一、實驗一
本研究為了解運動對於能量代謝路徑及發炎路經相關蛋白的影響,以西方點墨法測 得實驗數據,所有實驗資料在以SPSS1 8.0 軟體分析,以獨立樣本T檢定分析來檢定組 別之間的差異,以平均值 ± 平均值誤差 (Standard error of the mean,SEM) 顯示水 準定為p<0.05。
二、實驗二
本研究論文為了解運動對於病理組織切片及血液生化值之影響,以平均值 ± 標準 平均值誤差 (Standard error of the mean,SEM) 顯示水準定為 p<0.05 表示,實驗結果 以 單 因 子 變 異 數 分 析 (one-way ANOVA ) 分 析 組 間 差 異 , 而 事 後 分 析 採 用 student-Newman-Keuls test 判斷個別差異。
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第肆章 實驗結果
本研究實驗結果,分別以四部分進行說明,依序為運動訓練對糖尿病小鼠血清生化 值影響、運動訓練對糖尿病小鼠腎臟組織之影響、運動訓練對SIRT1-AMPKα-PGC1α 路徑之影響,以及運動訓練對於NF-κB 和 IκB-α 路徑之影響。
一、運動訓練對血清生化值之影響
血清肌酸酐(Creatinine) 和尿素為評估腎功能之指標,本結果指出糖尿病 db/db 對照組肌酸酐、尿素濃度皆顯著高於m/m 組(p<0.05),而經運動訓練後,db/db 運動 組與db/db 對照組相比,皆可顯著降低肌酸酐及尿素氮濃度(p<0.05)(圖一)。
圖 1運動訓練對於糖尿病小鼠血清生化值影響。A 為血清肌酸酐,B 為血清尿素。
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二、運動訓練對於腎絲球組織型態之影響
本實驗結果圖二為hematoxylin & eosin(HE)和 Periodic Acid-Schiff stain(PAS)
染色後進行鏡檢(放大倍數:400X),觀察運動訓練後對於糖尿病 db/db 小鼠腎絲球體 組織型態之影響,圖A-B 結果顯示久坐 db/db 組腎絲球截面積和腎絲球係膜擴張分數比 起久坐m/m 及 m/m 運動組來的高出約為兩倍,而經運動訓練後之 db/db 小鼠與久坐 db/db 小鼠比較後發現,運動訓練能降低腎絲球截面積和基質膜擴張之現象。
圖 2運動訓練對於糖尿病小鼠腎絲球體組織形態之影響(a-g)
PAS、H&E 染色觀察經由低強度有氧運動訓練對糖尿病小鼠腎絲球體組織型態影響,放 大倍數:400X。
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圖 3(A)以PAS染色圖計算腎絲球截面積 (B)以PAS染色圖分析腎絲球基質膜擴
張分數(n=4 mice/group)
實驗數據以Means ±SEM P < 0.05 各組間差異以字母表示。
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三、運動訓練對於SIRT1-AMPKα-PGC1α 路徑之影響
SIRT1-AMPKα-PGC1α 為能量代謝中重要的樞紐,圖三 A 西方點墨法分析之腎臟蛋 白,未經運動訓練db/db 小鼠中發現 SIRT1 及 AMPKα 蛋白活性都低於運動組,運動組 SIRT1 以及 AMPKα 表達比起沒運動 db/db 小鼠含量高出 2 倍(圖三 B-C),然而經運 動訓練後PGC1-α 表達上兩組則未達顯著差異(圖三 D)。
A
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圖 4運動訓練對於SIRT1-AMPKα-PGC1α路徑之影響
(A)表示西方點墨法分析 SIRT1、phosphor-AMPKα、AMPKα、PGC1α 腎臟之蛋白表 現(B)SIRT1(C)phosphor-AMPKα, AMPKα (D)PGC1-α。腎臟蛋白定量結果以 mean±SEM 表示(n=6-8/per group)*=p<0.05 與 db/db 組比較。
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四、運動訓練對於NF-κB 和 IκB-α 路徑之影響
腎臟氧化壓力的提昇會活化NF-κB 促使發炎反應的增加也是造成腎臟病變的關鍵 因子,結果顯示IκB-α 兩組間未達顯著差異(圖四 B),然而運動組 NF-κB 磷酸化表達 上比起未經訓練db/db 小鼠還來得低(圖四 C)。由此得知,糖尿病 db/db 小鼠經運動 訓練後能夠有效抑制NF-κB 活化。
圖 5 運動訓練對於 NF-κB 和 IκB-α路徑之影響
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(A)西方點墨法分析腎臟 NF-κB、phospho-NF-κB、IκB-α 蛋白之表現(B)IκB-α(C)
NF-κB、phospho-NF-κB 。腎臟蛋白定量結果以 mean±SEM 表示。(n=6-8/per group)
*=p<0.05 與 db/db 組比較。
33 齡小鼠作為糖尿病初期動物模型(Coimbra et al., 2000; Ito et al., 2015),而本研究以運動訓 練介入早期糖尿病db/db 小鼠對於血液生化值影響發現,運動訓練介入顯著降低糖尿病
34 AMPKα 在 db/db 小鼠中有抑制的情形(Mizutani, Ikeda, & Yamori, 2000),高糖可導致細 胞中SIRT1 和 AMPKα 活性下降造成下游路徑 PGC1-α 乙醯化間接導至粒線體功能障礙,
其過去運動訓練有關分子機制著重在骨骼肌上,當能量限制或消耗時,會促使AMPKα 磷酸化及SIRT1 去乙醯化作用進而刺激 PGC1α 亦提升骨骼肌轉運葡萄糖及脂肪酸氧化 能力。本研究結果運動訓練能夠刺激SIRT1-AMPKα 表達增加,但是運動組中 PGC1-α 與db/db 久坐組則未達顯著上的差異,本實驗設計未檢測粒線體相關轉錄因子,即使上 游代謝路徑活化(SIRT1-AMPKα)只能推估運動訓練能促進粒線體生合成的作用,過 去許多以運動訓練介入實驗動物模型都確切表明PGC1-α 在能量代謝上扮演著重要角色 (Terada et al., 2002),但 Leick 等人研究發現運動訓練調控粒線體功能也並不全然依賴於 PGC1-α,此研究以 PGC-1α knock out 小鼠作為動物模型此品系小鼠與 Wild Type 小鼠相 比有較低的粒線體蛋白含量,運動處方以5 週規律運動訓練每次進行 60 分鐘,訓練強 度為14 公尺/分鐘 10%坡度結果發現 PGC-1α knock out 運動組經訓練後股四頭、比目魚 肌中所參與粒線體子傳遞鏈的細胞色素c 比起控制組約增加 40%蛋白表現,調控電子傳
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遞鏈之速率限制酶 COXI protein,細胞色素氧化酶 COXI 比起控制組增加 15%蛋白水平,
另外一組以單次有氧運動對PGC-1α KO 小鼠與 WT 小鼠發現兩組運動後 AMPKα 蛋白 都有活化,並說明PGC-1α 在小鼠骨骼肌中未參與訓練所引起反應(Leick et al., 2008),
AMPKα 路徑不會因為缺少 PGC-1α 而受到影響,即使缺少 PGC-1α 仍有其補償機制調 控粒線體生合成及呼吸鏈轉錄,然而補償機制可能是與PGC-1α 相似的單ㄧ因子,過去 相關研究也發現,棕色脂肪中PRDM16 共活轉錄因子與 PGC-1α 有像似的反應(Seale et al., 2007),PRDM16 蛋白表達可能涉及調控骨骼肌訓練所引起的適應,由此推論本研究 運動組PGC-1α 與久坐 db/db 小鼠未達統計上差異,過去研究表明 SIRT1、AMPKα 活化 抑制NF-κB 發炎路徑即可改善腎臟細胞中氧化壓力以及腎小球系膜擴張有效延緩腎病 變的發生(Massy et al., 1999)。
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第陸章 結論
本論文主要探討低強度有氧運動訓練調控db/db 小鼠腎臟相關機制,雖然本研究 db/db 小鼠腎臟中 PGC-1α 運動與控制組仍未達顯著差異,但是經由運動訓練 db/db 小 鼠能夠增加AMPK-α、SIRT1 蛋白表達,並且抑制 NF-κB 蛋白活化降低腎臟發炎反應,
延緩腎絲球面積增加及係膜擴張,降低血液肌酸酐、及尿素,許多研究也證實在糖尿病 小鼠上能量代謝路徑活化同時抑制發炎路徑,使得粒線體功能正常化減少氧化壓力同時 增強抗氧化功能,因此本研究推測低強度的有氧運動訓練對於前期糖尿病小鼠腎臟具有 保護效果達到延緩腎臟功能惡化之療效。
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