Li等[27]采用改良斜板測試（Inclined plane test）方法。具體步驟：在大鼠尾部懸掛350 g重物，將其頭上尾下置于傾斜60°、距離地面50 cm高的鐵絲網(wǎng)（網(wǎng)眼規(guī)格1 cm×1 cm）上，鐵絲網(wǎng)下方放置泡沫墊以防大鼠摔傷，如果測試時間少于10 s，則休息 5 min再重新測試，最終記錄大鼠在鐵絲網(wǎng)上停留時間，該參數(shù)與體重（Body weight, BW）的比值（min/g）×100用以評價大鼠張力。

1.4.2 跑步力竭時間和最大跑步速度測定

18月齡大鼠采用遞增負荷在動物實驗跑臺上進行最大跑步速度測試，正式訓(xùn)練開始前，HIIT組和MICT組大鼠在跑臺上進行適應(yīng)性訓(xùn)練，各組大鼠在末次訓(xùn)練后48 h進行一次遞增負荷運動實驗。方案：進行1 min跑臺熱身運動（速度20 cm/s）后，起始負荷設(shè)定為30 cm/s，之后，每 1 min跑步速度遞增5 cm/s，直至力竭。力竭判定標(biāo)準：動物跟不上預(yù)定速度，大鼠臀部壓在籠具后壁，后肢隨轉(zhuǎn)動皮帶后拖達30 s，毛刷刺激驅(qū)趕無效；行為特征為呼吸深急，精神疲倦，俯臥位垂頭，刺激后無反應(yīng)，最終記錄跑步力竭時間[27]。

適應(yīng)性訓(xùn)練后48 h進行最大跑步速度測試，所有大鼠在跑臺上以20 cm/s的速度開始跑，并以每1 min增加5 cm/s的速度遞增，直至大鼠疲勞，以大鼠無法維持一定速度，確定的最終跑臺速度作為大鼠最大跑步速度[11]。

1.5 取材

最大跑步速度測試結(jié)束后48 h，所有大鼠按照4 ml/kg劑量10%水合氯醛麻醉，腹主動脈取血；斷頸處死，將每只鼠的1.5 ml的混合肝素鈉的血液標(biāo)本存放于5 ml的EP管中，先常溫靜置30 min，最后在4℃環(huán)境下靜置1 h，緊接著進行15 min離心，轉(zhuǎn)速在3 500 rpm離心之后，抽離血清，將剩余血清和血液分裝于凍存管中密封投入液氮后，迅速取出腓腸肌、股四頭肌、趾長伸肌、比目魚肌稱重，以每只大鼠不同骨骼肌質(zhì)量與體重的比值作為骨骼肌指數(shù)。紅色腓腸肌與人股外側(cè)肌相似，衰老過程呈現(xiàn)氧化應(yīng)激水平增加和線粒體功能失調(diào)[45]，因此，本研究分離紅色腓腸?。ㄉ顚樱7,39]組織作為衰老骨骼肌模型研究。分離出的紅色腓腸肌組織[45]和腎周脂肪（白色脂肪）[37]一部分用錫紙包裹分裝于－80 ℃冰箱保存。

1.6 氧化應(yīng)激參數(shù)和細胞因子測定

比色法測定腓腸肌和血清中丙二醛（Malondialdehyde, MDA）含量和超氧化物歧化酶2（Superoxide dismutase 2, SOD2）活性，單位分別為: nmol/L和 U/ml；腓腸肌和血清中胰島素樣生長因子-1（Insulin-like growth factor 1,IGF-1）單位分別為：pg/mg和mg/dl；羥基壬烯醛（4-hydroxy-2-nonenal, 4-HNE）和8-羥基脫氧鳥苷（8-hydroxy-deoxyguanosine, 8-OHdG）單位分別為: ng/mg和ng/L。血清和腎周脂肪中脂聯(lián)素濃度均采用酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）進行測定，單位分別為：mg/dl和pg/mg。試劑盒購自南京建成生物工程研究所，操作過程嚴格按照試劑盒說明操作，每個指標(biāo)測2次，取均值。

1.7 蛋白免疫印跡檢測骨骼肌相關(guān)蛋白表達

將上樣緩沖液與上述腓腸肌蛋白樣品等體積混合煮沸10 min。在垂直電泳儀上用相同體積的15 μg蛋白質(zhì)樣品分別經(jīng)6%、10%和15%十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠（SDS-PAGE）分離微管相關(guān)蛋白輕鏈3A/B（Microtubule-associated protein light chain 3 A/B, LC3A/B）、自噬相關(guān)蛋白Beclin-1、脂聯(lián)素、脂聯(lián)素受體1、去乙酰化酶3（Sirtuin3, SIRT3）、AMPK和甘油醛-3-磷酸脫氫酶（Glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase, GAPDH）后轉(zhuǎn)移于聚偏二氟乙烯膜（PVDF）膜上，以1:1 000兔抗鼠一抗4℃靜置孵育過夜，磷酸鹽緩沖液（Phosphate buffered solution, PBS）洗滌3次，再以1:1 000辣根過氧化物酶標(biāo)記的羊抗兔IgG抗體（二抗）于37℃孵育1 h，洗滌后在暗室使用ECL試劑盒發(fā)光成像，Image J軟件讀取各條帶的灰度值，GAPDH為內(nèi)參蛋白。相對表達量=目的蛋白灰度值/GAPDH灰度值。上述抗體均購置美國Cell Signaling Technology公司。

1.8 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 21.0軟件分析數(shù)據(jù)，Graph Pad Prism（Version 6.07）軟件作圖。以平均數(shù)±標(biāo)準差（M±SD）表示。對各組大鼠的所有指標(biāo)均采用單因素方差分析，事后多重比較（Post Hoc Tests）采用Tukey HSD法。采用Pearson相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)用表示。＜0.05和＜0.01分別表示顯著性意義和非常顯著性意義。

2 結(jié)果

2.1 各組增齡大鼠體成分和骨骼肌指數(shù)的變化

與SED組相比，HIIT組大鼠瘦體重%顯著增加15%（＜0.05，圖1B），體脂%顯著減少27%（＜0.05，圖1C）以及體脂/瘦體重%顯著降低43%（＜0.01，圖1D），HIIT組大鼠比目魚肌指數(shù)16%（＜0.01，圖1E）、腓腸肌指數(shù)18%（＜0.05，圖1F）和趾長伸肌指數(shù)22%（＜0.05，圖1H）顯著增加，MICT組大鼠比目魚肌指數(shù)8%（＜0.05；圖1E）、腓腸肌指數(shù)22%（＜0.01，圖1F）和股四頭肌指數(shù)16%（＜0.05，圖1G）顯著增加。

2.2 運動對增齡大鼠骨骼肌運動成績的影響

與SED組相比，HIIT和MICT組大鼠的跑步力竭時間（＜0.01，圖2A）、最大跑步速度（＜0.01，圖2D）和張力（＜0.05，圖2B）顯著增加。與SED（＜0.01）和MICT（＜0.05）組相比，HIIT組大鼠的相對抓力顯著增加（圖2C）。

圖 1 本研究各組大鼠體成分和骨骼肌指數(shù)的變化

Figure 1. Changes of Body Composition and Skeletal Muscle Index

注：*表示＜0.05，**表示＜0.01，下同。

圖2 各組大鼠力竭時間、張力、抓力和最大跑步速度的變化

Figure 2．Changes of Exhaustion to Time, Handing Time, Grasping Force and Maximum Running Speed

2.3 HIIT對增齡大鼠骨骼肌氧化應(yīng)激的影響

與SED組相比，HIIT和MICT組大鼠腓腸肌SOD2活性（圖3D）和IGF-1蛋白含量（圖3E）顯著增加（＜0.01），血清中IGF-1含量（圖3J）顯著降低（＜0.01），HIIT組大鼠腓腸肌和血清4-HNE、8-OHdG和MDA顯著降低（＜0.01），MICT組大鼠4-HNE和8-OHdG顯著降低（＜0.01）。與MICT組相比，MDA顯著降低（＜0.01）。

圖3 各組大鼠腓腸肌和血清的氧化應(yīng)激指標(biāo)和IGF-1的變化

Figure 3. Changes of Oxidative Stress and IGF-1 in Gastrocnemius Muscle and Serum

2.4 HIIT對增齡大鼠骨骼肌自噬活性和相關(guān)蛋白表達的改變

與SED組相比，HIIT組大鼠腓腸肌Beclin-1（＜0.05）、LC3-I（＜0.05）、LC3-II（＜0.01）蛋白表達和LC3-II/LC3-I比值（＜0.05）顯著增加，MICT組大鼠Beclin-1（＜0.01）蛋白表達顯著增加。與MICT組相比，HIIT組大鼠LC3-II（＜0.01）蛋白表達顯著增加（圖4）。

圖4 腓腸肌自噬相關(guān)蛋白表達

Figure 4. Expression of Autophagy Related Protein in Gastrocnemius Muscle

2.5 HIIT對增齡大鼠骨骼肌、脂肪和血清相關(guān)蛋白的改變

與SED組相比，HIIT組大鼠骨骼肌脂聯(lián)素顯著增加（＜0.01，圖5A），但血清中脂聯(lián)素顯著減少（＜0.05，圖5B），腎臟脂肪組織中無顯著差異（＞0.05，圖5C）。如圖5A所示，與SED組相比，HIIT組大鼠骨骼肌脂聯(lián)素受體1（＜0.01）、AMPK（＜0.01）和SIRT3（＜0.05）均顯著增加，MICT組大鼠骨骼肌脂聯(lián)素和SIRT3顯著增加（＜0.05）。與MICT相比，HIIT組大鼠骨骼肌脂聯(lián)素受體1和AMPK顯著增加（＜0.05）。

圖5 各組大鼠腓腸肌脂聯(lián)素、脂聯(lián)素受體1、SIRT3、AMPK及血清和腎周脂肪脂聯(lián)素變化

Figure 5. Changes of Adiponectin, Adiponectin receptor 1, SIRT3, and AMPK in Gastrocnemius and Adiponectin level in Serum and Adipose Tissue

2.6 相關(guān)性分析

如圖6所示，跑步力竭時間和最大跑步速度分別與8-OHdG蛋白含量呈負相關(guān)，而分別與脂聯(lián)素、脂聯(lián)素受體1、SIRT3、IGF-1、SOD2及Beclin-1蛋白含量和LC3-II/LC3-I比值呈正相關(guān)。8-OHdG與SOD2、IGF-1呈負相關(guān)（＜0.05）；SOD2與IGF-1（＜0.01）、SIRT3（＜0.05）、Beclin-1（＜0.01）和LC3-II/LC3-I 比值呈正相關(guān)。脂聯(lián)素與脂聯(lián)素受體1、AMPK、SIRT3、Beclin-1、LC3-II蛋白含量和LC3-II/LC3-I比值呈正相關(guān)。脂聯(lián)素受體1與AMPK、SIRT3、Beclin-1、LC3-I、LC3-II蛋白含量和LC3-II/LC3-I比值（0.05）呈正相關(guān)。AMPK與 LC3-I（＜0.05）、LC3-II（＜0.05）和LC3-II/LC3-I 比值呈正相關(guān)。SIRT3與Beclin-1（＜0.01）、LC3-II和LC3-II/LC3-I比值呈正相關(guān)。

圖6 各功能參數(shù)之間Pearson相關(guān)性分析熱圖

Figure 6. Heatmap Analysis of Pearson Correlation between Functional Parameters

注：各個參數(shù)Pearson相關(guān)系數(shù)值在熱圖方格中顯示。

3 討論

3.1 HIIT對增齡大鼠體成分、運動表現(xiàn)和氧化應(yīng)激的影響

DEXA法用于評定老年人肌肉質(zhì)量衰減程度，再輔以握力、6 min步行、步速等6種身體活動能力測試是對衰老骨骼肌功能和結(jié)構(gòu)的增齡性變化采用的常規(guī)方法[2]。本研究采用DEXA法對增齡大鼠體成分進行分析，同時對大鼠抓力、張力、跑步力竭時間和最大跑步速度進行測定[27]。如圖1所示，8個月HIIT能使增齡大鼠瘦體重%增加，體脂%、脂肪與瘦體重比值顯著降低，但MICT組大鼠體成分未發(fā)生明顯變化。與本研究結(jié)果一致的是，S?gaard等[43]也發(fā)現(xiàn)，6周HIIT能降低老年人內(nèi)臟脂肪和體脂%，并增加瘦體重占比。這提示，HIIT可抑制增齡過程中瘦體重向脂肪組織的轉(zhuǎn)化。綜上可知，相較于MICT，增齡大鼠進行長期HIIT對改善體成分、緩解衰老肌纖維萎縮的效果更有效。

Robinson等[38]最新研究將HIIT與抗阻訓(xùn)練、耐力聯(lián)合抗阻訓(xùn)練對老年人肌肉衰減征的影響作比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，HIIT對提升老年人有氧耐力、肌力、骨骼肌代謝功能優(yōu)于其他兩種運動方式。本研究結(jié)果顯示，HIIT和MICT對改善大鼠跑步耐力的效果相似，但HIIT組大鼠抓力明顯高于MICT組，而MICT對增齡大鼠抓力無顯著影響（圖2）。這與Seldeen等[40]的研究結(jié)果一致，該研究顯示，16周HIIT能使增齡大鼠跑步力竭時間和抓力分別增加32.6%和10.9%。Bell等[9]進一步證實，HIIT在增強老年人肌力方面優(yōu)于抗阻訓(xùn)練和MICT，可能與HIIT刺激肌漿網(wǎng)蛋白質(zhì)合成有關(guān)。綜上，HIIT在改善老年人有氧耐力的同時，也可緩解老年人肌纖維萎縮和肌力衰減，提示，HIIT兼具單純有氧訓(xùn)練和力量訓(xùn)練的疊加效應(yīng)。

氧化應(yīng)激在肌肉衰減征發(fā)展過程中扮演著重要角色[4,21]。衰老骨骼肌線粒體內(nèi)呼吸鏈電子漏出的ROS增加，將導(dǎo)致線粒體氧化損傷、肌纖維凋亡和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡。本研究通過測定大鼠骨骼肌SOD2活性及MDA、4-HNE和8-OHdG含量評價骨骼肌氧化應(yīng)激水平。SOD2作為線粒體抗氧化系統(tǒng)成員之一，可通過清除線粒體ROS減少脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA氧化損傷[8]。MDA和4-HNE可表征脂質(zhì)過氧化程度，其中，MDA是脂質(zhì)過氧化終產(chǎn)物，4-HNE是脂質(zhì)氧化形成MDA的中間產(chǎn)物；8-OHdG是ROS直接損傷線粒體DNA片段，DNA鏈斷裂及堿基異常修飾形成的DNA氧化產(chǎn)物，是表征DNA氧化損傷水平的產(chǎn)物[21]。8-OHdG可誘導(dǎo)線粒體膜電位降低和線粒體凋亡通路活化，導(dǎo)致肌纖維數(shù)目減少和肌肉萎縮[10]。習(xí)慣性運動可抵抗衰老骨骼肌氧化應(yīng)激損傷[35]。但不同肌纖維類型的抗氧化系統(tǒng)對不同運動方式的反應(yīng)和適應(yīng)呈現(xiàn)特異性[3]。李海鵬等[3]研究發(fā)現(xiàn)，21周負重爬梯和跑臺運動對快速老化小鼠（SAMP8）腓腸肌和脛骨前肌的抗氧化酶活性均有增強作用，然而僅腓腸肌內(nèi)非酶類抗氧化防御體系發(fā)生上調(diào)。說明，衰老腓腸肌抗氧化系統(tǒng)對運動干預(yù)的適應(yīng)性更好[3]。本研究結(jié)果顯示，MICT組和HIIT組大鼠血清和腓腸肌4-HNE、8-OHdG含量低于SED組，且HIIT組大鼠腓腸肌MDA含量低于MICT組（圖3）。提示，盡管長期MICT也能抑制增齡大鼠腓腸肌脂質(zhì)氧化和DNA氧化損傷，但HIIT維持衰老腓腸肌的氧化-抗氧化系統(tǒng)平衡的效應(yīng)優(yōu)于MICT。鑒于腓腸肌抗氧化酶SOD2活性變化可推測，HIIT可能依賴非酶類抗氧化防御體系或其他抗氧化酶活性來實現(xiàn)對衰老腓腸肌氧化-抗氧化穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)。本研究進一步顯示，腓腸肌SOD2活性與跑步力竭時間和最大跑步速度均呈正相關(guān)，腓腸肌8-OHdG含量與力竭時間和最大跑步速度呈負相關(guān)（圖6），提示，長期運動延緩衰老骨骼肌形態(tài)和功能衰退可能與骨骼肌抗氧化系統(tǒng)功能增進有關(guān)[4,21]。

3.2 HIIT對增齡大鼠骨骼肌細胞自噬活性的影響

細胞自噬作為骨骼肌必需的代償性內(nèi)置調(diào)節(jié)機制，參與骨骼肌線粒體質(zhì)量控制和線粒體代謝功能網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)的維持[6]。自噬體形成過程中，LC3-I需不斷形成LC3-II，進而促進自噬體膜的形成，當(dāng)自噬泡即將閉合時，只有膜結(jié)合形式的LC3-II能定位于自噬泡的膜上，故把LC3-II作為自噬體存在的標(biāo)志，而LC3-II/LC3-I比值可表征自噬活性水平[34]。此外，Beclin-1表達水平也被證實是自噬體形成的正向調(diào)控因子[5]?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，衰老骨骼肌細胞自噬水平降低可導(dǎo)致線粒體質(zhì)量控制體系紊亂，功能異常的線粒體堆積，進而引發(fā)呼吸鏈電子泄漏和ROS生成增加[25,30]。而適度上調(diào)自噬水平有利于降解衰老骨骼肌中功能異常的線粒體，維持骨骼肌能量代謝平衡[48]。

Luo等[30]研究發(fā)現(xiàn)，9周抗阻運動可提高增齡大鼠腓腸肌Beclin-1和LC3-II蛋白表達及LC3-II/LC3-I比值，進而抑制腓腸肌氧化應(yīng)激損傷和細胞凋亡。本研究比較了MICT和HIIT兩種運動方式對增齡大鼠腓腸肌細胞自噬的影響（圖4）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，HIIT組大鼠腓腸肌Beclin-1、LC3-I、LC3-II蛋白表達及LC3-II/LC3-I比值均增加，但MICT組大鼠腓腸肌僅Beclin-1蛋白表達增加，LC3-II蛋白表達稍有增加，但無統(tǒng)計學(xué)意義，這與Kim等[25]的研究結(jié)果一致。提示，與MICT相比，HIIT中的短時間大強度訓(xùn)練對于提高骨骼肌自噬活性尤為重要[27,28]。Li等[27,28]也比較HIIT和MICT對青年大鼠不同肌纖維類型自噬活性的影響。結(jié)果表明，HIIT能提高比目魚肌和心肌的自噬活性，但對股外側(cè)肌自噬活性沒有影響，而MICT對上述3種肌肉類型的細胞自噬無顯著影響[27,28]。提示，骨骼肌自噬適應(yīng)性改變與肌纖維類型及運動方式均有關(guān)。然而，HIIT對增齡大鼠不同肌纖維類型細胞自噬的影響仍需進一步研究。本研究也進一步發(fā)現(xiàn)，腓腸肌LC3-II/LC3-I比值與8-OHdG含量呈負相關(guān)，但與跑步力竭時間、最大跑步速度及腓腸肌SOD2活性呈正相關(guān)（圖6），提示，增強自噬活性有利于降低衰老腓腸肌過度的氧化應(yīng)激水平，抵抗肌纖維萎縮，進而改善大鼠運動表現(xiàn)。

3.3 HIIT對增齡大鼠骨骼肌脂聯(lián)素/AMPK信號途徑和IGF-1/SIRT3軸的影響

脂聯(lián)素因其具有改善骨骼肌細胞自噬、增強骨骼肌抗氧化能力和線粒體氧化代謝等功能而備受關(guān)注[12]。橫斷面研究發(fā)現(xiàn)，健康老年人骨骼肌脂聯(lián)素敏感性降低將會導(dǎo)致血清脂聯(lián)素濃度增加，后者與肌肉力量和有氧適能水平衰減有關(guān)[23]。細胞模型也表明，骨骼肌脂聯(lián)素抵抗可誘導(dǎo)肌細胞線粒體功能紊亂和氧化應(yīng)激損傷，導(dǎo)致肌細胞萎縮[41,46]。骨骼肌脂聯(lián)素抵抗與肌細胞膜上脂聯(lián)素受體1蛋白表達及其下游信號分子AMPK活性降低有關(guān)[41]。有研究已證實，脂聯(lián)素/脂聯(lián)素受體1可通過激活A(yù)MPK誘導(dǎo)骨骼肌細胞自噬[14]，進而抑制快速老化小鼠骨骼肌細胞氧化應(yīng)激和凋亡[19]。圖5顯示，HIIT和MICT組大鼠血清脂聯(lián)素濃度降低，腓腸肌脂聯(lián)素蛋白表達增加，但只有HIIT組大鼠腓腸肌脂聯(lián)素受體1和AMPK蛋白表達增加。提示，HIIT對于刺激增齡大鼠骨骼肌脂聯(lián)素受體1/AMPK信號通路活化的作用強于MICT。肥胖大鼠模型研究也證實，HIIT能上調(diào)肥胖大鼠骨骼肌脂聯(lián)素和脂聯(lián)素受體1蛋白及激活下游的AMPK信號通路，進而改善肥胖大鼠骨骼肌氧化代謝水平和運動表現(xiàn)[31]。本研究結(jié)果也顯示，增齡大鼠腓腸肌脂聯(lián)素（=0.80）和脂聯(lián)素受體1蛋白表達（=0.63）與跑步力竭時間呈正相關(guān)（圖6）。這也間接說明，激活衰老骨骼肌脂聯(lián)素信號通路可能與大鼠耐力表現(xiàn)改善有關(guān)。同時，腓腸肌AMPK與脂聯(lián)素（=0.55）和脂聯(lián)素受體1（=0.61）蛋白表達呈正相關(guān)，LC3-II/LC3-I比值與脂聯(lián)素（=0.65）、脂聯(lián)素受體1（=0.67）和AMPK（=0.51）也呈正相關(guān)（圖6），由此推測，腓腸肌脂聯(lián)素/AMPK信號途徑可能參與對自噬活性的正向調(diào)控作用。然而，該途徑是否介導(dǎo)HIIT對衰老骨骼肌自噬的調(diào)節(jié)作用仍需基因修飾動物實驗的直接證實。

作為依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸輔酶組蛋白去乙?；讣易宄蓡T之一，SIRT3主要通過調(diào)節(jié)線粒體抗氧化酶活性和細胞自噬來維持線粒體穩(wěn)態(tài)[1]。骨骼肌特異性過表達SIRT3可促進慢肌纖維轉(zhuǎn)換和線粒體氧化代謝酶表達，進而增強小鼠有氧耐力[29]。但衰老進程中骨骼肌SIRT3活性和蛋白表達減少將導(dǎo)致運動能力衰減和線粒體功能失調(diào)[17,26]。運動可使老年人骨骼肌SIRT3蛋白表達增加，進而加速衰老骨骼肌線粒體生物合成速率[26]。本研究結(jié)果顯示，HIIT組和MICT組大鼠腓腸肌SIRT3蛋白表達增加（圖5），且SIRT3蛋白表達與跑步力竭時間（=0.76）和最大跑步速度（=0.77）呈正相關(guān)（圖6）。提示，HIIT和MICT抵抗腓腸肌肌纖維萎縮和增強運動耐力可能與腓腸肌SIRT3蛋白表達上調(diào)有關(guān)。骨骼肌胰島素抵抗細胞模型研究證實，SIRT3介導(dǎo)AMPK對骨骼肌細胞自噬的正向調(diào)控過程[42]。本研究結(jié)果也顯示，腓腸肌SIRT3與Beclin-1、LC3-II和LC3-II/LC3-I比值呈正相關(guān)（圖6），說明，SIRT3也可能介導(dǎo)AMPK正向調(diào)控衰老骨骼肌自噬活性。綜上，HIIT可通過脂聯(lián)素/脂聯(lián)素受體1/AMPK/SIRT3信號途徑調(diào)節(jié)腓腸肌細胞自噬活性（圖7）。

圖7 HIIT調(diào)控骨骼肌腓腸肌脂聯(lián)素/AMPK信號途徑和自噬的可能機制

Figure 7. Schematic of Relevant Mechanisms in HIIT Regulated Adiponectin/AMPK Signaling and Autophagy

注：紅色箭頭表示HIIT調(diào)節(jié)作用；綠色箭頭表示MICT調(diào)節(jié)作用，黑色箭頭表示該蛋白表達上調(diào)。

Luo等[30]發(fā)現(xiàn)，衰老大鼠腓腸肌IGF-1自分泌降低與肌細胞氧化應(yīng)激和肌細胞凋亡率增加有關(guān)。細胞模型證實，IGF-1能增強肌細胞的抗氧化應(yīng)激能力[50]?？棺柽\動和自主轉(zhuǎn)輪運動能增加老齡大鼠腓腸肌中IGF-1蛋白表達，進而提升腓腸肌抗氧化活性并降低氧化應(yīng)激損傷，保護衰老骨骼肌結(jié)構(gòu)和功能[24,30]。本研究通過比較MICT和HIIT對衰老腓腸肌IGF-1自分泌的影響，結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，與SIRT3和SOD2相似，MICT和HIIT可同等程度地促進衰老腓腸肌分泌IGF-1（圖3E）。這與Mu?oz等[32]的研究結(jié)果一致，他們發(fā)現(xiàn)，長期運動通過促進衰老大鼠大腦黑質(zhì)神經(jīng)元SIRT3和IGF-1蛋白表達，降低多巴胺能神經(jīng)元氧化應(yīng)激損傷。文獻證實，骨骼肌自分泌IGF-1可通過激活PI3K/Akt/PGC-1α信號通路來促進骨骼肌SIRT3蛋白表達[16,44]，后者可提升線粒體SOD2活性和蛋白表達。圖6顯示，腓腸肌IGF-1與SIRT3蛋白含量（=0.60）和SOD2活性（=0.85）呈正相關(guān)。推測，HIIT和MICT可能通過激活I(lǐng)GF-1/SIRT3軸提高腓腸肌SOD2活性，進而降低脂質(zhì)過氧化和DNA氧化損傷。然而，骨骼肌自分泌IGF-1調(diào)控SIRT3蛋白表達及其具體機制有待進一步揭示。

4 結(jié)論

長期高強度間歇訓(xùn)練可能通過IGF-1/SIRT3軸上調(diào)骨骼肌SOD2活性水平，防止骨骼肌氧化損傷，同時也可能通過激活脂聯(lián)素/AMPK信號途徑上調(diào)衰老骨骼肌自噬活性，從而可抵抗增齡大鼠肌肉質(zhì)量丟失，并改善大鼠運動表現(xiàn)。

[1] 李方暉,曹偉,趙軍,等. 去乙酰化酶的功能及其在體育科學(xué)中的應(yīng)用[J]. 體育學(xué)刊, 2011, 18(6):138-144.

[2] 李海鵬,劉宇,黃靈燕,等. 兩種肌肉衰減癥的國際共識在上海社區(qū)老年女性研究中的應(yīng)用[J]. 中國體育科技, 2017, 53(4):106-113.

[3] 李海鵬. 運動對Sarcopenia關(guān)聯(lián)的抗氧化能力及線粒體介導(dǎo)的細胞凋亡信號通路的影響[D]. 上海:華東師范大學(xué), 2009.

[4] 孟思進,余龍江,雷玲. 氧化應(yīng)激在衰老性肌萎縮中的作用機理與運動干預(yù)探討[J]. 武漢體育學(xué)院學(xué)報, 2010, 44(1):73-76,82.

[5] 漆正堂,丁樹哲. 運動適應(yīng)的細胞信號調(diào)控:線粒體的角色轉(zhuǎn)換及其研究展望[J]. 體育科學(xué), 2013, 33(7):65-69.

[6] 錢帥偉,羅艷蕊,漆正堂,等. 細胞自噬的分子學(xué)機制及運動訓(xùn)練的調(diào)控作用[J]. 體育科學(xué), 2012, 32(1):64-70．

[7] 田野.運動生理學(xué)高級教材[M]. 北京:高等教育出版社, 2003.

[8] 王立豐,李海鵬,王靜,等. 抗阻訓(xùn)練對小鼠骨骼肌DNA損傷、脂質(zhì)過氧化及抗氧化能力的影響[J].體育學(xué)刊,2010,17(8):107-111.

[9] BELL K E, SéGUIN C, PARISE G,Day-to-daychanges in muscleproteinsynthesis in recovery from resistance, aerobic, and high-intensityintervalexercise in oldermen[J]. J Gerontol A Biol Sci Med Sci, 2015, 70(8):1024-1029.

[10]CAKATAY U, AYDIN S, YANAR K,. Gender-dependent variations in systemic biomarkers of oxidative protein, DNA, and lipid damage in aged rats[J]. Aging Male, 2010, 13(1):51-58.

[11]CARNEIRO-JúNIOR M A, PRíMOLA-GOMES T N, QUINT?O-JúNIOR J F,. Regional effects of low-intensity endurance training on structural and mechanical properties of rat ventricular myocytes[J]. J Appl Physiol (1985), 2013, 115(1):107-115.

[12]CHINA S P, PAL S, CHATTOPADHYAY S,Globular adiponectin reverses osteo-sarcopenia and altered body composi-tion in ovariectomized rats[J]. Bone,2017, 105:75-86.

[13]FILOMENI G, DE ZIO D, CECCONI F.Oxidative stress and autophagy: the clash between damage and metabolic needs[J]. Cell Death Differ, 2015, 22(3):377-388.

[14]GAMBERI T, MODESTI A, MAGHERINI F,.Activation of autophagy by globularadiponectin is required for muscledifferentiation[J]. Biochim Biophys Acta, 2016, 1863(4):694-702.

[15]GARCíA-PRAT L, MARTíNEZ-VICENTE M, PERDIGUERO E,Autophagy maintains stemness by preventing senescence[J]. Nature, 2016, 529(7584):37-42.

[16]HADEM I K, SHARMA R. Age- and tissue-dependent modula-tion of IGF-1/PI3K/AKT protein expression by dietary restriction in mice[J]. Horm Metab Res, 2016, 48(3):201-206.

[17]HEBERT S L, MARQUET-DE ROUGé P, LANZA I R,. Mitochondrial aging and physical decline: insights from three generations of women[J]. J Gerontol A Biol Sci Med Sci, 2015, 70(11):1409-1417.

[18]HEISKANEN M A, LESKINEN T, HEINONEN I H,Rightventricularmetabolicadaptations to high-intensityinterval and moderate-intensitycontinuoustraining in healthymiddle-agedmen[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2016, 311(3):H667-675.

[19]INOUE A, CHENG X W, HUANG Z,Exerciserestoresmusclestemcellmobilization, regenerativecapacity and musclemetabolicalterationsviaadiponectin/AdipoR1activation in SAMP10mice[J]. J Cachexia Sarcopeni, 2017, 8(3):370-385.

[20]JANG Y C, VAN REMMEN H. The mitochondrial theory of aging: insight from transgenic and knockout mouse models[J]. Exp Gerontol, 2009, 44(4):256-260.

[21]JI L L, LEICHTWEIS S.Exercise and oxidative stress: Sources of free radicals and their impact on antioxidant systems[J]. Age (Omaha), 1997, 20(2):91-106.

[22]JORTAY J, SENOU M, ABOU-SAMRA M,.Adiponectin and skeletalmuscle: pathophysiologicalimplications in metabolicstress[J]. Am J Pathol, 2012, 181(1):245-256.

[23]KARVONEN-GUTIERREZ C A, ZHENG H, MANCUSO P,. Higher leptin and adiponectin concentrations predict poorer performance-based physical functioning in midlife women: the Michigan study of women's health across the nation[J]. J Gerontol A Biol Sci Med Sci, 2016, 71(4):508-514.

[24]KIM J H, KWAK H B, LEEUWENBURGH C,. Lifelong exercise and mild (8%) caloric restriction attenuate age-induced alterations in plantaris muscle morphology, oxidative stress and IGF-1 in the Fischer-344 rat[J]. Exp Gerontol, 2008, 43(4):317-329.

[25]KIM Y A, KIM Y S, OH S L,.Autophagic response to exercise training in skeletal muscle with age[J]. J Physiol Biochem, 2013, 69(4):697-705

[26]LANZA I R, SHORT D K, SHORT K R,.Enduranceexercise as a countermeasure for aging[J]. Diabetes, 2008, 57(11):2933-2942.

[27]LI F H, LI T, AI J Y,Beneficialautophagicactivities, mitochondrialfunction, and metabolicphenotypeadaptationspromoted by high-intensityintervaltraining in a ratmodel[J]. Front Physiol, 2018, 9:571.

[28]LI F H, LI T, SU Y M,.Cardiac basal autophagic activity and increased exercise capacity[J]. J Physiol Sci, 2018. [Epub ahead of print]

[29]LIN L, CHEN K, ABDEL KHALEK W,.Regulation of skeletalmuscleoxidativecapacity and musclemass by SIRT3[J]. PLoS One, 2014, 9(1):e85636.

[30]LUO L, LU A M, WANG Y,.Chronic resistance training activates autophagy and reduces apoptosis of muscle cells by modulating IGF-1 and its receptors, Akt/mTOR and Akt/FOXO3a signaling in aged rats[J]. Exp Gerontol, 2013, 48(4):427-36.

[31]MARTINEZ-HUENCHULLAN S F, MAHARJAN B R, WILLIAMS P F,Differentialmetaboliceffects of constantmoderateversushighintensityintervaltraining in high-fatfedmice: possiblerole of muscleadiponectin[J]. Physiol Rep, 2018, 6(4):e13599.

[32]MU?OZ A, CORRêA C L, LOPEZ-LOPEZ A,.Physicalexerciseimprovesaging-relatedchanges in angiotensin, IGF-1, SIRT1, SIRT3 and VEGF in the substantianigra[J]. J Gerontol A Biol Sci Med Sci, 2018. [Epub ahead of print]

[33]SALLAM N, LAHER I. Exercise modulates oxidative stress and inflammation in aging and cardiovascular diseases[J]. Oxid Med Cell Longev, 2016, 2016:7239639.

[34]OGURA Y, IEMITSU M, NAITO H,.Single bout of running exercise changes LC3-II expression in rat cardiac muscle[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2011, 414(4):756-760.

[35]RADáK Z, CHUNG H Y, NAITO H,. Age-associated increase in oxidative stress and nuclearfactorkappaBactivation are attenuated in ratliver by regularexercise[J]. FASEB J, 2004, 18(6):749-750.

[36]REN Y, LI Y, YAN J,. Adiponectinmodulatesoxidativestress-inducedmitophagy and protectsC2C12myoblastsagainstapoptosis[J].Sci Rep, 2017, 7(1):3209.

[37]RENEAU J, GOLDBLATT M, GOULD J,. Effect of adiposity on tissue-specific adiponectin secretion[J]. PLoS One, 2018, 13(6):e0198889.

[38]ROBINSON M M, DASARI S, KONOPKA A R,.Enhanced protein translation underlies improved metabolic and physical adaptations to different exercise training modes in young and old humans[J]. Cell Metab, 2017, 25(3):581-592.

[39]SCHIAFFINO S, REGGIANI C.Fibertypes in mammalianskeletal muscles[J]. Physiol Rev, 2011, 91(4):1447-1531.

[40]SELDEEN K L, LASKY G, LEIKER M M,.High intensity interval training improves physical performance and frailty in aged mice[J]. J Gerontol A Biol Sci Med Sci, 2018, 73(4):429-437.

[41]SENTE T, VAN BERENDONCKS A M, HOYMANS V Y,.Adiponectin resistance in skeletal muscle: pathophysiological implications in chronic heart failure[J]. J Cachexia Sarcopeni , 2016, 7(3):261-274.

[42]SHI L, ZHANG T, ZHOU Y,.Dihydromyricetinimprovesskeletal muscleinsulin sensitivity by inducingautophagyvia the AMPK-PGC-1α-Sirt3 signaling pathway[J]. Endocrine, 2015, 50(2):378-389.

[43]S?GAARD D, LUND M T, SCHEUER C M,.High-intensity interval training improves insulin sensitivity in older individuals[J]. Acta Physiol (Oxf), 2018, 222(4):e13009.

[44]SONG C, ZHAO J, FU B,. Melatonin-mediated upregulation of Sirt3 attenuates sodium fluoride-induced hepatotoxicity by activating the MT1-PI3K/AKT-PGC-1α signaling pathway[J]. Free Radic Biol Med,2017, 112:616-630.

[45]STARON R S, HAGERMAN F C, HIKIDA R S,. Fiber type composition of the vastus lateralis muscle of young men and women[J]. J Histochem Cytochem, 2000, 48(5):623-629.

[46]VAN BERENDONCKS A M, BECKERS P, HOYMANS V Y,. Exercise training reduces circulating adiponectin levels in patients with chronic heart failure[J]. Clin Sci (Lond), 2010, 118(4):281-289.

[47]VILELA T C, EFFTING P S, DOS SANTOS PEDROSO G,.Aerobic and strengthtraininginducechanges in oxidativestressparameters and elicitmodifications of various cellularcomponents in skeletalmuscle of agedrats[J]. Exp Gerontol, 2018, 106:21-27.

[48]WOHLGEMUTH S E, SEO A Y, MARZETTI E,.Skeletal muscle autophagy and apoptosis during aging: effects of calorie restriction and life-long exercise[J]. Exp Gerontol, 2010, 45(2):138-148.

[49]XU A, SWEENEY G.Emergingrole of autophagy in mediatingwidespreadactions of ADIPOQ/adiponectin[J]. Autophagy, 2015, 11(4):723-724.

[50]YANG S Y, HOY M, FULLER B,. Pretreatment with insulin-like growth factor I protects skeletal muscle cells against oxidative damage via PI3K/Akt and ERK1/2 MAPK pathways[J]. Lab Invest, 2010, 90(3):391-401.

Effects of Long-term High-intensity Interval Training on Adiponectin/AMPK Signaling Pathway and Autophagyin Skeletal Muscle of Aged Rats

SUN Lei, LI Fang-hui

Nanjing Normal University, Nanjing 210046, China.

Objective:To investigate the effects of 8-month high-intensive intervel training (HIIT) and moderate-intensity continuous training (MICT) on adiponectin/AMPK pathway and autophagy in skeletal muscle of aged rats. Methods: 36 female Sprague Dawley rats at 18 months old were selected randomly and divided into three groups: sedentary control (SED), moderate-intensity continuous training (MICT), and high-intensity intervel training group (HIIT), 12 rats per group. HIIT consisted of 9 intervals of 5-minute running on treadmill (1 minutes at 25 m/min and 4 minutes at 15 m/min), MICT consisted of 45 min of continuous exercise at a moderate intensity (17 m/min) per day, 5 times per week for 8 months, SED group were fed freely but not trained.The body composition was measured by dual-energy X-ray at 48 h after the last training. Handing time, grip strength, maximum running speed, and exhaustion to time were measured 48 h after body composition test. Malonylaldehyde (MDA) and superoxide dismutase 2 (SOD2) levels of gastrocnemius were measured, and levels of 4-hydroxynonenal (4-HNE), 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG), and insulin-like growth factor 1 (IGF-1) of gastrocnemius were assessed using ELISA. Western blotting was used to evaluate the protein expression of adiponectin, adiponectin receptor 1, sirtuin 3 (SIRT3), adenosine 5-monophosphate-activated protein kinase (AMPK), and autophagy (Beclin-1, LC3-I, LC3-II). Results: Compared with the SED and MICT groups, the percent lean, the percent body fat, and body fat to lean mass ratio of HIIT group were significantly increased. HIIT resulted in a larger improvement in grip strength related to MICT group, with similar increase in inclined plane performance, maximum running speed, and exhaustion to time as compared with the SED group. The protein expression of SOD2 and IGF-1 in the gastrocnemius significantly increased, while the serum IGF-1 levels significantly decreased in both HIIT and MICT groups when compared with the SED group (P＜0.01). The gastrocnemius and serum levels of 4-HNE and 8-OHdG in the HIIT and MICT groups were lower than those in SED group. Gastrocnemius and serum MDA levels in HIIT group were lower than those in MICT and SED groups (P＜0.01). HIIT group showed a significant elevation in adiponectin, adiponectin receptor 1, AMPK, and SIRT3 protein content as compared with the SED group. HIIT group experienced higher protein expression of AMPK and adiponectin receptor 1 compared with the MICT group (P＜0.05). Additionally, HIIT group showed a significant elevation of Beclin-1, LC3-I, LC3-II protein expression, and LC3-II/LC3-I ratio compared with the SED group. Correlation analysis showed that exhaustion to time were positive with adiponectin, adiponectin receptor 1, AMPK, and LC3-II/LC3-I ratio, respectively. Conclusions: Long-term high-intensity intervel training upregulate the SOD2 activity may be via IGF-1/SIRT3 axis, preventing skeletal muscle oxidative stress, furthermore, it may also upregulate the autophagic activity by activiting adiponectin/AMPK pathway, attenuating the loss of muscle mass and improving the physical performance in aged rats model.

G804.7

A

1000-677X(2018)11-0050-10

10.16469/j.css.201811005

2018-09-13；

2018-11-02

國家自然科學(xué)基金青年項目(31500961); 廣東省省級科技計劃項目(2014A020220015); 江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)資助項目(18KJB180011)。

孫磊,男,在讀碩士研究生,主要研究方向為運動與抗衰老,E-mail: slyouknow@163.com。

李方暉,男,副教授,博士,主要研究方向為運動抗衰老機制研究,E-mail: 12356@njnu.edu.cn。