摘要
1.研究目的 利用UAS/MhcGal4系统构建果蝇肌肉Atg2基因差异性表达，研究在肌肉Atg2基因过表达、正常表达、和敲减下耐力运动对高脂膳食果蝇骨骼肌衰老和心脏功能的影响，并分析其分子机制。论证肌肉Atg2基因和耐力运动在高脂膳食果蝇中预防和改善骨骼肌衰老和心脏功能障碍中的作用。旨在为由高脂膳食以及衰老引起的机体功能衰退的运动联合基因疗法提供理论基础和新思路。 2.研究方法 通过杂交构建 Atg2UAS/MhcGal4系统可以实现Atg2基因差异性表达调控，雄性Atg2UAS-OE果蝇与雌性MhcGal4果蝇杂交，收集 F1 代 Atg2UAS-OE＞MhcGal4雄性果蝇。雄性 Atg2UAS-RNAi 果蝇与雌性 MhcGal4 果蝇杂交，收集 F1 代Atg2UAS-RNAi＞MhcGal4雄性果蝇。为消除遗传背景对实验的影响，以Atg2UAS-OE雌雄自交和Atg2UAS-RNAi雌雄自交的 F1 代雄性果蝇作为基因对照组。即：Atg2UAS-OE、Atg2UAS-OE+E、Atg2UAS-OE+HFD、Atg2UAS-OE+HFD+E、Atg2OE、Atg2OE+E、Atg2OE+HFD、Atg2OE+HFD+E、Atg2UAS-RNAi、Atg2UAS-RNAi+E、Atg2UAS-RNAi+HFD、Atg2UAS-RNAi+HFD+E、Atg2RNAi、Atg2RNAi+E、Atg2RNAi+HFD、Atg2RNAi+HFD+E，共16组，每组 400只。果蝇年龄至3周末时开始进行为期两周的耐力运动及高脂膳食干预。ELISA 检测肌肉MDA水平、TG水平以及SOD活力水平，qRT-PCR检测肌肉相关基因 mRNA 表达。 3.研究结果 与Atg2UAS-OE相比，Atg2OE、Atg2UAS-OE+E果蝇的攀爬耐力和攀爬速度显著提高（P＜0.05或P＜0.01）。与Atg2UAS-RNAi 相比，Atg2RNAi、Atg2UAS-RNAi+HFD果蝇的攀爬速度和攀爬耐力显著下降（P＜0.05或P＜0.01）。提示肌肉Atg2基因表达上调以及耐力运动能提高衰老果蝇的运动能力，而该基因下调以及高脂膳食能导致衰老果蝇运动能力减弱。 与Atg2UAS-OE相比，Atg2OE、Atg2UAS-OE+E果蝇肌肉Atg2、AMPK、Sirt1和PGC-1α的相对表达量显著升高（P＜0.05或P＜0.01）。与Atg2UAS-RNAi相比，Atg2RNAi、Atg2UAS-RNAi+HFD果蝇肌肉Atg2、AMPK、Sirt1和PGC-1α的相对表达量显著下降（P＜0.05或P＜0.01）。提示肌肉Atg2基因表达上调以及耐力运动可以促进AMPK/Sirt1/PGC-1α通路激活，而肌肉Atg2基因表达下调以及高脂膳食则会抑制AMPK/Sirt1/PGC-1α通路激活。与Atg2UAS-OE相比，Atg2OE、Atg2UAS-OE+E果蝇肌肉中SOD（超氧化物歧化酶）活性水平（P＜0.01），MDA（丙二醛）水平显著降低（P＜0.05或P＜0.01），Atg2OE 果蝇TG（甘油三酯）水平显著降低（P＜0.01）， Atg2UAS-OE+E果蝇TG水平未见显著变化（P＞0.05）。与Atg2UAS-RNAi相比，Atg2RNAi、Atg2UAS-RNAi+HFD果蝇肌肉中SOD活性水平显著降低（P＜0.05或P＜0.01），TG和MDA水平显著升高（P＜0.05或P＜0.01）。提示肌肉Atg2基因表达上调以及耐力可以提高果蝇肌肉的氧化抗氧化和脂质代谢能力，而肌肉Atg2基因表达下调以及高脂膳食会破坏果蝇肌肉的氧化抗氧化和脂质代谢能力。 与Atg2UAS-OE相比，Atg2OE、Atg2UAS-OE+E果蝇的心率下降（P＜0.01）。与Atg2UAS-OE相比，Atg2UAS-OE+HFD果蝇心率加快（P＜0.05）。与 Atg2UAS-RNAi 相比，Atg2RNAi果蝇的心率增加（P＜0.01）。提示肌肉Atg2基因表达上调以及耐力运动可改善衰老果蝇的心脏功能，而肌肉Atg2基因敲减以及高脂膳食则会损伤心脏功能。与Atg2UAS-OE相比，Atg2OE果蝇的寿命显著延长（P＜0.05）。与 Atg2UAS-RNAi相比，Atg2UAS-RNAi+E果蝇的寿命显著延长（P＜0.01）。与Atg2UAS-RNAi相比，Atg2RNAi、Atg2UAS-RNAi+HFD果蝇的寿命显著缩短（P＜0.01）。提示肌肉Atg2基因表达上调以及耐力运动可延长果蝇的寿命，而肌肉Atg2基因敲减以及高脂膳食则会缩短果蝇寿命。 4.结论 肌肉Atg2过表达和耐力运动可以改善由长期高脂膳食所引起的肌组织损伤和心功能障碍，延缓骨骼肌和心脏衰老，降低死亡率。当两者结合时，这种抗衰老效果更好。肌肉Atg2敲减和高脂膳食会加剧肌组织损伤和心功能障碍，加速骨骼肌和心脏的衰老，并促进死亡率。二者的共同作用对于骨骼肌和心脏的损害更严重，但这些变化可以通过耐力运动来改善。这些过程的分子机制与肌肉Atg2基因以及运动对肌肉自噬、AMPK/Sirt1/PGC-1α通路活性、氧化平衡、脂质代谢的影响有关。
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