一過性の身体運動による骨格筋インスリン作用の亢進における水分子動態の関与

水分子动力学参与短暂体育锻炼增强骨骼肌胰岛素作用

• 批准号: 22K11616
• 负责人: 越中 敬一
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Niigata University of Health and Welfare
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K11616/
• 关键词: グリコーゲン; エネルギー代謝; 水; 骨格筋; 浸透圧; インスリン作用

本研究では、骨格筋のエネルギー代謝において直接的なエネルギー基質ではない「水」に着目し、水分子の動態の変化による代謝調節機構の解明を目的としている。初年度は骨格筋細胞を浸透圧の異なる溶液中で培養することによって浸透圧刺激を負荷し、エネルギー代謝に与える影響を観察した。骨格筋細胞は浸透圧の変化に極めて敏感であり、数分間の高浸透圧の刺激に対しても水分子の動態は急速に変化し、細胞にshrinkを誘発した。その際、筋内のエネルギー基質量は低下し、関連して、骨格筋のエネルギーセンサーの１つであるAMP-activated protein kinase（AMPK）の活性化や糖取り込みの亢進を確認することができた。糖取り込みに関しては、阻害剤の実験により責任分子を同定した。また、蛋白質の合成を促進する分子の活性化を多数確認したが、実際の蛋白質の合成量は正味で大きく分解に傾いていた。低浸透圧の刺激に対して、高浸透圧での刺激時と同様に数分間の刺激に対して水分子の動態は急速に変化し、細胞にswellingを誘発した。その際の代謝変化を観察してみると、高浸透圧時と逆の変化が引き起こされることを期待したが、概ね高浸透圧時と同様の結果を示した。このような水分子の動態の変化は、骨格筋から分泌される生理活性物質であるマイオカインの分泌にも影響を与えることを確認した。上記の結果から、骨格筋細胞の水分子の動態は骨格筋の糖や蛋白質代謝の調節要因になることが明らかになった。また、その調節には多数の情報伝達分子が関与しており、マイオカインが関与する可能性も示唆された。

在本研究中，我们关注水，它不是骨骼肌能量代谢的直接能量底物，旨在通过水分子动力学的变化来阐明代谢调节机制。第一年，我们通过在不同渗透压的溶液中培养骨骼肌细胞，对骨骼肌细胞施加渗透刺激，并观察对能量代谢的影响。骨骼肌细胞对渗透压的变化极其敏感，即使受到高渗透压刺激几分钟，水分子的动力学也会迅速变化，导致细胞收缩。此时，肌肉中的能量底物量减少，并且证实了与骨骼肌中能量传感器之一的AMP激活蛋白激酶（AMPK）的激活和葡萄糖摄取的增强有关。关于糖的摄取，我们通过抑制剂实验确定了负责的分子。此外，尽管我们证实了许多促进蛋白质合成的分子的激活，但实际合成的蛋白质量在很大程度上偏向于降解。为了响应低渗透压的刺激，水分子的动力学响应几分钟的刺激而迅速变化，引起细胞肿胀，类似于高渗透压的刺激。当我们观察当时的代谢变化时，我们预计这些变化将与高渗透压期间引起的变化相反，但我们发现结果与高渗透压期间的结果大致相似。经证实，水分子动力学的这种变化也会影响肌因子（一种从骨骼肌分泌的生理活性物质）的分泌。上述结果表明，骨骼肌细胞内水分子的动态变化是骨骼肌糖和蛋白质代谢的调节因素。此外，许多信号分子参与其调节，也有人认为肌因子可能参与其中。