有氧运动对2 型糖尿病大鼠骨骼肌PI3K-Akt-GIut4 信号通路的影响

李艳辉 闫圣楠

(1 沈阳体育学院 实验室管理中心，辽宁 沈阳 110102；2 沈阳市浑南新区第二小学，辽宁 沈阳 110180）

磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）-蛋白激酶B（Akt）途径是胰岛素信号传导系统中的一条重要途径，PI3K 是参与细胞内信号传导脂类第二信使，PI3K 在骨骼肌参与了胰岛素刺激的葡萄糖吸收过程，是胰岛素信号传导的重要信号分子【1】。近年来研究发现，Akt 作为PI3K 作用的首批底物能在几个水平上调控糖代谢：影响葡萄糖转运蛋白4（GLUT4） 向质膜移位；通过糖原合成酶激酶3（GSK3）促进糖原合成【2】；通过磷酸果糖激酶2（6-PF2-K）诱导糖酵解。PI3K-Akt 信号通路作为胰岛素信号传导的重要传导途径在对治疗2 型糖尿病的研究中的地位已经越来越重要【3】。

本研究在通过长期的有氧运动来探讨运动对中老年2 型糖尿病患者的预防和治疗作用，进一步探究有氧运动对胰岛素信号传导重要的信号分子PI3K、Akt 和GLUT4 磷酸化水平的影响，用以更深入地理解运动改善2 型糖尿病骨骼肌糖代谢和糖转运的分子机制,更有效地指导2 型糖尿病的运动疗法在临床上的应用，为中老年人建立良好的健康生活模式、预防糖尿病提供理论和实践依据。

一、材料与方法

（一） 实验方法

1.糖尿病动物造模和分组干预

选用10 月龄雌性SD 大鼠75 只随机分为：正常对照组（CON）、糖尿病对照1 组（DC1）、糖尿病运动1 组(DE1)、糖尿病对照2 组(DC2)、糖尿病运动2 组(DE2)。正常对照组一直用普通饲料喂养，糖尿病组8 周高脂高糖饲料喂养后，糖尿病2 组先腹腔注射链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)，然后糖尿病运动2 组进行8 周的游泳运动。糖尿病运动1 组先进行8 周的游泳运动，游泳的最后1 周初和糖尿病对照1 组同时注射STZ。注射剂量为35 mg／kg，3d 后尾部取血测血糖≥16.7mmol/L 为造模成功。运动组采取游泳运动，每周6 次，每周休息1d，持续8 周。

2.取材

末次运动结束后，所有大鼠禁食12h 取材，腹腔注射氨基甲酸乙酯麻醉，麻醉后尾部取血，测试空腹血糖和空腹胰岛素。分离腓肠肌，密封于-80℃深冻冰箱保存，待测骨骼肌PI3K、Akt、GLUT4 的蛋白表达。

3.指标测定

1）空腹血糖测定：用湖南三诺血糖仪测定。2)血清胰岛素的测定：采用放射免疫法测定。3)骨骼肌PI3K/Akt/GLUT4 蛋白表达的测定：Western Blot印迹分析方法。

（二）数据处理

结果以均数±标准差表示，数据分析使用Spss19.0 软件处理，比较采用独立样本t 检验。

二、结果

（一）各组大鼠空腹血糖、空腹胰岛素的变化情况

实验结束时，糖尿病各对照组大鼠空腹血糖(fasting blood-glucose,FBG)浓度、空腹胰岛素(Fasting insulin,FIN)浓度都显著高于正常对照组（P<0.01，P<0.01）。糖尿病运动组与其对应的糖尿病对照组比较FBG 浓度、FIN 浓度都显著降低（P<0.05，P<0.05）。

Tab.1 Changs of FBG,FIN n=10）

（二）各组大鼠骨骼肌PI3K 磷酸化水平的变化情况

与正常对照组比较，糖尿病各对照组PI3K 磷酸化蛋白含量显著降低（P<0.05,P<0.05）。糖尿病运动组与对应的糖尿病对照组比较，PI3K 磷酸化蛋白含量显著升高（P<0.05，P<0.05），

Tab.2 Changes of P-PI3K（n=10)

（三）各组大鼠骨骼肌Akt 磷酸化水平的变化情况

Tab.3 Changes of P-Akt（n=10)

与正常对照组相比，糖尿病各对照组P-Akt 均显著降低（P<0.05，P<0.05）；而经过八周有氧运动，糖尿病各运动组Akt 活性均显著高于其对应的对照组（P<0.05，P<0.05）。

（四）各组大鼠骨骼肌GLUT4 磷酸化水平的变化情况

与正常对照组比较，糖尿病各对照组GLUT4 磷酸化蛋白含量显著降低（P<0.05、P<0.05），糖尿病各运动组与其对应的糖尿病对照组比较，GLUT4磷酸化蛋白含量显著升高（P<0.05、P<0.05）。

Tab.4 Changes of P-GLUT4（n=10)

三、分析与讨论

本实验依据2 型糖尿病的病理特点以及中老年人群的生理特点和日常生活方式，先对大鼠喂以高脂饮食8 周，再以低剂量的STZ 进行腹腔注射，诱发胰岛素代偿性分泌障碍，最终导致了2 型糖尿病的发生，以高脂膳食和STZ注射共同作用制作的2 型糖尿病大鼠模型。

磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）是参与胰岛素信号传导的重要信号分子，PI3K 是胰岛素刺激的葡萄糖转运和摄取的重要介导分子，与胰岛素抵抗关系密切【4】。Akt 是PI3K 的重要下游分子，Akt 作为PI3K 下游直接的靶蛋白，能调节葡萄糖摄取、糖原合成、糖酵解等胰岛素代谢反应。有研究发现肥胖、胰岛素抵抗患者以及2 型糖尿病患者Akt 丝氨酸磷酸化受到抑制【5】。因此Akt 活性的改变，在胰岛素抵抗和糖尿病的形成及发展中起着重要作用，而Akt 丝氨酸磷酸化下降很可能是由于PI3K 活性下降导致的。GLUT4 是一种糖蛋白，当脂肪细胞或肌细胞受到刺激（肌肉收缩、胰岛素等）后，产生一系列信号传导，GLUT4 释放，完成易位后参与糖的转运。

本实验应用高脂饮食和链脲佐菌素注射成功制做2 型糖尿病模型，与健康大鼠相比，2 型糖尿病大鼠出现了糖代谢紊乱，且伴有胰岛素抵抗，其机制与骨骼肌PI3K、Akt、GLUT4活性下降，PI3K-Akt-GLUT4信号传导发生障碍有关。通过长期有氧运动，机体消耗能量增加，改善糖代谢，并通过改善胰岛素信号传导通路PI3K-Akt-GLUT4 磷酸化水平来提高胰岛素敏感性，有效的控制血糖，对2 型糖尿病起到了很好的预防和治疗作用。