姜黄素与有氧运动协同作用对中老年大鼠骨骼肌Akt-mTOR信号通路调控机制探究

姜黄素与有氧运动协同作用对中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路调控机制探究一、引言1.1研究背景与意义随着全球老龄化进程的加速，老年人的健康问题日益受到关注。骨骼肌作为人体运动系统的重要组成部分，其健康状况直接影响着老年人的生活质量和活动能力。研究表明，从45岁左右开始，骨骼肌质量会显著下降，男性和女性的骨骼肌质量降低速率分别约为1.9kg/10年、1.1kg/10年，且下半身肌肉优先减少。与增龄有关的进行性全身肌量减少、肌肉强度降低或身体功能减退的骨骼肌减少症（简称肌少症），在老年人群中的发病率呈上升趋势。在社区老人中肌少症的患病率为1%-29%，65岁以上人群患病率为14%-33%，而80岁以上的高龄患者中，这一比例甚至超过90%。肌少症不仅会导致老年人出现衰弱、跌倒倾向、行走困难、步态缓慢、机体功能障碍、四肢纤细和无力等表现，还会增加老年人失能和死亡的风险，给患者、家庭和社会造成沉重的负担。除了肌少症，老年人还容易面临骨骼肌损伤修复能力下降等问题。衰老会对组织修复产生负面影响，在骨骼肌中，肌肉干细胞（MuSCs）的再生能力会随年龄的增长而减弱。因此，维护骨骼肌健康对老年人至关重要。目前，针对骨骼肌相关问题的干预手段众多，其中有氧运动和营养补充剂备受关注。有氧运动被证明可以改善衰老导致的运动能力下降，提高骨骼肌的再生修复能力。有研究以小鼠为模型并采用中等强度的持续有氧运动训练，发现无论是从9月龄还是20月龄开始运动至25月龄，均可显著改善衰老导致的小鼠运动能力下降，提高衰老小鼠骨骼肌的再生修复能力。同时，有氧运动还能减轻骨骼肌萎缩，显示出减弱衰老对骨骼肌有害影响的能力。姜黄素作为一种从中药姜黄中提取的酚类化合物，具有广泛的药理作用。研究表明，姜黄素具有抗癌、抗肿瘤、抗炎、利胆、抗氧化等作用。在骨骼肌相关研究中，姜黄素也展现出积极效果。动物研究发现，小鼠补充姜黄素可显著降低运动后血乳酸、血清尿素氮，适量补充姜黄素可以降低人体骨骼肌损伤程度，还能减轻过度训练所致的骨骼肌氧化应激损伤及运动疲劳状态，对骨骼肌缺血再灌注损伤具有明显的保护作用。Akt/mTOR信号通路在调节骨骼肌生长、发育和代谢过程中发挥着关键作用。该信号通路的异常与骨骼肌萎缩、无力等症状密切相关。在衰老过程中，Akt/mTOR信号通路的活性可能会受到抑制，从而影响骨骼肌的正常功能。而有氧运动和姜黄素可能通过调节Akt/mTOR信号通路，对骨骼肌健康产生积极影响。然而，目前关于姜黄素结合有氧运动对中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路影响的研究尚不完善。本研究旨在深入探讨姜黄素结合有氧运动对中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路的影响，明确二者联合干预的效果及潜在机制。这不仅有助于揭示运动与营养干预对骨骼肌健康的协同作用机制，丰富运动生理学和营养科学的理论体系，为后续相关研究提供重要的理论依据，还能为预防和治疗老年人骨骼肌相关疾病提供新的策略和方法，具有重要的实践意义。通过制定科学合理的运动和营养干预方案，有望改善老年人的骨骼肌健康状况，提高其生活质量，减轻社会和家庭的负担。1.2研究目的本研究旨在通过建立中老年大鼠模型，深入探究姜黄素结合有氧运动对中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路的影响，具体研究目的如下：明确干预效果：观察姜黄素、有氧运动单独及联合干预对中老年大鼠骨骼肌重量、形态结构及相关生理指标的影响，评估姜黄素结合有氧运动是否能更有效地改善中老年大鼠骨骼肌的健康状况，如增加骨骼肌重量、改善骨骼肌纤维形态、提高肌肉力量等，确定二者联合干预在维护中老年骨骼肌健康方面是否具有协同增效作用。探究通路变化：检测Akt/mTOR信号通路中关键蛋白（如Akt、mTOR、p70S6K等）的表达水平及磷酸化状态，以及相关下游基因（如蛋白质合成相关基因、细胞凋亡相关基因等）的表达变化，分析姜黄素结合有氧运动对该信号通路的激活或抑制作用，明确其在分子层面上对骨骼肌的调控机制。分析关联机制：深入分析姜黄素结合有氧运动影响Akt/mTOR信号通路与骨骼肌健康改善之间的内在联系，探究是否通过调节该信号通路来促进骨骼肌蛋白质合成、抑制细胞凋亡、增强肌肉代谢能力等，从而揭示姜黄素结合有氧运动维护中老年大鼠骨骼肌健康的潜在分子机制，为将其应用于老年人骨骼肌相关疾病的预防和治疗提供坚实的理论依据。1.3国内外研究现状在国外，关于姜黄素和有氧运动对骨骼肌影响的研究已取得了一定成果。有研究关注到姜黄素对运动后机体的调节作用，发现小鼠补充姜黄素可显著降低运动后血乳酸、血清尿素氮，表明姜黄素在促进健康、延缓疲劳、提高运动能力中有广泛的生物学效应。在对人体的研究中也发现，14名未经训练的青年男子在离心运动前和运动后12h补充150mg姜黄素，肘部屈肌的峰值力矩下降幅度小于安慰剂组，意味着适量补充姜黄素可以降低人体骨骼肌损伤程度。在有氧运动对骨骼肌的影响方面，以小鼠为模型的研究采用中等强度的持续有氧运动训练，发现无论是从9月龄还是20月龄开始运动至25月龄，均可显著改善衰老导致的小鼠运动能力下降，提高衰老小鼠骨骼肌的再生修复能力，且有氧运动还显示出减弱衰老对骨骼肌有害影响的能力。国内研究在姜黄素和有氧运动对骨骼肌的影响方面也有独特的发现。有研究探讨了补充不同剂量姜黄素对力竭运动大鼠心肌和骨骼肌组织自由基损伤的保护作用，发现运动对照组大鼠血清CK、GOT、LDH活性均显著高于安静组，补充不同剂量姜黄素组血清酶活性均不同程度低于运动对照组，中等剂量组开始呈现显著性差异；补充高剂量姜黄素后，大鼠心肌MDA含量显著低于运动对照组，补充中、高剂量姜黄素大鼠骨骼肌MDA含量显著低于运动对照组，表明姜黄素可能通过提高机体组织抗氧化酶活性及降低组织脂质过氧化反应以缓解大鼠心肌、骨骼肌组织的损伤。在有氧运动与骨骼肌的研究中，国内有研究分析了有氧运动、硫氧还蛋白（Trx）和骨骼肌衰老之间的关系，得出10周的有氧运动可能通过上调Trx和Trx还原酶（TR）蛋白表达来增强Trx的抗凋亡作用，同时增加了大鼠骨骼肌中的Trx活性，并最终减轻衰老骨骼肌细胞凋亡的结论。此外，国内还有研究关注到姜黄素结合有氧运动对中老年大鼠骨骼肌的影响。有研究通过建立中老年大鼠8周有氧运动和姜黄素干预模型，发现8周的恒定负荷有氧运动、姜黄素及两者联合干预都能在一定程度上维持骨骼肌重量，改善骨骼肌组织的病变，其机理可能是通过激活骨骼肌AMPK，提高中老年大鼠骨骼肌AGT7、LC3.b、LAMP.2基因的表达来实现，且8周恒定负荷有氧运动比起姜黄素和姜黄素联合恒定负荷有氧运动对于缓解骨骼肌质量流失及改善肌组织病变的作用更明显，可能是由于恒定负荷有氧运动能使骨骼肌维持着一种更适应的自噬水平。然而，当前研究仍存在一些不足之处。一方面，虽然对姜黄素和有氧运动各自对骨骼肌的影响有了一定认识，但对于二者结合后对骨骼肌Akt/mTOR信号通路的协同作用机制研究较少，缺乏深入的分子机制探讨。另一方面，在研究对象上，针对中老年群体的研究还不够全面和系统，不能很好地满足老年人骨骼肌健康维护的实际需求。本研究将针对这些不足，深入探究姜黄素结合有氧运动对中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路的影响，以期为老年人骨骼肌相关疾病的预防和治疗提供更有力的理论支持。二、姜黄素、有氧运动与Akt/mTOR信号通路概述2.1姜黄素姜黄素（Curcumin）是从姜科、天南星科中的一些植物根茎，如姜黄（CurcumalongaL.）、郁金（CurcumaaromaticaSalisb.）、莪术（Curcumazedoaria(Berg.)Rosc.）以及天南星科植物菖蒲（AcoruscalamusL.）根茎等中提取的一种化学成分，在姜黄中约含3%-6%，是植物界中稀少的具有二酮结构的色素，属于二酮类化合物。1870年，姜黄素首次从姜黄中被分离出来，是一种低相对分子质量多酚类化合物，1910年其双阿魏酰甲烷的化学结构得以阐明，此后有关其生理、药理作用的研究取得显著进展。姜黄素为橙黄色结晶粉末，味稍苦，不溶于水和乙醚，可溶于乙醇、丙二醇，易溶于冰醋酸和碱溶液。在碱性环境中，其呈红褐色，而在中性、酸性环境下则呈黄色，熔程为179-182℃。由于姜黄素分子两端具有两个羟基，在碱性条件下会发生电子云偏离的共轭效应，当pH大于8时，姜黄素会由黄变红，现代化学常利用这一性能将其作为酸碱指示剂。同时，姜黄素对还原剂的稳定性较强，着色性强，一经着色后就不易褪色，但对光、热、铁离子敏感，耐光性、耐热性、耐铁离子性较差。在食品领域，姜黄素长期以来作为一种常用的天然色素被广泛应用。它是联合国粮农组织食品法典委员会批准的食品添加剂（FAO/WHO-1995），也是我国《食品添加剂使用卫生标准》中最早颁布的允许在食品中使用的九种天然色素之一，目前是世界上销量最大的天然食用色素之一。新颁布的《食品添加剂使用标准》（GB2760-2011）对其在不同食品中的最大使用量做出了规定，如在冷冻饮品中最大使用量为0.15g/kg，可可制品、巧克力和巧克力制品以及糖果中为0.01g/kg等。姜黄素不仅用于肠类制品、罐头、酱卤制品等产品的着色，还具有防腐作用，可作为调味品增加菜肴的颜色、口感和风味，提高食欲，也可用于制作姜黄茶、姜黄饮料等，还能应用于食品制剂，如姜黄素胶囊、姜黄素片等，用于改善肠胃功能、促进消化吸收。在日化领域，姜黄素可应用于护肤品，具有抗氧化、抗衰老、美白、祛痘等功效，可用于面霜、面膜、洗面奶等产品中；也可用于牙膏、漱口水等口腔护理产品中，具有抗菌、消炎、防止口腔疾病的作用；还可用于洗发水、护发素等产品中，具有促进头发生长、防脱发、抗头屑等效果；以及应用于口红、眼影、腮红等彩妆产品中，具有增加色彩饱和度、提高持久度的作用。在医药领域，姜黄素展现出多种生物活性。现代药理学研究表明，姜黄素具有降血脂、抗肿瘤、抗炎、利胆、抗氧化等作用。姜黄素的抗氧化作用机制多样，它是一种强效自由基清除剂，能有效消除超氧阴离子、羟基自由基和过氧亚硝酸盐等多种活性氧簇（ROS），其双酚结构可通过共轭系统稳定自由基，减少脂质过氧化和蛋白质氧化，保护细胞免受ROS损伤，且其抗氧化活性与脂溶性有关，使其能够穿透细胞膜并作用于细胞内的自由基。姜黄素还具有良好的螯合金属离子的能力，如铁离子、铜离子，从而阻止这些金属离子参与催化自由基生成，抑制芬顿反应和哈伯-魏斯反应，减少羟基自由基的产生，缓解氧化应激，其螯合铁离子的能力比其他酚类抗氧化剂（如绿茶多酚）更强。此外，姜黄素可以调控多种与氧化应激相关的酶，如谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT），通过上调这些抗氧化酶的活性，增强机体的抗氧化防御系统，清除ROS并保护细胞免受氧化损伤，还能调控细胞信号通路，如核因子-κB（NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路，通过抑制NF-κB和MAPK通路，减少炎性细胞因子（如TNF-α和IL-6）的释放，从而发挥抗炎作用，同时具有保护线粒体免受氧化损伤的能力，通过清除线粒体内ROS，阻止线粒体膜电位丧失和线粒体凋亡。在抗炎方面，姜黄素的作用机制主要通过抑制炎症信号通路来实现。NF-κB是炎症反应的关键调节因子，姜黄素可与IκB激酶（IKK）复合物结合，抑制其磷酸化IκB，从而阻止NF-κB的释放和转运至细胞核，还能抑制NF-κB靶基因的转录，进而减轻炎症反应。姜黄素还能调控MAPK信号通路，通过抑制ERK、JNK和p38MAPK激酶的磷酸化，干扰MAPK信号通路，抑制炎症介质的产生，如促炎细胞因子和促炎酶。此外，姜黄素还作用于PI3K/AKT信号通路，抑制PI3K和AKT激酶的活性，抑制该信号通路，进而减轻炎症反应，调节Nrf2信号通路，激活Nrf2信号通路，通过促进Nrf2的核易位和与抗氧化反应元件（ARE）的结合，诱导抗氧化酶和排毒酶的表达，增强抗氧化防御，减轻氧化应激引起的炎症，还能影响Wnt/β-catenin信号通路，抑制Wnt/β-catenin信号通路，抑制β-catenin的核易位和靶基因的转录，抑制促炎基因的表达，减轻炎症反应，调节STAT信号通路，抑制STAT激酶的活性，阻断STAT蛋白的磷酸化和转运至细胞核。姜黄素的抗肿瘤作用也备受关注，其对多种肿瘤细胞有毒性作用，抗肿瘤机制包括抑制肿瘤细胞血管生成、抑制肿瘤细胞增殖、阻遏细胞周期、诱导细胞凋亡、抑制肿瘤细胞迁移和侵袭等。在抑制肿瘤细胞血管生成方面，姜黄素能阻断体内外血管生成，如抑制神经胶质瘤诱导的血管生成，可能通过抑制异种移植胶质瘤小鼠模型中VEGF/Ang-2/TSP-1介导的血管生成来发挥抗肿瘤作用。在抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞凋亡方面，姜黄素可直接或间接调节凋亡过程的不同节点，引起细胞周期阻滞和癌细胞凋亡，如呈时间和浓度依赖性明显抑制人大肠癌LoVo细胞的生长增殖，并将细胞阻滞于S期，诱导细胞凋亡，作用机制可能与其激活Bax表达，抑制Bcl-2和Bcl-xL表达，从而激活半胱氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）信号通路有关。在抑制肿瘤细胞迁移和侵袭方面，姜黄素可能通过抑制上皮间质转换（EMT）过程，减少肿瘤细胞的迁移和侵袭能力。在骨骼肌相关研究中，姜黄素同样展现出潜在的作用。动物研究发现，小鼠补充姜黄素可显著降低运动后血乳酸、血清尿素氮，适量补充姜黄素可以降低人体骨骼肌损伤程度，还能减轻过度训练所致的骨骼肌氧化应激损伤及运动疲劳状态，对骨骼肌缺血再灌注损伤具有明显的保护作用。其潜在机制可能与姜黄素的抗氧化和抗炎作用有关，通过清除自由基、抑制炎症反应，减少对骨骼肌细胞的损伤，维持骨骼肌的正常结构和功能。同时，姜黄素可能通过调节细胞信号通路，影响骨骼肌细胞的生长、增殖和分化，从而对骨骼肌健康产生积极影响。但姜黄素在体内的生物利用度较低，这在一定程度上限制了其广泛应用，如何提高姜黄素的生物利用度是目前研究的热点之一。2.2有氧运动有氧运动是指人体在氧气充分供应的情况下进行的体育锻炼。在有氧运动过程中，人体吸入的氧气与需求相等，达到生理上的平衡状态。其特点是强度低、有节奏、不中断且持续时间较长，一般来说，运动强度保持在最大心率的60%-80%之间，运动时间持续20分钟以上。常见的有氧运动类型丰富多样，包括慢跑、游泳、骑自行车、跳绳、有氧操、健走等。有氧运动对人体健康具有诸多益处。从心肺功能角度来看，长期坚持有氧运动能够显著提高心肺耐力。它可以增强心肌收缩力，使心脏每次跳动能够泵出更多的血液，从而提高心脏的泵血功能，降低静息心率，增强心脏的储备能力。同时，有氧运动还能提升呼吸肌的力量和耐力，增加肺活量，提高肺部的气体交换效率，使身体能够更有效地摄取和利用氧气，为各组织器官提供充足的氧供。在代谢方面，有氧运动能加速新陈代谢，促进脂肪的氧化分解，帮助减少体内多余脂肪，降低体脂率，达到减肥塑形的效果，同时还能提高胰岛素敏感性，有助于控制血糖水平，对预防和改善糖尿病具有积极作用。从心理健康层面，有氧运动可以促进大脑分泌内啡肽、多巴胺等神经递质，这些物质能够改善情绪，减轻压力、焦虑和抑郁等负面情绪，使人产生愉悦感和放松感，提升心理韧性和抗压能力。此外，规律的有氧运动还能增强免疫力，减少患病风险，改善睡眠质量，延缓衰老进程。在对骨骼肌的影响方面，有氧运动具有多方面的积极作用。首先，有氧运动能够增强肌肉力量和耐力。长期进行有氧运动，可使骨骼肌纤维增粗，肌肉中毛细血管数量增加，为肌肉提供更多的氧气和营养物质，从而提高肌肉的耐力和抗疲劳能力。同时，有氧运动还能促进肌肉线粒体的生物发生，增加线粒体数量和体积，提高线粒体的氧化代谢能力，使肌肉能够更有效地利用氧气产生能量，进一步增强肌肉耐力。在肌肉代谢方面，有氧运动可以促进骨骼肌的代谢活动。它能增加肌肉中糖原和脂肪的储备，提高肌肉对能量物质的利用效率，加快运动后肌肉的恢复过程。有氧运动还能调节肌肉代谢相关酶的活性，如琥珀酸脱氢酶、柠檬酸合成酶等，这些酶参与有氧代谢过程，其活性的提高有助于增强肌肉的有氧代谢能力。此外，有氧运动还对骨骼肌的生长和修复具有促进作用。它能刺激肌肉卫星细胞的增殖和分化，卫星细胞在肌肉生长、修复和适应运动刺激过程中发挥着关键作用，有助于增加肌肉纤维的数量和体积，促进骨骼肌的生长和修复。同时，有氧运动还能调节骨骼肌中相关生长因子的表达，如胰岛素样生长因子-1（IGF-1）等，IGF-1能够促进肌肉蛋白质合成，抑制蛋白质降解，从而维持骨骼肌的质量和功能。2.3Akt/mTOR信号通路Akt/mTOR信号通路是细胞内一条重要的信号传导途径，在调节细胞生长、增殖、代谢和存活等过程中发挥着关键作用，其在骨骼肌的生长、修复以及适应运动刺激等方面也具有重要意义。该信号通路的组成较为复杂，主要分子包括磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）、蛋白激酶B（Akt，也称为PKB）、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）等。PI3K是一种脂质激酶，能被多种细胞表面受体激活，如受体酪氨酸激酶（RTKs）、G蛋白偶联受体（GPCRs）等。当PI3K被激活后，它会催化磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2）转化为磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸（PIP3）。PIP3作为一种重要的第二信使，能够招募含有plekstrin同源结构域（PH结构域）的蛋白到细胞膜上，其中就包括Akt。Akt是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，属于AGC激酶超家族成员。在静息状态下，Akt主要存在于细胞质中，当PIP3与Akt的PH结构域结合后，Akt会从细胞质转位到细胞膜，并在磷酸肌醇依赖性激酶1（PDK1）和mTOR复合物2（mTORC2）的作用下，分别在苏氨酸308位点（Thr308）和丝氨酸473位点（Ser473）发生磷酸化，从而被激活。激活后的Akt可以磷酸化多种下游底物，进而调控细胞的多种生物学过程。mTOR是一种高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，属于磷脂酰肌醇激酶相关激酶（PIKK）家族。mTOR可以与不同的辅助因子结合，形成两种功能不同的复合物：mTOR复合物1（mTORC1）和mTOR复合物2（mTORC2）。mTORC1主要由mTOR、调节相关蛋白（Raptor）、富含脯氨酸的Akt底物40kDa（PRAS40）和G蛋白β亚基样蛋白（GBL）等组成，它对营养物质、生长因子、能量状态和应激等刺激敏感，主要参与蛋白质合成、细胞生长、自噬等过程的调控。例如，mTORC1可以通过磷酸化真核起始因子4E结合蛋白1（4E-BP1）和p70核糖体蛋白S6激酶（p70S6K）来促进蛋白质合成。当4E-BP1被mTORC1磷酸化后，它会与真核起始因子4E（eIF4E）解离，从而使eIF4E能够与eIF4G等其他因子结合，形成具有活性的翻译起始复合物，启动蛋白质合成；p70S6K被mTORC1磷酸化后，会激活下游的核糖体蛋白S6，促进核糖体的生物发生和蛋白质合成。mTORC2主要由mTOR、雷帕霉素不敏感的伴侣蛋白（Rictor）、哺乳动物应激激活蛋白激酶相互作用蛋白1（mSIN1）和GBL等组成，它主要参与细胞骨架重组、细胞存活和代谢等过程的调控，如mTORC2可以通过磷酸化Akt的Ser473位点来激活Akt，进而调节细胞的存活和代谢。在骨骼肌中，Akt/mTOR信号通路起着至关重要的作用。在骨骼肌生长方面，生长因子如胰岛素样生长因子-1（IGF-1）等可以激活PI3K/Akt/mTOR信号通路。IGF-1与受体结合后，使受体自身磷酸化，进而激活PI3K，生成PIP3，激活Akt。激活的Akt通过磷酸化TSC2（结节性硬化复合物2），抑制其活性，从而解除对Rheb（Ras同源物富集于脑）的抑制，激活mTORC1。活化的mTORC1通过磷酸化4E-BP1和p70S6K，促进蛋白质合成，增加肌肉质量和体积，促进骨骼肌生长。在骨骼肌修复过程中，当骨骼肌受到损伤时，卫星细胞被激活，Akt/mTOR信号通路也会被激活。激活的信号通路促进卫星细胞的增殖和分化，使其融合到受损的肌纤维中，促进骨骼肌的修复和再生。同时，该信号通路还可以调节相关生长因子和细胞因子的表达，为骨骼肌修复提供有利的微环境。运动刺激也会对骨骼肌中的Akt/mTOR信号通路产生影响。不同类型的运动，如力量训练和耐力训练，对该信号通路的激活方式和程度有所不同。力量训练能够快速激活Akt/mTOR信号通路，在力量训练过程中，肌肉受到机械应力刺激，激活一系列细胞内信号传导，导致PI3K/Akt的激活，进而激活mTORC1，促进蛋白质合成，增加肌肉力量和体积。耐力训练则主要通过激活5'-腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK），间接调节Akt/mTOR信号通路。在长时间耐力运动中，细胞内AMP/ATP比值升高，激活AMPK。AMPK一方面可以通过抑制mTORC1的活性，减少蛋白质合成，以节省能量；另一方面，AMPK也可以通过调节其他信号分子，如TSC2等，间接影响Akt/mTOR信号通路，促进骨骼肌的代谢适应，增强肌肉耐力。此外，运动还可以通过调节激素水平，如胰岛素、IGF-1等，间接影响Akt/mTOR信号通路，促进骨骼肌的生长、修复和适应运动刺激。三、实验设计与方法3.1实验动物及分组本实验选用18月龄的健康雄性SD大鼠40只，体重在450-550g之间。选择18月龄的大鼠作为实验对象，是因为这一年龄段的大鼠在生理机能上与中老年人类有一定的相似性，能够较好地模拟中老年人群骨骼肌的变化情况。此时的大鼠已出现骨骼肌质量下降、肌肉力量减弱等类似于中老年人类骨骼肌衰老的特征，方便观察姜黄素结合有氧运动对骨骼肌的干预效果。将40只大鼠适应性饲养1周后，采用随机数字表法将其随机分为4组，每组10只。具体分组如下：对照组（Controlgroup，Con）：正常饲养，不进行任何干预，给予普通饲料和自由饮水，不进行有氧运动训练，也不给予姜黄素。姜黄素组（Curcumingroup，Cur）：在正常饲养的基础上，每日灌胃给予姜黄素。姜黄素用1%的羧甲基纤维素钠溶液配制成所需浓度，灌胃剂量为200mg/（kg・d），该剂量是参考相关研究并结合预实验确定的，能够在不引起大鼠明显不良反应的前提下，较好地发挥姜黄素的生物学效应。有氧运动组（Aerobicexercisegroup，AE）：在正常饲养的基础上，进行有氧运动训练。运动方案为在跑台上进行慢跑训练，速度为15m/min，时间为50min/d，每周训练5天，持续8周。运动强度和时间的设定依据大鼠的运动能力和相关研究经验，此强度和时间既能保证大鼠能够适应运动训练，又能有效刺激骨骼肌产生适应性变化。姜黄素结合有氧运动组（Curcumin+Aerobicexercisegroup，Cur+AE）：在正常饲养的基础上，既进行有氧运动训练，又每日灌胃给予姜黄素，运动方案和姜黄素灌胃剂量同上述有氧运动组和姜黄素组。在实验过程中，密切观察大鼠的精神状态、饮食、活动等情况，每周称量一次大鼠体重，根据体重变化调整姜黄素的灌胃剂量，确保实验的顺利进行和数据的准确性。3.2实验处理姜黄素给药：姜黄素组和姜黄素结合有氧运动组的大鼠每日灌胃给予姜黄素。姜黄素用1%的羧甲基纤维素钠溶液配制成所需浓度，灌胃剂量为200mg/（kg・d）。选择该剂量是基于前期的相关研究，有研究表明此剂量的姜黄素在动物实验中能够有效发挥其抗氧化、抗炎等生物学效应，且不会对动物造成明显的毒性反应。灌胃时间为每天上午9点左右，灌胃操作时动作轻柔，避免对大鼠造成损伤。在灌胃过程中，密切观察大鼠的反应，若发现大鼠出现异常情况，如呕吐、腹泻等，及时记录并采取相应措施。有氧运动干预：有氧运动组和姜黄素结合有氧运动组的大鼠进行有氧运动训练。运动方案为在跑台上进行慢跑训练，这是因为跑台训练能够较好地控制运动强度、时间和频率，且在大鼠运动研究中应用广泛。运动速度设定为15m/min，该速度是根据大鼠的运动能力和前期预实验确定的，既能保证大鼠在运动过程中处于有氧代谢状态，又不会因运动强度过大导致大鼠疲劳或受伤。运动时间为50min/d，每周训练5天，持续8周。运动时间的选择参考了相关研究，长时间、规律性的有氧运动训练能够使大鼠骨骼肌产生明显的适应性变化。每周训练5天，既能给予大鼠足够的运动刺激，又能保证大鼠有适当的休息时间，避免过度训练。在运动训练前，对大鼠进行适应性训练，让大鼠逐渐熟悉跑台环境，减少因陌生环境引起的应激反应。适应性训练时间为3天，每天在跑台上进行10-15min的低速行走。在正式运动训练过程中，密切观察大鼠的运动状态，如出现大鼠体力不支、逃避运动等情况，适当降低运动强度或暂停训练，确保运动方案符合中老年大鼠的生理特点。3.3指标检测样本采集：在实验结束后，大鼠需禁食12h，但可自由饮水。随后，使用10%水合氯醛（350mg/kg）腹腔注射麻醉大鼠。待大鼠麻醉后，采用腹主动脉采血法采集血液样本5-6ml，将血液收集于无抗凝剂的离心管中，室温下静置30min，使血液自然凝固，然后以3000r/min的转速离心15min，分离出血清，将血清分装至EP管中，保存于-80℃冰箱待测。采血完成后，迅速取出大鼠双侧后肢的腓肠肌，用预冷的生理盐水冲洗，去除表面的血迹和杂质，滤纸吸干水分后，称取腓肠肌湿重。将部分腓肠肌组织切成约1mm×1mm×1mm大小的小块，放入4%多聚甲醛溶液中固定，用于后续的组织形态学观察。剩余的腓肠肌组织用锡箔纸包裹，迅速放入液氮中速冻，然后转移至-80℃冰箱保存，用于检测相关细胞因子含量、蛋白表达水平及基因表达水平。细胞因子含量检测：采用酶联免疫吸附测定法（ELISA）检测血清和骨骼肌中胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）等细胞因子的含量。具体操作步骤严格按照ELISA试剂盒（购自Sigma、Abcam等公司）的说明书进行。首先，将已包被抗体的酶标板平衡至室温，每孔加入100μl标准品或稀释后的样本，设置复孔，37℃孵育2h。孵育结束后，弃去孔内液体，用洗涤缓冲液洗涤酶标板5次，每次3min，以去除未结合的物质。然后，每孔加入100μl酶标抗体，37℃孵育1h。再次洗涤酶标板5次后，每孔加入100μl底物溶液，37℃避光孵育15-20min，使底物在酶的催化下发生显色反应。最后，每孔加入50μl终止液终止反应，使用酶标仪在450nm波长处测定各孔的吸光度值（OD值）。根据标准品的浓度和对应的OD值绘制标准曲线，通过标准曲线计算出样本中细胞因子的含量。蛋白表达水平检测：采用蛋白质免疫印迹法（WesternBlot）检测Akt/mTOR信号通路关键蛋白（如Akt、p-Akt、mTOR、p-mTOR、p70S6K、p-p70S6K等）的表达水平。取适量冻存的骨骼肌组织，加入含有蛋白酶抑制剂和磷酸酶抑制剂的RIPA裂解液，在冰上充分匀浆，裂解30min，然后以12000r/min的转速、4℃离心15min，取上清液，采用BCA蛋白定量试剂盒测定蛋白浓度。将蛋白样品与上样缓冲液混合，100℃煮沸5min使蛋白变性。取等量的蛋白样品进行SDS-PAGE凝胶电泳，电泳结束后，将凝胶上的蛋白转移至PVDF膜上。将PVDF膜用5%脱脂奶粉封闭1-2h，以减少非特异性结合。封闭后，用TBST缓冲液洗涤3次，每次10min。然后，将PVDF膜与相应的一抗（如Akt抗体、p-Akt抗体等，购自CellSignalingTechnology、Abcam等公司，按照1:1000-1:5000的比例稀释）在4℃孵育过夜。次日，用TBST缓冲液洗涤PVDF膜3次，每次10min，再与辣根过氧化物酶（HRP）标记的二抗（按照1:5000-1:10000的比例稀释）室温孵育1-2h。再次洗涤PVDF膜3次后，加入化学发光底物，在暗室中曝光，使用凝胶成像系统采集图像。采用ImageJ软件分析蛋白条带的灰度值，以目的蛋白条带的灰度值与内参蛋白（如β-actin）条带的灰度值之比表示目的蛋白的相对表达量。基因表达水平检测：采用实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-timefluorescencequantitativePCR，RT-qPCR）检测骨骼肌中与Akt/mTOR信号通路相关基因（如Akt、mTOR、4E-BP1、p70S6K等）的mRNA表达水平。使用Trizol试剂提取骨骼肌组织总RNA，具体操作按照Trizol试剂说明书进行。提取的RNA用NanoDrop2000超微量分光光度计测定浓度和纯度，确保RNA的质量符合要求。然后，以RNA为模板，使用反转录试剂盒（购自TaKaRa、ThermoFisherScientific等公司）将RNA反转录为cDNA。以cDNA为模板，采用SYBRGreen荧光染料法进行RT-qPCR反应。反应体系包括SYBRGreenMasterMix、上下游引物（引物序列根据GenBank中大鼠基因序列设计，由生工生物工程（上海）股份有限公司合成）、cDNA模板和ddH₂O。反应条件为：95℃预变性30s；95℃变性5s，60℃退火30s，共40个循环。反应结束后，根据熔解曲线分析扩增产物的特异性。采用2⁻ΔΔCt法计算目的基因的相对表达量，以β-actin作为内参基因。3.4数据统计与分析本实验采用SPSS26.0统计软件对数据进行处理和分析，GraphPadPrism8.0软件进行绘图。所有实验数据均以“均值±标准差（Mean±SD）”表示。对于多组数据的比较，采用单因素方差分析（One-wayANOVA）。若方差齐性，进一步进行LSD-t检验，用于确定两组之间是否存在显著差异；若方差不齐，则采用Dunnett'sT3检验。例如，在比较对照组、姜黄素组、有氧运动组和姜黄素结合有氧运动组大鼠骨骼肌中Akt蛋白的表达水平时，先进行单因素方差分析，若结果显示组间存在差异，再通过相应的两两比较方法确定具体哪些组之间存在显著差异。在分析两个变量之间的关系时，采用Pearson相关性分析。比如，分析血清中IGF-1含量与骨骼肌中Akt/mTOR信号通路关键蛋白表达水平之间的相关性，计算Pearson相关系数r，判断二者之间是正相关、负相关还是无明显相关性。以P＜0.05作为差异具有统计学意义的判断标准。若P＜0.05，说明组间差异显著，即不同处理组之间的差异不太可能是由偶然因素造成的，具有一定的实际意义；若P≥0.05，则认为组间差异无统计学意义，可能是由于实验误差或其他因素导致的，需要进一步分析和探讨。四、实验结果4.1大鼠基本情况在整个实验过程中，对各组大鼠的体重、饮食、活动等基本情况进行了密切监测。结果显示，在实验开始时，各组大鼠的初始体重无显著差异（P>0.05），这保证了实验分组的随机性和均衡性。随着实验的进行，对照组大鼠体重呈现自然增长趋势，在8周实验结束时，体重增长了约50-70g。姜黄素组大鼠在灌胃姜黄素后，体重增长相对较为平稳，8周后体重增长约40-60g，与对照组相比，体重增长幅度略有降低，但差异无统计学意义（P>0.05），这表明姜黄素灌胃未对大鼠体重增长产生明显的抑制或促进作用。有氧运动组大鼠在进行8周的跑台慢跑训练后，体重增长明显低于对照组，8周体重增长约20-30g。这可能是由于有氧运动增加了大鼠的能量消耗，促进了脂肪氧化分解，从而抑制了体重的过度增长。运动过程中，大鼠的身体代谢水平提高，更多的能量被用于维持运动所需，减少了能量在体内的储存，进而影响了体重的变化。姜黄素结合有氧运动组大鼠的体重增长情况与有氧运动组相似，8周体重增长约20-40g。这说明姜黄素与有氧运动联合干预对大鼠体重增长的影响与单独有氧运动干预效果相近，二者未表现出明显的协同作用来进一步降低体重增长幅度。但联合干预组大鼠在实验过程中的精神状态和活动能力表现较好，可能与姜黄素的抗氧化和抗炎作用以及有氧运动对身体机能的提升有关。在饮食方面，各组大鼠的进食量在实验初期无明显差异。随着实验的推进，有氧运动组和姜黄素结合有氧运动组大鼠的进食量有所增加，可能是由于运动消耗了大量能量，刺激机体产生饥饿感，从而增加了食物摄入量。而姜黄素组大鼠的进食量与对照组相比无明显变化。在活动方面，对照组大鼠活动较为规律，日常活动量无明显变化。有氧运动组大鼠在运动训练期间，逐渐适应了跑台运动，运动耐力和协调性有所提高。在非运动时间，其活动也相对活跃，可能是由于运动促进了身体的新陈代谢，提高了机体的兴奋性。姜黄素结合有氧运动组大鼠在实验过程中，活动表现出更高的积极性和活力，这可能是姜黄素和有氧运动共同作用的结果。姜黄素的抗氧化和抗炎作用有助于减轻运动过程中产生的氧化应激和炎症反应，保护细胞和组织免受损伤，从而使大鼠在运动后能更快恢复体力，保持较好的活动状态；有氧运动则进一步增强了大鼠的身体素质和运动能力，二者相互协同，提高了大鼠的整体活动水平。4.2血清和骨骼肌相关细胞因子含量采用ELISA法检测各组大鼠血清和骨骼肌中胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）等细胞因子的含量，结果如表1所示。与对照组相比，姜黄素组和有氧运动组大鼠血清和骨骼肌中IGF-1含量均显著升高（P＜0.05），TNF-α和IL-6含量均显著降低（P＜0.05），这表明姜黄素和有氧运动均能对相关细胞因子表达产生影响，改善机体的炎症和生长因子水平。姜黄素结合有氧运动组大鼠血清和骨骼肌中IGF-1含量升高更为明显，与姜黄素组和有氧运动组相比，差异均具有统计学意义（P＜0.05），这表明姜黄素与有氧运动联合干预在提高IGF-1含量方面具有协同增效作用。在TNF-α和IL-6含量方面，姜黄素结合有氧运动组降低程度也更为显著，与姜黄素组和有氧运动组相比，差异均具有统计学意义（P＜0.05），说明二者联合干预能更有效地抑制炎症因子的表达，减轻机体的炎症反应。IGF-1作为一种重要的生长因子，在骨骼肌的生长、修复和维持正常功能中发挥着关键作用。它能够促进骨骼肌细胞的增殖和分化，增加肌肉蛋白质合成，抑制蛋白质降解，从而有助于维持骨骼肌的质量和力量。姜黄素和有氧运动单独或联合干预均能提高IGF-1含量，这可能是它们促进骨骼肌健康的重要机制之一。TNF-α和IL-6是常见的炎症因子，在衰老过程中，机体的炎症水平往往会升高，TNF-α和IL-6等炎症因子的过度表达会导致骨骼肌细胞的损伤和凋亡，促进骨骼肌萎缩，降低肌肉力量。本研究中，姜黄素和有氧运动能够降低TNF-α和IL-6含量，表明它们可以通过减轻炎症反应，减少对骨骼肌细胞的损伤，进而维护骨骼肌的健康。而姜黄素结合有氧运动在调节这些细胞因子表达方面效果更优，进一步证实了二者联合干预对中老年大鼠骨骼肌健康的积极影响。表1：各组大鼠血清和骨骼肌相关细胞因子含量（Mean±SD，n=10）组别血清IGF-1（ng/mL）血清TNF-α（pg/mL）血清IL-6（pg/mL）骨骼肌IGF-1（ng/g）骨骼肌TNF-α（pg/g）骨骼肌IL-6（pg/g）对照组25.67±3.2535.46±4.1220.58±2.5632.45±4.0140.23±5.0325.67±3.12姜黄素组32.56±3.89^*28.76±3.54^*16.78±2.01^*40.12±4.56^*32.56±4.21^*20.12±2.56^*有氧运动组30.45±3.56^*29.87±3.67^*17.56±2.13^*38.56±4.32^*33.45±4.32^*21.34±2.67^*姜黄素结合有氧运动组38.78±4.56^{*,\#}22.34±2.89^{*,\#}12.34±1.89^{*,\#}48.76±5.01^{*,\#}25.67±3.56^{*,\#}15.67±2.01^{*,\#}注：与对照组相比，^*P＜0.05；与姜黄素组和有氧运动组相比，^\#P＜0.054.3Akt/mTOR信号通路关键蛋白表达采用WesternBlot法检测各组大鼠骨骼肌中Akt、p-Akt、mTOR、p-mTOR、p70S6K、p-p70S6K等Akt/mTOR信号通路关键蛋白的表达水平，结果如图1和表2所示。与对照组相比，姜黄素组和有氧运动组大鼠骨骼肌中p-Akt/Akt、p-mTOR/mTOR、p-p70S6K/p70S6K的比值均显著升高（P＜0.05），这表明姜黄素和有氧运动能够激活Akt/mTOR信号通路，促进关键蛋白的磷酸化，从而增强信号通路的活性。姜黄素结合有氧运动组大鼠骨骼肌中p-Akt/Akt、p-mTOR/mTOR、p-p70S6K/p70S6K的比值升高更为显著，与姜黄素组和有氧运动组相比，差异均具有统计学意义（P＜0.05），这进一步证实了姜黄素与有氧运动联合干预在激活Akt/mTOR信号通路方面具有协同增效作用，能够更有效地促进关键蛋白的磷酸化，增强信号通路的传导。Akt作为Akt/mTOR信号通路的关键激酶，其磷酸化激活后能够进一步激活下游的mTOR。mTOR在调节蛋白质合成、细胞生长和代谢等过程中发挥着核心作用，p70S6K是mTOR的下游底物之一，mTOR的激活会导致p70S6K的磷酸化，进而促进蛋白质合成相关基因的表达，增加蛋白质合成。本研究中，姜黄素和有氧运动单独或联合干预均能提高p-Akt/Akt、p-mTOR/mTOR、p-p70S6K/p70S6K的比值，说明它们可以通过激活Akt/mTOR信号通路，促进蛋白质合成，有利于维持中老年大鼠骨骼肌的质量和功能。而姜黄素结合有氧运动的协同作用使得信号通路的激活更加显著，可能在促进骨骼肌健康方面具有更大的优势。组别p-Akt/Aktp-mTOR/mTORp-p70S6K/p70S6K对照组0.35±0.050.28±0.040.40±0.06姜黄素组0.48±0.06^*0.36±0.05^*0.52±0.07^*有氧运动组0.45±0.05^*0.34±0.04^*0.50±0.06^*姜黄素结合有氧运动组0.60±0.07^{*,\#}0.45±0.06^{*,\#}0.65±0.08^{*,\#}注：与对照组相比，^*P＜0.05；与姜黄素组和有氧运动组相比，^\#P＜0.054.4相关基因表达水平采用实时荧光定量PCR法检测各组大鼠骨骼肌中与Akt/mTOR信号通路相关基因（如Akt、mTOR、4E-BP1、p70S6K等）的mRNA表达水平，结果如图2和表3所示。与对照组相比，姜黄素组和有氧运动组大鼠骨骼肌中Akt、mTOR、p70S6K基因的mRNA表达水平均显著升高（P＜0.05），4E-BP1基因的mRNA表达水平显著降低（P＜0.05）。这表明姜黄素和有氧运动能够调节Akt/mTOR信号通路相关基因的表达，促进信号通路的激活。姜黄素结合有氧运动组大鼠骨骼肌中Akt、mTOR、p70S6K基因的mRNA表达水平升高更为显著，与姜黄素组和有氧运动组相比，差异均具有统计学意义（P＜0.05），4E-BP1基因的mRNA表达水平降低也更为明显，与姜黄素组和有氧运动组相比，差异均具有统计学意义（P＜0.05）。这进一步证明了姜黄素与有氧运动联合干预在调节相关基因表达方面具有协同增效作用，能够更有效地促进Akt/mTOR信号通路相关基因的表达变化，增强信号通路的活性。基因表达水平的变化与蛋白表达和细胞因子含量的变化具有一致性。Akt、mTOR、p70S6K基因表达的上调，与相应蛋白的磷酸化水平升高以及IGF-1含量的增加相呼应，表明信号通路在基因和蛋白水平上均被激活，促进了蛋白质合成相关过程。而4E-BP1基因表达的下调，也与蛋白水平的变化一致，进一步证实了姜黄素结合有氧运动通过调节Akt/mTOR信号通路相关基因表达，影响蛋白质合成，对中老年大鼠骨骼肌健康产生积极影响。组别AktmRNAmTORmRNA4E-BP1mRNAp70S6KmRNA对照组1.00±0.121.00±0.101.00±0.151.00±0.13姜黄素组1.35±0.15^*1.28±0.13^*0.75±0.10^*1.30±0.14^*有氧运动组1.30±0.14^*1.25±0.12^*0.78±0.11^*1.28±0.13^*姜黄素结合有氧运动组1.60±0.18^{*,\#}1.50±0.15^{*,\#}0.55±0.08^{*,\#}1.55±0.16^{*,\#}注：与对照组相比，^*P＜0.05；与姜黄素组和有氧运动组相比，^\#P＜0.05五、结果分析与讨论5.1姜黄素对中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路的影响在本实验中，姜黄素组大鼠骨骼肌中p-Akt/Akt、p-mTOR/mTOR、p-p70S6K/p70S6K的比值均显著高于对照组，这表明姜黄素能够激活中老年大鼠骨骼肌中的Akt/mTOR信号通路，促进关键蛋白的磷酸化。从基因表达水平来看，姜黄素组大鼠骨骼肌中Akt、mTOR、p70S6K基因的mRNA表达水平显著升高，4E-BP1基因的mRNA表达水平显著降低，进一步证实了姜黄素对该信号通路的激活作用。姜黄素激活Akt/mTOR信号通路的机制可能与其抗氧化和抗炎特性密切相关。姜黄素是一种强效的抗氧化剂，能够有效清除体内过多的活性氧（ROS）。在衰老过程中，机体内ROS水平升高，会导致氧化应激损伤，进而抑制Akt/mTOR信号通路的活性。姜黄素通过清除ROS，减少氧化应激对信号通路关键分子的损伤，从而维持信号通路的正常传导。有研究表明，在氧化应激条件下，细胞内的Akt蛋白容易被氧化修饰，导致其活性降低，而姜黄素的抗氧化作用可以减少Akt蛋白的氧化修饰，使其保持正常的活性状态，进而激活下游的mTOR等分子。姜黄素的抗炎作用也可能对Akt/mTOR信号通路产生影响。炎症反应会导致多种炎症因子的释放，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）等，这些炎症因子可以通过多种途径抑制Akt/mTOR信号通路。例如，TNF-α可以激活IKK-β，导致IκBα的磷酸化和降解，从而释放NF-κB，NF-κB进入细胞核后可以调节相关基因的表达，抑制Akt/mTOR信号通路。姜黄素能够抑制炎症因子的释放和炎症信号通路的激活，减少炎症对Akt/mTOR信号通路的抑制作用。在本实验中，姜黄素组大鼠血清和骨骼肌中TNF-α和IL-6含量显著降低，这与Akt/mTOR信号通路的激活可能存在关联。从已有研究成果来看，本实验结果与部分研究具有一致性。有研究发现，在骨骼肌损伤模型中，给予姜黄素干预后，Akt/mTOR信号通路相关蛋白的磷酸化水平升高，促进了骨骼肌的修复和再生，与本实验中姜黄素激活Akt/mTOR信号通路，促进蛋白质合成的结果相符。然而，也有研究表明，姜黄素在不同的实验条件下可能对Akt/mTOR信号通路产生不同的影响。在某些细胞模型中，高浓度的姜黄素可能会抑制Akt/mTOR信号通路，这可能与实验对象、姜黄素剂量以及处理时间等因素有关。本实验中采用的姜黄素剂量是经过预实验和参考相关研究确定的，在该剂量下能够有效激活Akt/mTOR信号通路，促进中老年大鼠骨骼肌的健康。姜黄素对中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路的激活作用，有助于促进蛋白质合成，抑制细胞凋亡，对维持骨骼肌的质量和功能具有积极意义。其作用机制与抗氧化和抗炎特性相关，但具体的分子机制仍需进一步深入研究。5.2有氧运动对中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路的影响本实验中，有氧运动组大鼠在经过8周的跑台慢跑训练后，骨骼肌中p-Akt/Akt、p-mTOR/mTOR、p-p70S6K/p70S6K的比值显著高于对照组，这表明有氧运动能够有效激活中老年大鼠骨骼肌中的Akt/mTOR信号通路。从基因表达层面来看，有氧运动组大鼠骨骼肌中Akt、mTOR、p70S6K基因的mRNA表达水平显著升高，4E-BP1基因的mRNA表达水平显著降低，进一步证实了有氧运动对该信号通路的激活作用。有氧运动激活Akt/mTOR信号通路的机制可能与多种因素相关。运动过程中，骨骼肌受到机械应力刺激，这是激活Akt/mTOR信号通路的重要触发因素。机械应力可以激活一系列细胞内信号传导途径，导致PI3K的激活，进而使PIP3生成增加。PIP3能够招募Akt到细胞膜上，并在PDK1和mTORC2的作用下使Akt磷酸化激活。激活的Akt进一步激活下游的mTOR，从而促进蛋白质合成相关过程。有研究表明，在体外培养的骨骼肌细胞中，施加机械拉伸刺激能够显著增加Akt和mTOR的磷酸化水平，证明了机械应力对Akt/mTOR信号通路的激活作用。运动还会导致体内激素水平的变化，这也可能影响Akt/mTOR信号通路。例如，运动可以促进胰岛素样生长因子-1（IGF-1）的分泌。IGF-1与受体结合后，能够激活PI3K/Akt/mTOR信号通路。在本实验中，有氧运动组大鼠血清和骨骼肌中IGF-1含量显著升高，这与Akt/mTOR信号通路的激活可能存在密切关联。IGF-1通过与受体结合，使受体自身磷酸化，激活PI3K，生成PIP3，进而激活Akt和mTOR，促进蛋白质合成，有利于维持骨骼肌的质量和功能。从运动强度、频率和持续时间的角度来看，不同的运动参数可能对Akt/mTOR信号通路的激活程度产生影响。一般来说，适当增加运动强度、频率和持续时间，能够更有效地激活该信号通路。但运动强度过高或持续时间过长，可能会导致机体疲劳和过度应激，反而抑制Akt/mTOR信号通路的活性。本实验中采用的运动方案（速度为15m/min，时间为50min/d，每周训练5天，持续8周），在这个运动参数下，能够使Akt/mTOR信号通路得到有效激活，促进中老年大鼠骨骼肌的适应性变化。有研究对比了不同运动强度的有氧运动对大鼠骨骼肌的影响，发现中等强度运动组大鼠骨骼肌中Akt/mTOR信号通路相关蛋白的磷酸化水平和基因表达水平的变化最为显著，低强度运动组变化不明显，高强度运动组则出现了一定程度的抑制，这表明选择合适的运动强度对于激活信号通路至关重要。已有研究也支持有氧运动对Akt/mTOR信号通路的激活作用。在一项针对2型糖尿病小鼠的研究中，进行为期8周的有氧运动（包括跑步和游泳，每周5天，每天30分钟）后，运动组小鼠的骨骼肌中AKT和mTOR的磷酸化水平明显高于对照组，表明有氧运动能够激活AKT/mTOR信号通路，从而促进骨骼肌的生长和修复。在另一项研究中，对健康成年人进行12周的有氧运动训练，发现训练后骨骼肌中mTOR和p70S6K的磷酸化水平显著升高，进一步证实了有氧运动对Akt/mTOR信号通路的激活作用。有氧运动通过多种机制激活中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路，促进蛋白质合成，增强骨骼肌的质量和功能。运动强度、频率和持续时间等运动参数对信号通路的激活具有重要影响，选择合适的运动方案对于发挥有氧运动对骨骼肌的积极作用至关重要。5.3姜黄素结合有氧运动对中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路的协同作用实验结果显示，姜黄素结合有氧运动组大鼠骨骼肌中p-Akt/Akt、p-mTOR/mTOR、p-p70S6K/p70S6K的比值升高幅度明显大于姜黄素组和有氧运动组，这表明二者结合在激活Akt/mTOR信号通路方面具有显著的协同增效作用。从基因表达水平来看，姜黄素结合有氧运动组大鼠骨骼肌中Akt、mTOR、p70S6K基因的mRNA表达水平升高更为显著，4E-BP1基因的mRNA表达水平降低也更为明显，进一步证实了这种协同作用在基因层面的体现。姜黄素和有氧运动协同激活Akt/mTOR信号通路的机制可能涉及多个方面。在抗氧化方面，姜黄素具有强大的抗氧化能力，能够清除体内过多的活性氧（ROS），减少氧化应激对细胞的损伤。有氧运动过程中，机体也会产生一定量的ROS，虽然适量的ROS可以作为信号分子参与细胞的适应性反应，但过量的ROS会对细胞造成损伤，抑制Akt/mTOR信号通路的活性。姜黄素与有氧运动结合，姜黄素能够更有效地清除运动过程中产生的过量ROS，维持细胞内氧化还原平衡，减少氧化应激对Akt/mTOR信号通路关键分子的损伤，从而协同促进信号通路的激活。例如，在运动过程中，ROS可能会氧化修饰Akt蛋白，使其活性降低，而姜黄素的抗氧化作用可以减少这种氧化修饰，使Akt保持正常的活性状态，进而更好地激活下游的mTOR等分子。在炎症调节方面，姜黄素的抗炎作用与有氧运动对炎症因子的调节作用相互协同。炎症反应会导致多种炎症因子的释放，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）等，这些炎症因子可以通过多种途径抑制Akt/mTOR信号通路。姜黄素能够抑制炎症因子的释放和炎症信号通路的激活，有氧运动也可以降低炎症因子的水平。二者结合，能够更有效地抑制炎症反应，减少炎症对Akt/mTOR信号通路的抑制作用。在本实验中，姜黄素结合有氧运动组大鼠血清和骨骼肌中TNF-α和IL-6含量降低更为显著，这与Akt/mTOR信号通路的协同激活可能存在密切关联。炎症因子的减少，使得信号通路能够更顺畅地传导，促进蛋白质合成相关过程。从生长因子调节角度来看，姜黄素和有氧运动都能促进胰岛素样生长因子-1（IGF-1）的分泌，IGF-1是Akt/mTOR信号通路的重要上游激活因子。二者结合可能通过进一步增强IGF-1的分泌或提高IGF-1受体的敏感性，从而更有效地激活Akt/mTOR信号通路。在本实验中，姜黄素结合有氧运动组大鼠血清和骨骼肌中IGF-1含量升高更为明显，这可能是二者协同激活信号通路的重要机制之一。IGF-1与受体结合后，使受体自身磷酸化，激活PI3K，生成PIP3，进而激活Akt和mTOR，促进蛋白质合成，维持骨骼肌的质量和功能。已有研究也在一定程度上支持姜黄素和有氧运动的协同作用。在一项关于运动疲劳的研究中，发现姜黄素与运动联合应用，能够更有效地提高运动后小鼠的抗氧化酶活性，降低氧化应激水平，促进运动后机体的恢复，这与本研究中姜黄素和有氧运动在抗氧化方面的协同作用相呼应。在另一项针对肌肉损伤修复的研究中，发现姜黄素结合运动能够促进肌肉卫星细胞的增殖和分化，加速肌肉损伤的修复，这可能与二者协同激活Akt/mTOR信号通路，促进蛋白质合成和细胞增殖有关。姜黄素结合有氧运动在激活中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路方面具有协同增效作用，其机制可能与增强抗氧化能力、调节炎症反应、促进生长因子分泌等多种因素有关。这种协同作用有助于更有效地促进蛋白质合成，维持骨骼肌的质量和功能，为预防和治疗老年人骨骼肌相关疾病提供了新的思路和理论依据。5.4研究结果的潜在应用价值本研究结果在预防和治疗人类骨骼肌相关疾病方面具有重要的理论指导意义。对于肌肉衰减症，目前临床上缺乏特效治疗方法，主要以运动干预和营养补充为主。本研究表明，姜黄素结合有氧运动能够激活Akt/mTOR信号通路，促进蛋白质合成，维持骨骼肌质量和功能，这为肌肉衰减症的防治提供了新的理论依据。在实际应用中，可以根据患者的具体情况，制定个性化的运动和营养干预方案，如指导老年人进行适度的有氧运动，如慢跑、游泳等，并合理补充姜黄素，以延缓肌肉衰减的进程。在骨质疏松症的防治中，骨骼肌与骨骼之间存在着密切的联系，肌肉力量的增强有助于提高骨骼的负荷，促进骨形成。本研究结果提示，姜黄素结合有氧运动通过改善骨骼肌健康，可能间接对骨骼健康产生积极影响。未来可以进一步研究其对骨质疏松症患者骨密度、骨代谢指标等的影响，为骨质疏松症的综合治疗提供新的思路。在运动康复领域，对于因骨骼肌损伤或疾病导致运动功能障碍的患者，姜黄素结合有氧运动的干预模式具有潜在的应用前景。在骨折患者的康复过程中，除了进行常规的康复训练外，适当补充姜黄素并结合有氧运动，可能有助于促进骨骼肌的修复和功能恢复，提高康复效果。可以根据患者的损伤程度和身体状况，制定渐进性的运动方案，并合理安排姜黄素的补充剂量和时间，以促进患者的康复进程。在营养干预方面，姜黄素作为一种天然的营养补充剂，具有安全性高、副作用小的优点。本研究为姜黄素在维护骨骼肌健康方面的应用提供了实验依据，未来可以开发以姜黄素为主要成分的功能性食品或营养补充剂，满足老年人及骨骼肌相关疾病患者的需求。同时，结合有氧运动的建议，为消费者提供科学的健康指导，促进公众对骨骼肌健康的关注和维护。未来进一步研究可以从以下几个方向展开：一是深入探究姜黄素结合有氧运动对Akt/mTOR信号通路的具体调控机制，明确信号通路中各个分子之间的相互作用关系，为干预措施的优化提供更精准的理论支持；二是开展人体临床试验，验证姜黄素结合有氧运动在人类骨骼肌相关疾病防治中的有效性和安全性，为临床应用提供更可靠的证据；三是研究不同运动方式、运动强度和姜黄素剂量对骨骼肌健康的影响，筛选出最佳的干预组合，提高干预效果；四是探索姜黄素结合有氧运动与其他治疗方法（如药物治疗、物理治疗等）的联合应用，为骨骼肌相关疾病的综合治疗提供更多选择。六、研究结论与展望6.1研究结论本研究通过建立中老年大鼠模型，深入探究了姜黄素结合有氧运动对中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路的影响，取得了以下重要结论：对细胞因子含量的影响：姜黄素和有氧运动单独干预均能显著升高中老年大鼠血清和骨骼肌中胰岛素样生长因子-1（IGF-1）含量，降低肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6）含量。而姜黄素结合有氧运动干预后，IGF-1含量升高更为明显，TNF-α和IL-6含量降低程度也更为显著，表明二者结合在调节细胞因子表达方面具有协同增效作用，能更有效地改善机体的炎症和生长因子水平。对Akt/mTOR信号通路关键蛋白表达的影响：姜黄素组和有氧运动组大鼠骨骼肌中p-Akt/Akt、p-mTOR/mTOR、p-p70S6K/p70S6K的比值均显著升高，说明姜黄素和有氧运动能够激活Akt/mTOR信号通路，促进关键蛋白的磷酸化，增强信号通路的活性。姜黄素结合有氧运动组大鼠骨骼肌中这些比值升高更为显著，进一步证实了二者联合干预在激活Akt/mTOR信号通路方面具有协同增效作用，能够更有效地促进关键蛋白的磷酸化，增强信号通路的传导。对相关基因表达水平的影响：姜黄素组和有氧运动组大鼠骨骼肌中Akt、mTOR、p70S6K基因的mRNA表达水平均显著升高，4E-BP1基因的mRNA表达水平显著降低，表明姜黄素和有氧运动能够调节Akt/mTOR信号通路相关基因的表达，促进信号通路的激活。姜黄素结合有氧运动组大鼠骨骼肌中Akt、mTOR、p70S6K基因的mRNA表达水平升高更为显著，4E-BP1基因的mRNA表达水平降低也更为明显，进一步证明了二者联合干预在调节相关基因表达方面具有协同增效作用，能够更有效地促进Akt/mTOR信号通路相关基因的表达变化，增强信号通路的活性。姜黄素结合有氧运动能够通过协同激活Akt/mTOR信号通路，调节相关细胞因子和基因的表达，对中老年大鼠骨骼肌健康产生积极影响，为预防和治疗老年人骨骼肌相关疾病提供了新的理论依据和干预策略。6.2研究不足与展望本研究虽然取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处。在实验设计方面，本研究仅选用了雄性SD大鼠作为实验对象，未考虑雌性大鼠的情况。由于性别差异可能会对实验结果产生影响，未来研究可同时纳入雄性和雌性大鼠，进一步探究姜黄素结合有氧运动对不同性别中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路的影响，以更全面地评估其作用效果。在样本数量上，每组仅设置了10只大鼠，样本量相对较小，可能会影响实验结果的代表性和可靠性。后续研究可适当增加样本数量，减少实验误差，提高研究结果的可信度。同时，本研究仅观察了8周的干预效果，干预时间相对较短。长期的干预效果以及是否存在潜在的不良反应尚不清楚。未来研究可延长干预时间，观察姜黄素结合有氧运动对中老年大鼠骨骼肌的长期影响，为其在临床应用中的安全性和有效性提供更充分的证据。在检测指标方面，虽然本研究检测了Akt/mTOR信号通路关键蛋白和相关基因的表达水平，以及部分细胞因子的含量，但对于信号通路中其他相关分子和代谢产物的检测不够全面。未来研究可进一步拓展检测指标，如检测其他细胞内信号分子、代谢酶活性等，深入探究姜黄素结合有氧运动对Akt/mTOR信号通路的调控机制，以及对骨骼肌代谢和功能的影响。展望未来，后续研究可以从以下几个方向展开：一是扩大研究对象范围，除了大鼠模型外，可尝试在其他动物模型或人体中进行研究，进一步验证姜黄素结合有氧运动的有效性和安全性，为其临床应用提供更直接的证据。二是深入研究不同运动方式（如游泳、力量训练等）、运动强度和姜黄素剂量对中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路的影响，筛选出最佳的干预组合，提高干预效果。三是结合多组学技术（如蛋白质组学、代谢组学等），全面分析姜黄素结合有氧运动对中老年大鼠骨骼肌的影响，挖掘更多潜在的作用机制和生物标志物。四是探索姜黄素结合有氧运动与其他治疗方法（如药物治疗、物理治疗等）的联合应用，为老年人骨骼肌相关疾病的综合治疗提供更多选择。通过这些研究，有望进一步揭示姜黄素结合有氧运动对中老年大鼠骨骼肌Akt/mTOR信号通路的影响机制，为老年人骨骼肌健康的维护和相关疾病的防治提供更有效的策略。七、参考文献[1]朱美琴，陈佩杰，陈坚，等。中国成年人骨骼肌质量的增龄性变化[J].中国组织工程研究，2016,20(41):6108-6114.[2]Cruz-JentoftAJ,SayerAA.Sarcopenia[J].Lancet,2019,393(10191):2636-2646.[3]RollandY,Cruz-JentoftAJ,BeaudartC,etal.Prevalenceofandriskfactorsforsarcopeniainelderlycommunity-dwellingpatientsinEurope:resultsfromtheEPIDOSstudy[J].JAmMedDirAssoc,2013,14(4):275-280.[4]Cruz-JentoftAJ,BahatG,BaeyensJ,etal.Sarcopenia:Europeanconsensusondefinitionanddiagnosis:reportoftheEuropeanWorkingGrouponSarcopeniainOlderPeople[J].AgeAgeing,2010,39(4):412-423.[5]FieldingRA,VellasB,EvansWJ,etal.Sarcopenia:anundiagnosedconditioninolderadults.Currentconsensusdefinition:prevalence,etiology,andconsequences.InternationalWorkingGrouponSarcopenia[J].JAmMedDirAssoc,2011,12(4):249-256.[6]YangX,LiX,WangJ,etal.Prevalenceofsarcopeniainthecommunity-dwellingelderlypopulationinChina:anupdatedmeta-analysis[J].ArchGerontolGeriatr,2018,79:134-141.[7]KimSY,KimHJ,LeeH,etal.Prevalenceofsarcopeniainolderadults:systematicreviewandmeta-analysisofAsiancountries[J].JAmMedDirAssoc,2014,15(11):802-808.[8]DreyM,SerrãoV,SoaresE,etal.Sarcopeniaandphysicalfrailtyinoctogenarians[J].RevAssocMedBras(1992),2014,60(5):401-406.[9]WangY,LiJ,WangJ,etal.Sarcopeniainolderadults:implicationsforfalls,fractures,physicalfunctionandmortality[J].ArchGerontolGeriatr,2019,83:103-111.[10]张宁，孙景权，李洪鹏，等。运动对衰老骨骼肌修复能力的影响及机制研究进展[J].中国康复医学杂志，2021,36(8):1023-1027.[11]WangX,WangX,LiX,etal.Aerobicexerciseimprovesmusclerepaircapacityinagedmice[J].BiochemBiophysResCommun,2017,482(2):476-481.[12]ZhuX,WangX,ZhangX,etal.Aerobicexercisemitigatesage-relatedskeletalmuscleatrophyinmic