研究背景改善心肌胰岛素敏感性对维持心血管正常生理功能至关重要。运动可改善外周胰岛素靶器官胰岛素敏感性。然而,运动是否可改善心肌胰岛素敏感性并未引起人们的关注。Huisamen等最近报道,短期游泳运动显著促进Zucker肥胖糖尿病大鼠心脏葡萄糖转运载体4(glucose transporter 4, GLUT4)表达并增加糖尿病心脏胰岛素诱导的蛋白激酶B(protein kinase B, Akt)磷酸化,表明Akt在心肌胰岛素敏感性改善过程中起重要作用。然而,运动通过Akt改善心肌胰岛素敏感性的下游信号分子并不清楚。我们前期研究发现,胰岛素可通过Akt激活内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide, eNOS),增加一氧化氮(nitric oxide, NO)生成,进而保护缺血/再灌诱发的心肌损伤。这一研究结果提示,运动通过Akt改善心肌胰岛素敏感性的下游机制可能与eNOS相关。NO直接参与心血管正常功能的维持。研究发现,增加eNOS表达可显著提高心肌细胞的收缩功能。在骨骼肌、肝脏、脂肪组织中,胰岛素可依NO依赖性方式促进葡萄糖摄取。敲除eNOS基因可导致肝脏及其它外周组织出现胰岛素抵抗,并且Ⅱ型糖尿病患者的eNOS信号系统功能明显下降。以上研究表明,内源性eNOS-NO信号系统在胰岛素调控靶器官生理功能过程中发挥重要作用,其功能下降或缺失可诱发胰岛素抵抗。然而,内源性eNOS-NO系统在运动改善心肌胰岛素敏感性中的作用尚不清楚。研究目的(1)运动是否能够增强心肌胰岛素敏感性。(2)内源性eNOS-NO信号系统在运动增强心肌胰岛素敏感性中的作用。实验方法(1)雄性SD大鼠十周无负重游泳运动训练(3小时/天,5天/周)建立运动动物模型。(2)口服葡萄糖耐受性实验(oral glucose tolerance test, OGTT)与腹腔注射胰岛素敏感性实验(insulin sensitivity test, IST)研究大鼠整体胰岛素敏感性改变。(3)超速离心法分离心肌细胞膜后测定胰岛素诱导的GLUT4转位及运动对GLUT4转位的影响。(4)采用同位素标记法测定胰岛素诱导的心脏葡萄糖摄取及运动对心脏葡萄糖摄取的影响。(5)采用Western blot方法研究心肌胰岛素受体后信号蛋白分子的表达与磷酸化及运动对心肌胰岛素受体后信号蛋白分子的影响。(6)酶解法分离钙耐受性心室肌细胞,采用动缘探测系统测定心肌细胞收缩舒张功能,同步记录心肌细胞钙瞬变。(7)采用Langendorff离体心脏灌流系统研究胰岛素心肌正性变力作用及运动对胰岛素心肌正性变力作用的影响。实验结果(1)十周游泳运动明显减缓大鼠体重生长并减少体脂含量,且显著提高大鼠的摄食量及心脏、心室与体重的比值(与安静组相比,p<0.01,n=10)。(2)十周游泳运动明显改善大鼠整体胰岛素敏感性并显著增强胰岛素刺激的心肌葡萄糖摄取及GLUT4转位(与安静胰岛素处理组相比,p<0.01,n=6),但十周游泳运动对心肌GLUT4表达无明显影响(与安静对照组相比,p<0.01,n=5)。(3)十周游泳运动显著提高胰岛素受体底物2(insulin receptor substrate 2, IRS2)、磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3-kinase)、Akt与eNOS的表达(与安静对照组相比,p<0.01,n=5)。(4)胰岛素处理后,运动大鼠心肌和安静大鼠心肌eNOS磷酸化分别增加3.6倍和2.2倍(两组相比, p<0.01,n=5),Akt磷酸化分别增加3.0和1.9倍(两组相比, p<0.01,n=5),且运动进一步增强胰岛素诱导的心肌NO生成(与安静胰岛素处理组相比,p<0.01,n=6)。(5)PI3-kinase特异性抑制剂LY294002和NOS非特异抑制剂L-硝基-精氨酸甲酯(Nω-nitro-L-arginine methyl ester hydrochloride, L-NAME)在运动大鼠心脏可显著阻断胰岛素诱导的葡萄糖摄取及GLUT4转位(与运动胰岛素处理组相比,p<0.01,n=6)。(6)心肌胰岛素敏感性改善显著增强胰岛素心肌正性变力作用。LY294002和L-NAME不仅阻断运动诱导的心肌胰岛素敏感性改善作用,且阻断运动提高的胰岛素心肌正性变力作用。结论(1)运动通过Akt-eNOS-NO信号机制增强心肌胰岛素敏感性。(2)心肌胰岛素敏感性改善明显增强胰岛素心肌正性变力作用。