有氧運動對2 型糖尿病大鼠骨骼肌PI3K-Akt-GIut4 信號通路的影響

李艷輝 閆圣楠

(1 沈陽體育學院 實驗室管理中心，遼寧 沈陽 110102；2 沈陽市渾南新區第二小學，遼寧 沈陽 110180）

磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）-蛋白激酶B（Akt）途徑是胰島素信號傳導系統中的一條重要途徑，PI3K 是參與細胞內信號傳導脂類第二信使，PI3K 在骨骼肌參與了胰島素刺激的葡萄糖吸收過程，是胰島素信號傳導的重要信號分子【1】。近年來研究發現，Akt 作為PI3K 作用的首批底物能在幾個水平上調控糖代謝：影響葡萄糖轉運蛋白4（GLUT4） 向質膜移位；通過糖原合成酶激酶3（GSK3）促進糖原合成【2】；通過磷酸果糖激酶2（6-PF2-K）誘導糖酵解。PI3K-Akt 信號通路作為胰島素信號傳導的重要傳導途徑在對治療2 型糖尿病的研究中的地位已經越來越重要【3】。

本研究在通過長期的有氧運動來探討運動對中老年2 型糖尿病患者的預防和治療作用，進一步探究有氧運動對胰島素信號傳導重要的信號分子PI3K、Akt 和GLUT4 磷酸化水平的影響，用以更深入地理解運動改善2 型糖尿病骨骼肌糖代謝和糖轉運的分子機制,更有效地指導2 型糖尿病的運動療法在臨床上的應用，為中老年人建立良好的健康生活模式、預防糖尿病提供理論和實踐依據。

一、材料與方法

（一） 實驗方法

1.糖尿病動物造模和分組干預

選用10 月齡雌性SD 大鼠75 只隨機分為：正常對照組（CON）、糖尿病對照1 組（DC1）、糖尿病運動1 組(DE1)、糖尿病對照2 組(DC2)、糖尿病運動2 組(DE2)。正常對照組一直用普通飼料喂養，糖尿病組8 周高脂高糖飼料喂養后，糖尿病2 組先腹腔注射鏈脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)，然后糖尿病運動2 組進行8 周的游泳運動。糖尿病運動1 組先進行8 周的游泳運動，游泳的最后1 周初和糖尿病對照1 組同時注射STZ。注射劑量為35 mg／kg，3d 后尾部取血測血糖≥16.7mmol/L 為造模成功。運動組采取游泳運動，每周6 次，每周休息1d，持續8 周。

2.取材

末次運動結束后，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，測試空腹血糖和空腹胰島素。分離腓腸肌，密封于-80℃深凍冰箱保存，待測骨骼肌PI3K、Akt、GLUT4 的蛋白表達。

3.指標測定

1）空腹血糖測定：用湖南三諾血糖儀測定。2)血清胰島素的測定：采用放射免疫法測定。3)骨骼肌PI3K/Akt/GLUT4 蛋白表達的測定：Western Blot印跡分析方法。

（二）數據處理

結果以均數±標準差表示，數據分析使用Spss19.0 軟件處理，比較采用獨立樣本t 檢驗。

二、結果

（一）各組大鼠空腹血糖、空腹胰島素的變化情況

實驗結束時，糖尿病各對照組大鼠空腹血糖(fasting blood-glucose,FBG)濃度、空腹胰島素(Fasting insulin,FIN)濃度都顯著高于正常對照組（P<0.01，P<0.01）。糖尿病運動組與其對應的糖尿病對照組比較FBG 濃度、FIN 濃度都顯著降低（P<0.05，P<0.05）。

Tab.1 Changs of FBG,FIN n=10）

（二）各組大鼠骨骼肌PI3K 磷酸化水平的變化情況

與正常對照組比較，糖尿病各對照組PI3K 磷酸化蛋白含量顯著降低（P<0.05,P<0.05）。糖尿病運動組與對應的糖尿病對照組比較，PI3K 磷酸化蛋白含量顯著升高（P<0.05，P<0.05），

Tab.2 Changes of P-PI3K（n=10)

（三）各組大鼠骨骼肌Akt 磷酸化水平的變化情況

Tab.3 Changes of P-Akt（n=10)

與正常對照組相比，糖尿病各對照組P-Akt 均顯著降低（P<0.05，P<0.05）；而經過八周有氧運動，糖尿病各運動組Akt 活性均顯著高于其對應的對照組（P<0.05，P<0.05）。

（四）各組大鼠骨骼肌GLUT4 磷酸化水平的變化情況

與正常對照組比較，糖尿病各對照組GLUT4 磷酸化蛋白含量顯著降低（P<0.05、P<0.05），糖尿病各運動組與其對應的糖尿病對照組比較，GLUT4磷酸化蛋白含量顯著升高（P<0.05、P<0.05）。

Tab.4 Changes of P-GLUT4（n=10)

三、分析與討論

本實驗依據2 型糖尿病的病理特點以及中老年人群的生理特點和日常生活方式，先對大鼠喂以高脂飲食8 周，再以低劑量的STZ 進行腹腔注射，誘發胰島素代償性分泌障礙，最終導致了2 型糖尿病的發生，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）是參與胰島素信號傳導的重要信號分子，PI3K 是胰島素刺激的葡萄糖轉運和攝取的重要介導分子，與胰島素抵抗關系密切【4】。Akt 是PI3K 的重要下游分子，Akt 作為PI3K 下游直接的靶蛋白，能調節葡萄糖攝取、糖原合成、糖酵解等胰島素代謝反應。有研究發現肥胖、胰島素抵抗患者以及2 型糖尿病患者Akt 絲氨酸磷酸化受到抑制【5】。因此Akt 活性的改變，在胰島素抵抗和糖尿病的形成及發展中起著重要作用，而Akt 絲氨酸磷酸化下降很可能是由于PI3K 活性下降導致的。GLUT4 是一種糖蛋白，當脂肪細胞或肌細胞受到刺激（肌肉收縮、胰島素等）后，產生一系列信號傳導，GLUT4 釋放，完成易位后參與糖的轉運。

本實驗應用高脂飲食和鏈脲佐菌素注射成功制做2 型糖尿病模型，與健康大鼠相比，2 型糖尿病大鼠出現了糖代謝紊亂，且伴有胰島素抵抗，其機制與骨骼肌PI3K、Akt、GLUT4活性下降，PI3K-Akt-GLUT4信號傳導發生障礙有關。通過長期有氧運動，機體消耗能量增加，改善糖代謝，并通過改善胰島素信號傳導通路PI3K-Akt-GLUT4 磷酸化水平來提高胰島素敏感性，有效的控制血糖，對2 型糖尿病起到了很好的預防和治療作用。