糖尿病是典型的由于机体糖、脂肪和蛋白代谢功能紊乱所致的能量代谢疾病,目前除了人们特别关注的药物治疗方案外,运动疗法受到普遍关注。大量研究表明适度运动对改善机体物质代谢尤其是糖脂代谢,具有重要作用。运动使身体的生理功能发生适应性变化,如肌肉收缩力量增加,促进新陈代谢,葡萄糖的摄取能力增强,减少体内糖的含量,改善糖耐量,提高胰岛素敏感性,维持体内葡萄糖平衡。生长分化因子11(growth differentiation factor 11,GDF11),属于转化生长因子β(transforming growth factorβ,TGF-β)超家族的成员。在早期胚胎发育中,GDF11通过负性调节作用,参与包括骨骼、肾脏、胰腺、视网膜、嗅神经等组织器官的形成和分化,是胚胎正常发育不可或缺的分子。近年来研究发现,GDF11有明显的改善大脑认知、逆转心肌肥厚、改善骨骼肌代谢等功能,显示出GDF11广泛的生物学活性和潜在的应用价值。增加机体的GDF11含量,可以增加骨骼肌中线粒体数量、改善线粒体功能,增强机体对糖的代谢,握力和耐力都有所提高。GDF11血清中的含量与许多疾病密切相关,如:心律失常、心肌梗死、低血压、心血管疾病等,在患有严重主动脉瓣狭窄、糖尿病和心脏病前期的患者血清中GDF11的含量较高。但对于糖尿病患者骨骼肌中GDF11的含量,以及对糖脂代谢的影响研究尚少。GDF11在骨骼肌表达的高低与糖尿病的关系,需要进一步深入研究,为糖尿病的防治开辟新的途径。本研究主要探讨有氧运动对预防2型糖尿病过程中骨骼肌BMP1/GDF11糖代谢调控的作用,阐明骨骼肌GDF11关键信号分子对防治和改善2型糖尿病以及相关代谢性疾病提供理论依据。研究方法8周龄雄性小鼠24只,随机分为对照组6只(C组)、单纯有氧运动组6只(E组)、高脂高糖膳食组6只(H组)、高脂高糖膳食结合有氧运动组6只(HE组),对照组与单纯有氧运动组进行基础饲料喂养,其余两组用高脂高糖饲料喂养。高糖高脂饲料配方为猪油10%、蔗糖20%、蛋黄粉8%、胆酸钠0.1%、基础饲料61.9%(AIN-93G)。饲料在河北医科大学动物饲养中心购买。喂养时间为6W。H组和HE组运用动物跑台,适应训练3天,正式运动六周,每周训练五天,休息两天。第一周运动时间45min/day,10m/min,以后每周运动时间不变,速度递增1m/min,坡度为0。每周检测各组小鼠体重,6周后检测各组小鼠空腹血糖;利用生物素双抗体夹心酶联免疫吸附法(ELISA)测定血清中的胰岛素(ins)浓度;实时定量rt-pcr检测骨骼肌中gdf11mrna、bmp1mrna含量;westernblot检测各组小鼠骨骼肌中gdf11表达的差异情况。研究结果(1)重复测量方差分析:不同时间之间体重有显著性差异(f=29.948,p<0.01),各组小鼠之间体重差异有显著性(f=10.135,p<0.01),不同时间与各组小鼠之间体重存在交互作用(f=1.996,p<0.05)。多变量方差分析:6周实验结束后,h组与e组相比,体重增加有非常显著性差异。(p<0.01)。(2)6周后有氧运动能够非常显著的降低小鼠血糖(p<0.01),控制饮食可以显著的降低小鼠血糖(p<0.01),有氧运动和控制饮食对小鼠血糖的降低没有显著性交互作用(p>0.05),说明有氧运动能够在一定程度上调控血糖值。有氧运动对小鼠血清胰岛素和胰岛素抵抗指数的降低有显著差异,但是有氧运动和控制饮食对小鼠血清胰岛素降低没有交互作用(p>0.05)。说明运动可以改善血清胰岛素的分泌能力。有氧运动和控制饮食分别可以有效的提高胰岛素敏感性指数。有氧运动和控制饮食对小鼠胰岛素抵抗指数有显著性交互作用(p<0.05)。简单效应分析:he组与h组相比,胰岛素抵抗指数显著性降低(p<0.05),e组与c组相比,胰岛素抵抗指数的降低没有显著性差异(p>0.05),说明有氧运动能够降低高糖高脂膳食喂养的小鼠胰岛素抵抗指数,对于正常饮食喂养的小鼠胰岛素抵抗指数的影响没有显著性差异。(3)利用western-blot检测gdf11蛋白表达:6周干预后,有氧运动可以有效的增加小鼠骨骼肌gdf11表达水平(p<0.01),并且控制饮食的小鼠骨骼肌中gdf11表达水平有非常显著性的降低(p<0.01),有氧运动和控制饮食能够提高小鼠骨骼肌中gdf11表达水平,但是有氧运动和控制饮食对gdf11表达水平没有显著性交互作用(p>0.05)。(4)利用实时定量rt-pcr技术检测骨骼肌中gdf11mrna表达量变化:有氧运动对小鼠骨骼肌中gdf11mrna含量非常显著性的升高(p<0.01),控制小鼠的饮食能够非常显著的增加gdf11mrna的表达(p<0.01)。(5)利用实时定量rt-pcr技术检测骨骼肌中bmp1mrna表达量变化:有氧运动能够非常显著性的提高bmp1mrna含量(p<0.01),单纯的控制饮食可以非常显著性的增加小鼠骨骼肌中bmp1mrna表达。结论(1)高糖高脂膳食诱导小鼠体重增加有显著性差异,有氧运动可以有效的控制体重增加。(2)有氧运动可以有效的降低血糖和血清胰岛素含量,增加胰岛素敏感指数,有效的防治糖尿病。(3)有氧运动可以增加GDF11的基因转录和蛋白表达,提高骨骼肌对葡萄糖的摄取,提高胰岛素敏感性。(4)有氧运动可以诱导BMP1和GDF11在骨骼肌中高度表达,促进BMP1/GDF11信号通路,降低胰岛素抵抗指数。