研究目的:昼夜节律对维持人体生理健康起重要作用。这种节律在没有任何外部或环境线索(称为授时因子)改变生物钟的情况下保持不变。但在现代生活中,随着轮班工作、社交时差、夜间活动增多等,昼夜节律紊乱的问题变得愈发严重。这就导致了与昼夜节律紊乱相关的肌肉疾病的发生,如骨骼肌质量下降、肌萎缩等。骨骼肌作为人体最大的器官,其功能受昼夜节律的调控,对系统健康至关重要。维持昼夜节律的时钟基因在骨骼肌的许多生理功能中也起着关键作用,例如骨骼肌肌纤维的转化、肌纤维结构、线粒体质量控制等。在骨骼肌中,线粒体是重要且必须的细胞器,它参与调节ATP的代谢和产生,以促进肌肉收缩。线粒体质量控制对机体运动能力有着深刻影响,而线粒体生物合成是线粒体质量控制中关键的一环。因此,充分理解时钟基因与骨骼肌线粒体生物合成之间的关系十分重要,这可增加对昼夜节律紊乱造成的骨骼肌机能下降的理解,并为改善骨骼肌线粒体功能、提高机体健康、预防或减缓昼夜节律紊乱导致的疾病的发展Fluorescence biomodulation提供新的思路。已有研究表明昼夜节律紊乱会影响骨骼肌线粒体生物发生,因此昼夜节律紊乱造成骨骼肌功能受损,考虑是骨骼肌线粒体生物发生受损所致。运动锻炼是改善骨骼肌功能的重要干预策略,其中有氧运动能够有效促进骨骼肌线粒体生物发生,增加骨骼肌线粒体数量,提高运动能力。因此,本研究假设运动可以作为一种”保护手段”,来预防或减少昼夜节律紊乱对骨骼肌线粒体生物合成的损害,并探讨该种”保护效应”在昼夜节律紊乱后可以维持多久,以此为存在昼夜节律紊乱风险的人群提供合理的运动建议。研究方法:(1)实验对象及与分组及干预措施:选用8周龄SPF级的健康雄性SD大鼠32只,随机分为4组,即空白对照组(Control组)(n=8)、有氧运动组(Aerobic Exercise,AE组)(n=8)、有氧运动+紊乱一周组(Exercise+Circadian Disorder for one week,Exe+D-1组)(n=8)和有氧运动+紊乱两周组(Exercise+Circadian Disorder for two weeks,Exe+D-2组)(n=8)。空白对照组,在正常昼夜节律下自然饲养12周,随后处死取材。AE组、Exe+D-1组和Exe+D-2组在正常昼夜节律下进行12周的有氧运动干预,干预方式为跑台运动,具体运动方案为:强度60-70%VO2max,一天一小时,一周五天。在12周时AE组处死取材,Exe+D-1组和Exe+D-2组停止运动并给予持续光照,即24小时/天。在第13周时,Exe+D-1组处死取材。在第14周时,Exe+D-2组处死取材。(2)取材及样本采集:末次干预后禁食24小时。实验大鼠称重,按体重克数注射乌拉坦麻醉剂,腹主动脉取血处死,迅速分离腓肠肌等外周组织,去除腓肠肌上的筋膜肌腱等多余组织,称量湿重后取2×2×2mm大小肌组织放到预冷后的电镜固定液中(4%多聚甲醛),4℃冰箱保存,待测电镜实验。用NN2211价格锡箔纸包裹剩余的肌组织,立即投入液氮中,随后转存至-80℃冰箱待测蛋白免疫印迹法(Western Blot)实验。(3)指标测试:透射电镜观察骨骼肌肌纤维形态以及线粒体数量和形态;蛋白免疫印迹法(Western Blot)检测骨骼肌内PGC-1α蛋白表达。研究结果:(1)与Control组相比,AE组、Exe+D-1组和Exe+D-2组体重增长较为缓慢,并且在干预开始第四周,出现显著性差异(P<0.05)。(2)与Cselleck HPLControl组相比,AE组、Exe+D-1组和Exe+D-2组,体脂率均显著下降(P<0.05);与AE组相比,Exe+D-1组体脂率显著下降(P<0.05),Exe+D-2组体脂率下降但无显著差异。(3)与Control组相比,AE组耐力跑时间显著增加(P<0.01),Exe+D-1组耐力跑时间增加但无显著性,Exe+D-2组耐力跑时间显著下降(P<0.05);与AE组相比,Exe+D-1组和Exe+D-2组耐力跑时间均显著下降(P<0.01)。(4)与Control组相比,AE组腓肠肌湿重增加但无显著性,Exe+D-1组和Exe+D-2组腓肠肌湿重下降但无显著性;与AE组相比,Exe+D-1组和Exe+D-2组腓肠肌湿重均下降但无显著性。(5)与Control组相比,AE组骨骼肌内线粒体数量明显增多,并在Z线两侧较为均匀的分布,Exe+D-1组线粒体数量略有增多,但肌纤维Z线排列不规整,Exe+D-2组线粒体数量明显减少,并伴有肌纤维Z线排列紊乱,线粒体肿胀、嵴紊乱等情况;与AE组相比,Exe+D-1组和Exe+D-2组线粒体数量均明显减少,并伴有不同程度的肌纤维Z线排列不规整,线粒体肿胀、嵴破坏的情况。(6)骨骼肌蛋白PGC-1α表达情况:与Control组相比,AE组PGC-1α表达增加,差异显著(P<0.05);Exe+D-1组表达增加,无明显差异;Exe+D-2组表达下降,无明显差异。与AE组相比,Exe+D-1组表达下降,差异显著(P<0.05);Exe+D-2组表达下降,差异显著(P<0.01)。研究结论:(1)12周有氧运动可以有效增加大鼠骨骼肌内PGC-1α蛋白表达量,提高骨骼肌线粒体生物合成能力,增加大鼠骨骼肌内线粒体数量,提高运动耐力。(2)昼夜节律紊乱导致大鼠骨骼肌内PGC-1α蛋白表达量下降,并伴随线粒体数量减少、形态破坏以及骨骼肌肌纤维破坏和运动耐力下降。(3)12周有氧运动对大鼠骨骼肌线粒体生物合成可以起到一周的"保护效应",第二周时该保护效应减弱。