研究目的:有氧运动能够增加机体能量代谢,改善胰岛素抵抗,但是其中的机制尚不完全清楚。最近的研究发现应激诱导蛋白Sestrins（SESNs）有可能在有氧运动调控机体能量代谢中发挥关键作用。SESNs（SESN1-3）是高度保守的应激诱导蛋白。据报道,在没有营养超负荷和肥胖的情况下同时敲除SESN2和SESN3会激活肝脏m TORC1/S6K1,并且导致胰岛素抵抗的发生,这表明SESN2和SESN3在维持哺乳动物糖脂代谢稳态中发挥重要作用,但是其中的机制并不明确。此外,我们之前的研究结果表明,有氧运动能够增加骨骼肌中SESN2和SESN3的表达,并且单次运动能够增加AMPKα2分别与SESN2和SESN3的结合,但是运动调控SESN2和SESN3表达的机制尚不明确。综上所述,本课题研究目的如下:1.明确有氧运动是否可以调节小鼠骨骼肌SESNs含量;2.明确AMPKα2是否参与有氧运动对SESNs的表达调控;3.探究SESNs调控糖脂代谢的潜在机制;本课题为有氧运动在改善IR中的作用机制提供理论基础。研究方法:我们使用雄性野生型、AMPKα2+/-和AMPKα2-/-C57BL/6小鼠作为动物模型,对其分别进行为期6周,每周5天,运动强度相当于75%VO2max的有氧跑台运动训练。酶动力学检测各组小鼠股四头肌中柠檬酸合酶的活性,Western blot检测各组小鼠股四头肌SESN1,SESN2,SESN3,AMPKα2,p AMPK-Thr172,AKT,p AKT-Thr308,p AKT-Ser473,GLUT4,COX4,Cytochrome C,LC3和p62的蛋白含量;分别构建SESN2过表达腺病毒、AMPKα2显性负突变腺病毒、SESN3过表达质粒,购置si RNA-SESN2,si RNA-SESN3以及自噬抑制剂3-MA,分别干预C2C12小鼠肌管细胞,使用2-NBDG检测各组细胞对葡萄糖的摄取能力,Western blot检测各组肌管细胞中SESN2,SESN3,AKT,p AKT-Thr308,p AKT-Ser473,GLUT4,p AMPK-Thr172,p ACC-Ser79,LC3和p62的蛋白含量。使用雄性野生型和SESN2-/-C57BL/6小鼠作为动物模型,对其首先进行为期8周的高脂饮食喂养,随后对其进行为期6周的有氧跑台运动。提取血清,检测血脂水平;油红O染色检测小鼠肝脏和骨骼肌脂质异位沉积;Western blot检测小鼠骨骼肌SESN2,p JNK-Thr183/Tyr185,ACC,p ACC-Ser79,FASN,SERBP-1和CPT-1的蛋白表达水平;SESN2过表达腺病毒、si RNA-SESN2,Palmitate,JNK抑制剂SP600125以及JNK激动剂Anisomyin干预肌管细胞,油红O染色检测肌管细胞脂质异位沉积;Western Blot检测各组肌管细胞中SESN2,JNK,p JNK-Thr183/Tyr185,ACC,p ACC-Ser79,FASN,SERBP-1和CPT-1的蛋白含量。研究结果:1.6周有氧运动能够显著改善小鼠骨骼肌氧化代谢能力、增强胰岛素敏感性以及骨骼肌细胞自噬活性。6周有氧运动能够增加SESN2和SESN3的蛋白含量,并且能够激活AMPK。AMPKα2-/-小鼠SESN3的含量显著低于野生型小鼠。6周有氧运动对AMPKα2-/-小鼠股四头肌SESN2和SESN3的蛋白含量无显著影响。此外,有氧运动对AMPKα2-/-小鼠骨骼肌自噬活性无显著影响。2.单独过表达SESN3或同时过表达SESN2和SESN3均可显著增加肌管细胞葡萄糖摄取能力,同时过表达SESN2和SESN3对肌管细胞葡萄糖摄取能力的提高要高于单独过表达SESN3产生的效果。然而单独过表达SESN2对肌管细胞糖摄取没有影响。过表达SESN2和SESN3能够激活肌管细胞自噬,并且能够逆转由自噬活性被抑制导致的肌管细胞糖摄取能力下降。在AMPK活性受到抑制的情况下,过表达SESNs依然能够增加肌管细胞糖摄取能力。过表达SESNs能够激活肌管细胞胰岛素信号通路,增加GLUT4的蛋白含量,并且能够促进GLUT4向细胞膜的转位。3.高脂饮食干预能够显著增加小鼠体重、体脂含量和肝脏脂质沉积,对SESN2-/-小鼠的影响尤为明显。有氧运动能够改善高脂饮食导致的小鼠体重、体脂含量和肝脏脂质沉积增加。在WT小鼠中,高脂饮食干预能够显著增加SESN2的含量,抑制p ACC-Ser79,FASN与SREBP-1的表达;有氧运动能够显著增加正常和肥胖小鼠p ACC-Ser79与SESN2含量、正常小鼠FASN的表达、高脂小鼠SREBP-1的含量并且降低肥胖小鼠p JNK-Thr183/Tyr185的含量。在SESN2-/-小鼠中,高脂饮食干预能够增加ACC,CPT-1以及p JNK-Thr183/Tyr185的含量,降低FASN与SREBP-1的表达;有氧运动能够显著增加正常小鼠CPT-1与FASN的含量,降低正常小鼠SREBP-1的含量,降低肥胖小鼠ACC,SREBP-1与p JNK-Thr183/Tyr185的表达。4.Palmitate干预能够显著增加各组肌管细胞中的脂质沉积,在si-SESN2处理的肌管细胞中脂质沉积增加尤为明显。抑制SESN2能够增加CPT-1和p JNK-Thr183/Tyr185的含量。抑制JNK能够降低ACC,p ACC-Ser79,SREBP-1和FASN的蛋白含量;激活JNK能够增加ACC,p ACC-Ser79和FANS的表达,降低CPT-1的表达。研究结论:6周有氧运动调控机体糖、脂代谢,这一过程与SESNs之间存在密切关系。有氧运动通过激活骨骼肌AMPK,增加SESNs的蛋白含量,进而激活胰岛素信号通路来改善骨骼肌糖摄取能力。其中SESN2和SESN3在调控骨骼肌糖摄取过程中主要通过激活胰岛素信号通路,增加GLUT4细胞膜转位实现的。SESN2可能通过影响JNK的活性,调控ACC,CPT-1,SREBP-1和FASN,从而影响脂质代谢。