（运动人体科学专业论文）运动对老年小鼠骨代谢和凋亡相关基因的影响.pdf

华东师范大学博士学位论文答辩委员会成员名单逸蠢拦博士学位论文答辩委员会成员名单l姓名职称单位备注陈佩杰教授、博导上海体育学院主席陈文鹤教授、博导上海体育学院陈世益教授、博导复旦大学华山医院李之俊教授、博导上海市体科所卢健教授华东师范大学生变些翌奎堂塑主兰竺堕兰塑堕塑缩略词a b b r e v i a t i o n sa g e sa l fa l pa l ta p o a 一1a p oba t pb a xb c l 2b m dc d n ac a 丁c r ed a bd e p cd n ad x ag l ug l u t 4g s h p xh bh d l ck ml c a rl d l - cm i t n am t d n am m l vn c b in i d d m0 ba d v a n c e dg l y c a t i o ne n dp r o d u c t s 晚期糖基化终产物a p o p t o s i si n d u c i n gf a c t o r 凋亡诱导因子a l k a l i n ep h o s p h a t a s e 碱性磷酸酶a l a n i n et r a n s a m i n a s o 谷丙转氨酶a p o l i p o p r o t e i na i 载脂蛋白a 1a p o l i p o p r o t e i nb载脂蛋白ba d e n o s i n et r i p h o s p h a t e 三磷酸腺萤b c l a s s o c i a t e dxp r o t e i nb a x 蛋白bc e l ll y m p h o m a l e u k e m i a - 2b 细胞淋巴瘤白血病2b o n em i n e r a ld e n s i t y 骨密度互补d n ac a t a l a s a 过氧化物酶c r e a t i n i n e 肌酐3 ，3d i a m i n b e z i d i n e 二氨基联苯胺d i e t h y p y r o c a r b o n a t e 焦碳酸二乙酯d e o x y r i b o n u c l e i ca c i d 脱氧核糖核酸d u a le n e r g yx - w a ya b s o r p t i o m e t r y 双能x 线吸收法g l u c o s e 葡萄糖g l u c o s et r a n s p o r t e r 4 葡萄糖载体4g l u t a t h i o n ep e r o x i d a s e 谷胱甘肽过氧化物酶h e m o g l o b i n 血红蛋白h i g h d e n s i t yl i p o p r o t e i nc h o l e s t e r o l 高密度脂蛋白一胆固醇k u nm i n g 昆明。l e c i t h i n c h o l e s t e r o la c y lt r a n s f e r a s e卵磷脂一胆固醇酰基转移酶l o w e r - d e n s i t yl i p o p r o t e i nc h o l e s t e r o l 低密度脂蛋白一胆固醇m e s s e n g e rr n a 信使核糖核酸m i t o c h o n d r i a ld n a 线粒体d n a反转录酶n a t i o n a lc e n t e rf o rb i o t e c h n o l o g yi n f o r m a t i o nn o n - i n s u l i nd c p e n d e n td i a b e t e s 非胰岛素依赖糖尿病o s t e o b l a s t 成骨细胞! 翌型堕生竺型箜兰兰竺堡生一堕堕塑o co s t e o c l a s t 破骨细胞p c rp o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n 聚合酶链式反应p g e 2p r o s t a g l a n d i ne 2 前列腺素e 2p e l 2p r o s t a g l a n d i n1 2前列腺素1 2q c tq u a n t i t a t i v ec t定量c t 法r n ar i b o n u c l e i ca c i d 核糖核酸r o sr e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s 活性氧r t - p c r。r e v e r s et r a n s c r i p t i o np o l y m e r a s ec h a i nr e a c t i o n逆转录聚合酶链式反应s a ms e n e s c e n e c ea c c e l e r a t e dm o u s e 快速老化小鼠s o ds u p e r o x i d ed i s m u t a s e 超氧化物歧化酶s p as i n g l ep h o t o na b s o r p t i o m e t r y 单光子吸收法s x as i n g l ee n e r g yx w a ya b s o r p t i o m e t r y 单能x 线吸收法t ct o t a lc h o l e s t e r o l 总胆固醇t gy r i g l y c e r i d e甘油三酯v l d l - cv e r yl o w e r - d e n s i t yl i p o p r o t e i nc h o l e s t e r o l极低密度脂蛋白胆固醇学位论文独创性声明学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：日期：型! 兰：吕学位论文授权使用声明本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允诈论文进学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编人有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文作者签名：沈乏屑事日期：型：! ：?导师签名：h 期! 堑堡川。华东师范大学博士学位论文中文摘要中文摘要目的：衰老是生命运动的自然过程，是生物体的自然属性和规律。衰老是一个复杂的过程，受遗传调控并具程序特性，它是个体内部由平衡状态向不平衡状态转变的过程，其中包含着一系列物质代谢、信息传递及能量转换等变化过程，是基因表达调控与代谢调控相互协同、相互制约与相互影响的结果，是机体经长期自然选择对环境适应的产物。影响衰老的因素众多，包括遗传、环境、营养、运动，以及疾病等等，这些因素与现有的衰老理论交融、渗透，以演绎、译解生命之谜。运动是人类最基本的生活要素，也是人类至今可知的影响衰老的最为重要的环境因素与方面。本研究旨在从运动生物化学和生命科学角度，探讨运动对反映生物衰老进程变化的部分相关指标( 基础生化指标、骨代谢及部分凋亡相关基因) 的影响，以期从机体整体水平、器官功能水平及基因水平对影响衰老的运动因素，以及运动对生命质量和衰老进程的影响作用的机理进行一些探讨，这有利于深化对衰老形成机制和运动延缓衰老机制的认识和理解，具有理论和实际意义。方法：1 实验对象与运动方案选取4 0 只1 2 月龄雄性昆明小鼠，随机分成老年对照组、1 0 分钟运动组、2 0 分钟运动组和4 0 分钟运动组，每组1 0 只：另取1 0 只3 月龄雄性昆明小鼠作为青年对照组，1 0 只7 月龄雄性昆明小鼠作为成年对照组。对各运动组实施对应的运动方案，本研究采用的运动方案为：运动形式为游泳，1 0 分钟运动组和2 0 分钟运动组的运动时间分别为1 0 分钟和2 0 分钟，4 0 分钟运动组的运动时间：第1 、2 周为2 0 分钟、第3 、4 周为3 0 分钟、第5 一1 2 周为4 0 分钟每日运动1 次，每周运动5 天，实验时程为1 2 周。各实验组小鼠常规膳食饲养，老年对照组观察时程为1 2 周，青年对照组和成年对照组观察时程为一周。2 样本的采集、制备与测定采集的血液经离心，分离血清两份，分别作血液生化指标和a g e s 的测定；分离两侧股骨，剔净后分别作骨密度和骨生物力学指标测定；采集心肌样本两份、骨骼肌、肝脏样本各三份，一份样本用于测定a g e s 、一份样本用于m r n a 的检测、一份样本置于福尔马林液中保存、切片，并用于免疫组织化学测定( 心肌除外) 。血糖、血脂及细胞酶类等血生化指标采用半自动生化分析仪进行检测，骨密兰堕塑堕2 蔓：竖主兰些! 墼生苎塑塞度和骨生物力学指标分别采用固体物理密度仪和骨生物力学测最仪进行测定，血清a g e s 采用荧光法测定，测定仪器为高效液相色谱仪，b a x 和b c l 2 蛋白表达采用免疫组织化学法测定，b a x 和b c l 2 基因的叫斟a 表达采用r t - p c r 技术进行检测。结果：1 ，运动对体成分、血糖、血脂及细胞酶类的影响老年对照组和各运动组的体重均随增龄缓慢下降运动各组的体重下降趋势要弱于老年对照组。运动各组与青年、成年和老年对照组相比血糖均显著降低( p 0 0 1 、p 0 0 0 1 ) ，4 0 分钟运动组的血糖低于2 0 分钟运动组( p 0 0 1 ) 。与老年对照组和l o 分钟运动组相比，4 0 分钟运动组t g 值显著减低( p 0 0 5 、p 0 0 1 ) 。各对照组间血糖、t g 均无显著性差异；运动各组与老年对照组相比，a l t 、a l p 和c r e 均无显著性差异。2 运动对骨代谢及生物力学指标的影响1 0 分钟运动组和2 0 分钟运动组骨密度值相对较高，青年对照组骨密度值相对较低，前者与后者分别相比差异显著( p 0 0 0 1 ) ；运动各组组间相比骨密度无显著性差异，与老年对照组相比亦无显著性差异。青年对照组、成年对照组与老年对照组分别相比，最大载荷、最大应力和模量均显著升高( p o 0 1 ) 。运动各组组间相比，2 0 分钟运动组的最大载荷和最大应力高于1 0 分钟运动组( p 0 0 1 、p 0 0 5 ) ，也高于4 0 分钟运动组( p o 0 5 ) 。存在组间差异：运动各组的模量值相近，组间无显著性差异，能量各运动组间亦无显著性差异。3 运动对b c l 2 、b a x 基因表达水平的影响免疫组织化学测定结果：昆明小鼠b a x 基因m r n a 在骨骼肌和肝脏中阳性表达率分别为l o 和5 ；昆明小鼠b c l 2 基因m r n a 在骨骼肌和肝脏中阳性表达率分别为5 和3 。r t - p c r 检测结果：昆明小鼠b a x 基因m r n a 在心肌、骨骼肌和肝脏中阳性表达率分别为8 2 、8 和1 2 ，b a x 基因在心肌中表达率较高。呈现组织性差异( p 0 0 0 1 ) 。昆明小鼠b c l 2 基因m r n a 在心肌、骨骼肌和肝脏中阳性表达率分别为5 3 、6 和o ，b c l 2 基因在心肌中表达率较高，呈现组织性差异( p 0 0 0 1 ) 。l o 分钟运动组和2 0 分钟运动组心肌b a x 基因表达及阳性表达率均低于老年对照组；l o 分钟运动组心肌b c l 2 阳性表达率和b c l 一2 b a x 比值高于老年对照组；2 0 分钟运动组心肌b e l 2 基因表达及阳性表达率显著高于老年对照组，b c l 一2 f o a x比值也显著高于老年对照组( p 0 0 1 ) ；4 0 分钟运动组与老年对照组相比，b a x华东师范大学博士学位论文中文摘要基因表达及阳性表达率、b c l - 2 基因表达及阳性表达率，以及b c l 2 b a x 比值均无显著性差异。结论：1 运动有利于体成分保持，延缓增龄性瘦体重下降趋势，以及增龄引起的体脂的升高。2 ，运动可以改善和调节糖、脂代谢，减少机体因高血糖、高血脂引发的糖尿病、肥胖和心脑血管等慢性疾病发生的危险性。3 运动对骨密度的影响与运动强度有关，表现为中低强度的运动对骨的矿化具有一定的促进作用。4 运动对骨生物力学指标的影响与运动强度有关，适度的运动可以较好改善生物力学综合性能，运动强度不足或强度过大都无法优化运动效应。5 b a x 和b c l 2 基因在心肌中表达率较高，在骨骼肌和肝脏中表达率较低，旱现组织性差异。6 运动对心肌b a x 、b c l 2 基因表达的影响与运动强度有关，适宜的运动可以抑制心肌b a x 的表达，促进心肌b c l 2 基因表达。使心肌b c l 2 b & x 比值升高。7 适宜的运动使心肌细胞b c l 2 基因表达增强及b c l 一2 b a x 比值优化，有利于抑制心肌细胞凋亡，促进心肌细胞存活，延缓心肌衰老。8 运动形式、运动强度，以及机体对运动的适应性机能反应，决定运动效应。适宜的运动产生良好的适应性的机能反应，这有利于改善运动个体的生理生化功能，促进机体健康，这种健康促进作用在运动延缓机体衰老过程中具有积极意义。关键词：衰老；运动；凋亡；基因；骨代谢；骨密度；生物力学：动物模型兰：查塑蔓壁堕圭堂堡堕塞垒! 墨翌! !a b s t r a c to b j e c f i v es e n e s c e n c eo ra g i n gi san a t u r a ll i f ec o u l s ew i t hi t s e l fp r o p e r t ya n dl a w i ti st h ec o m p l e xc o n f s e ，w h i c hh a sp r o c e d u r ep r o p e r t ya n db er e g u l a t e db yh e r e d i t y t h ee q u i l i b r i u mo fo r g a n i s mi su p s e t ，i n c l u d i n gas e r i a lm a t e r i a lm e t a b o l i s m ，i n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o na n de n e r g yc h a n g e t h er e s u l ti sac o o r d i n a t i o n ，r e s t r i c t i o na n di n f l u e n c ee a c ho t h e rb o t hg e n ee x p r e s s i o na n dm e t a b o l i s mr e g u l a t i o n ，w h i c hi san a t u r a ls e l e c t i o nr e s u l tt oa d a p ti t s e l ft oc i r c u m s t a n c e si nal o n gp e r i o do ft i m e t h e r ea r ef a c t o r st oi n f l u e n c ea g i n g ，i n c l u d i n gh e r e d i t y ，c i r c u m s t a n c e s ，n u t r i t i o n ，e x e r c i s ea n dd i s e a s e s ，e t c t h e s ef a c t o r sa r eu s e df o re x p l a i n i n gp e r p l e x i n gl i f ep h e n o m e n at h r o u g hc o m b i n i n gw i t ht h ep r e s e n ta g i n gt h e o r i e s e x e r c i s ei sam o s te s s e n t i a ll i v i n gf a c t o ro fh u m a nb e i n g ，a l s oam o s ti m p o r t a n tc i r c u m s t a n c ef a c t o ro fi n f l u e n c ea g i n gw ek n o ws of a r t h eo b j e c t i v e sa r ed i s c u s s e do nt h ee f f e c t so fe x e r c i s eo nt h ep a r ti n d e xr e l a t e dt oa g i n g ，i n c l u d i n gb a s i cb i o c h e m i c a ld a t a ，b o n em e t a b o l i s ma n da p o p t o s i s - - a s s o c i a t e dg e n ei n d e xi nt h ee x e r c i s e b i o c h e m i c a la n dl i f es c i e n c e ，a l s ot h em e c h a n i s mt h a te x e r c i s ee f f e c t sa g i n gi nt h el e v e lo ft h eo r g a n i s m s ，o r g a n sa n dg e n e s ，r e s p e c t i v e l y i ti sb e n e f i c i a lt ou n d e r s t a n d i n ga g i n gd e v e l o p i n ga n de x e r c i s er e t a r da g i n gm e c h a n i s mi nt h et h e o r ya n dp r a c t i c e m e t h o d s1 o b j e c t sa n de x e r c i s ep l a n s 4 0m a l ek _ mm i c eo f12m o n t h sw e r er a n d o m l yd i v i d e di m o4g r o u p s ：t h ea g e dc o n t r o l ，10m i n u t ee x e r c i s e ，2 0m i n u t ee x e r c i s e ，4 0m i n u t ee x e r c i s e ，a n d10m i c ep e re a c hg r o u p 1 0m a l ek mm i c eo f3m o n t h sw e r et h ey o u n gc o n 乜o la n d1 0m a l ek mm i c eo f7m o n t h sw e r et h ea d u l tc o n t r 0 1 e a c he x e r c i s eg r o u pw a sc a r r i e do u tt h ee x e r c i s ep l a nr e s p e c t i v e l y t h ee x e r c i s ep l a n si n c l u d e d ：e x e r c i s et y p ew a ss w i m m i n g ；t h es w i m m i n gt i m eo f10m i n u t ee x e r c i s eg r o u pa n d2 0m i n u t ee x e r c i s eg r o u pw e r e1 0m i n u t ea n d2 0m i n u t ee a c hd a yr e s p e c t i v e l y t h es w i m m i n gt i m eo f4 0m i n u t ee x e r c i s eg r o u pw e r e2 0m i n u t ei nt h ef i r s ta n ds e c o n dw e e k ，3 0m i n u t ei nt h e3 t ha n d4 t hw e e k 4 0m i n u t ei nt h e5 t ht o1 2 血w e e k e x e r c i s ew a sc a r r i e do u tf o rt o t a l1 2w e e k s ，1t i m ee a c hd a y , a n d5t i m e se a c hw e e k ，t h ea g e dc o n t r o l ，t h ey o u n gc o n t r o la n dt h ea d u l tc o n t r o lw e r eo b s e r v e d12 ，1 ，1w e e k s ，r e s p e c t i v e l y e a c hm o u s ew a sa4华东师范大学博士学位论文a b s h 。a c tn o g l n a ln u t r i t i o n 2 s a m p l e sw e r ec o l l e c t e d ，p r e p a r e da n dm e a s u r e d t h es a m p l e so fb l o o dw e r ed i v i d e di n t ot w op o r t i o n sa f t e rc e n t r i f u g a t i o n ，t h e nm e a s u r e db i o c h e m i c a ld a t aa n ds e r u r f la g e sr e s p e c t i v e l y t w of e m u rw e r es e p a r a t e da n dc l e a n e d ，t h e nm e a s u r e db o n em i n e r a ld e n s i t y ( b m d ) a n db o n eb i o m e c h a n i c a li n d e xr e s p e c t i v e l y t h eh e a r t ，m u s c l ea n dl i v e rt i s s u e sw e r ec o l l e c t e d ，a n dh e a r tt i s s u e sw e r ed i v i d e di n t ot w op o r t i o n s ，m u s c l ea n dl i v e rt i s s u e si n t ot h r e ep o r t i o n sr e s p e c t i v e l y t w os a m p l e sw e r em e a s u r e df o ra g e s ，b a xa n db c l 一2g e n e si nt h el e v e lo fm r n ar e s p e c t i v e l y o n es a m p l ew a su s e df o ri m m u n o h i s t o c h e m i s t r ya f t e rf o r i l l a l i n f i x e da n dm a d es e c t i o n s g l u ，t ga l t , a l pa n dc r ew e r em e a s u r e db yu s i n gs e m i a u t o m a t i cb i o c h e m i c a li n s t r u m e n t ；b o n em i n e r a ld e n s i t ya n db o n eb i o m e c h a n i c a li n d e xw e r em e a s u r e db yu s i n gs o l i dp h y s i cd e n s i t yi n s t r u m e n ta n db i o m e c h a n i c a li n s t r u m e n tr e s p e c t i v e l y s e r u ma g e sw e r em e a s u r e du s i n gf l u o r e s c e n tm e t h o do rt e c h n i q u eb y1 1 i 曲- e f f e c tl i q u i dc h r o m a t o g r a p h i ci n s t r u m e n t t h ee x p r e s s i o nl e v e l so fb a xa n db c l 一2m r n aw e r em e a s u r e db yu s i n gi m m u n o h i s t o c h e m i s t r ya n dr t - p c r r e s u l t sl 。e f f e c t so f e x e r c i s eo nb o d yc o m p o s i t i o n ，g l u ，t g ，a l t , a l pa n dc r e 。b o d yw e i g h tw a sas l o wd e c r e a s i n ga sa ni n c r e a s i n ga g ei nt h ea g e dc o n t r o la n da l le x e r c i s eg r o u p t h ed e c r e a s i n gw e n do fb o d yw e i g h tw a ss l o w e ri ne a c he x e r c i s eg r o u pt h a nt h a ti nt h ea g e dc o n t r 0 1 c o m p a r e dw i t ht h ey o u n g ，a d u l ta n dt h ea g e dc o n t r 0 1 g l uw a sas i g n i f i c a n td e c r e a s ei ne a c he x e r c i s eg r o u p ( p 0 ol ，p o 0 0 1 ) g i nw a sl o w e ri n4 0m i n u t ee x e r c i s eg r o u pt h a nt h a ti n2 0m i n u t ee x e r c i s eg r o u p ( p 0 0 1 )c o m p a r e dw i t ht h ea g e dc o n t r o la n d10m i n u t ee x e r c i s eg r o u p ，t gw a sas i g n i f i c a n td e c r e a s ei n4 0m i n u t ee x e r c i s eg r o u p ( p o 0 5 ，p 0 0 1 ) t h e r ew e r en os i g n i f i c a n td i f f e r e n c eo ng l uo rt gb e t w e e nt h ea g e dc o n t r o la n d10m i n u t ee x e r c i s eg r o u p c o m p a r e dw i t ht h ea g e dc o n t r 0 1 t h e r ew e r en os i g n i f i c a n td i f f e r e n c eo na l t ，a l pa n dc r ei ne a c he x e r c i s eg r o u p 2 e f f e c t so fe x e r c i s eo nb o n em e t a b o l i s ma n db i o m e c h a n i c a li n d e x c o m p a r e dw i t ht h ey o u n gc o n t r o l ，b m dw a sh i g hs i g n i f i c a n t l yi n1 0m i n u t ee x e r c i s ea n d2 0m i n u t ee x e r c i s eg r o u pr e s p e c t i v e l y ( p 0 0 0 1 ) t h e r ew a sn os i g n i f i c a md i f f e r e n c ei ne a c he x e r c i s eg r o u pe a c ho t h e r , a l s oc o m p a r e dw i t ht h ea g e dc o n t r 0 1 m a x i m u ml o a d ，m a x i m u ms t r e s sa n dm o d u l u sw e r eh i g h e rs i g n i f i c a n t l yi n，华东师范大学博士学位论文a b s t r a c tt h ey o u n gc o n t r o lt h ea d u l tc o n t r o lt h a ni nt h ea g e dc o n t r o lr e s p e c t i v e l y ( p o 0 1 ) c o m p a r e dw i t h1 0m i n u t ee x e r c i s eg r o u p ，m a x i m u ml o a da n dm a x i m u ms t r e s sw e r eas i g n i f i c a n ti n c r e a s ei n2 0m i n u t ee x e r c i s eg r o u p ( p 0 01 ，p 0 0 5 ) t h el a t e rm a x i m u ml o a da n dm a x i m u ms t r e s sw e r ea l s oh i g h e rt h a nt h e4 0m i n u t ee x e r c i s eg r o u p ss i g n i f i c a n t l y ( p o 0 5 ) t h e r ew e r en os i g n i f i c a n td i f f e r e n c eo nm o d u l u sa n de n e r g yi ne a c he x e r c i s eg r o u p 3 e f f e c t so f e x e r c i s eo nt h ee x p r e s s i o no f b c l 2a n db a x i m m u n o h i s t o c h e m i s t r y , t h ep o s i t i v ee x p r e s s i o nr a t i o so fb a xg e n ei nk mm i c ew e r e10 i nt h em u s c l ea n d5 i nt h el i v e rr e s p e c t i v e l y t h ep o s i t i v ee x p r e s s i o nr a t i o so fb c i - 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