تعدیل میزان آتروفی عضلانی موش‌های سالمند پیش‌دیابتی و دیابتی سالمند از طریق تمرین تناوبی هوازی و عصاره کروستین: یک مطالعه تجربی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی اصیل

نویسندگان
پرویز احسانی کلر 1
خسرو جلالی دهکردی 2
فرزانه تقیان 2
مهدی کارگرفرد 3
سید علی حسینی 4
1 دانشجوی دکتری تخصصی، دانشکده تربیت بدنی و علوم ورزشی، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران
2 دانشیار، دانشکده تربیت بدنی و علوم ورزشی، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران
3 استاد، گروه فیزیولوژی، دانشکده علوم ورزشی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
4 استاد، گروه فیزیولوژی ورزش، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران
10.48305/jrrs.2023.41895.1059
چکیده
مقدمه: ژن‌های MuRF1 و Foxo3 نشانگرهای مولکولی مهم برای آتروفی عضلانی هستند که در شرایط مختلف همچون دیابت، در عضلات اسکلتی به طور قابل توجهی افزایش می‌یابند. هدف از انجام پژوهش حاضر، بررسی تعدیل میزان آتروفی عضلانی موش‌های پیش‌‌دیابتی و دیابتی سالمند از طریق تمرین تناوبی هوازی و عصاره کروستین بود.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه تجربی، 45 سر موش نر و ماده c57bl6 سالمند دیابتی [تحت تزریق صفاقی 40 میلی‌گرم بر کیلوگرم استروپتوزتوسین (Streptozotocin یا STZ)] با سن 14 تا 16 هفته و وزن 30 تا 35 گرم به طور تصادفی در 9 گروه شاهد سالم، پیش‌دیابتی، پیش‌دیابتی + تمرین هوازی، پیش‌دیابتی + کروستین، پیش‌دیابتی + تمرین هوازی + کروستین، دیابتی، دیابتی + تمرین هوازی، دیابتی + کروستین، دیابتی + تمرین هوازی + کروستین تقسیم شدند. تمرین هوازی تناوبی به مدت هشت هفته و پنج جلسه در هفته اجرا گردید. موش‌ها 30 میلی‌گرم بر کیلوگرم در روز کروستین به صورت تزریق صفاقی دریافت کردند. میزان بیان ژن‌های MuRF1 و Foxo3 به روش Real-time polymerase chain reaction (Real-time PCR) اندازه‌گیری شد. داده‌ها با استفاده از آزمون‌های تعقیبی Tukey و One-way ANOVA مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت (05/0 ≥ P).
یافته‌ها: بیان ژن‌های MuRF1 و Foxo3 عضله اسکلتی گروه دیابتی نسبت به گروه شاهد به طور معنی‌داری بیشتر بود (01/0 ≥ P). مقادیر بیان ‌ژنی MuRF1 و Foxo3 در گروه پیش‌دیابتی + تمرین هوازی + کروستین و گروه دیابتی + تمرین هوازی + کروستین به طور معنی‌داری پایین‌تر از سایر گروه‌ها گزارش گردید (01/0 ≥ P). مقادیر انسولین و گلوکز در گروه پیش‌دیابتی + تمرین هوازی + کروستین و گروه دیابتی + تمرین هوازی + کروستین به طور معنی‌داری پایین‌تر از سایر گروه‌ها به دست آمد (01/0 ≥ P).
نتیجه‎گیری: به به نظر می‌رسد تمرین هوازی تناوبی و کروستین هم به تنهایی و هم به طور هم‌زمان، می‌تواند از طریق کاهش بیان ژن‌های MuRF1 و Foxo3 در عضله اسکلتی، به کاهش آتروفی در افراد سالمند مبتلا به پیش‌دیابت و دیابت کمک نماید.
کلیدواژه‌ها
تمرین هوازی
کروستین
آتروفی
سالمند
پیش‌دیابت
دیابت
موضوعات
  1. Rahmati M, Taherabadi SJ. The effects of exercise training on Kinesin and GAP-43 expression in skeletal muscle fibers of STZ-induced diabetic rats. Scientific reports. 2021; 11(1): 9535.
  2. Zolfaghari M, Faramarzi M, Hedayati M, Ghaffari M. The effect of resistance and endurance training with ursolic acid on atrophy‐related biomarkers in muscle tissue of diabetic male rats induced by streptozotocin and a high‐fat diet. Journal of Food Biochemistry. 2022; 46(8): e14202.
  3. Catinelli BB, Rossignoli PS, Floriano JF, Carr AM, de Oliveira RG, Dos Santos NJ et al. Reversal of diabetic-induced myopathy by swimming exercise in pregnant rats: a translational intervention study. Scientific Reports. 2022; 12(1): 7375.
  4. Akagawa M, Miyakoshi N, Kasukawa Y, Ono Y, Yuasa Y, Nagahata I, Sato C, Tsuchie H, Nagasawa H, Hongo M, Shimada Y. Effects of activated vitamin D, alfacalcidol, and low-intensity aerobic exercise on osteopenia and muscle atrophy in type 2 diabetes mellitus model rats. PLoS One. 2018; 13(10): e020485
  5. Ebert SM, Al-Zougbi A, Bodine SC, Adams CM. Skeletal muscle atrophy: discovery of mechanisms and potential therapies. Physiology. 2019; 34(4): 232-9.
  6. Lee JH, Jeon JH, Lee MJ. Docosahexaenoic acid, a potential treatment for sarcopenia, modulates the ubiquitin–proteasome and the autophagy–lysosome systems. Nutrients. 2020; 12(9): 2597.
  7. Powers SK, Goldstein E, Schrager M, Ji LL. Exercise training and skeletal muscle antioxidant enzymes: An update. Antioxidants. 2022; 12(1): 39.
  8. Singh A, Yadav A, Phogat J, Dabur R. Dynamics and Interplay between Autophagy and Ubiquitin-proteasome system Coordination in Skeletal Muscle Atrophy. Current Molecular Pharmacology. 2022; 15(3): 475-86.
  9. Madahi M, Gharakhanlou R, Kazemi A, Azarbayjani MA. Effect of reduced physical activity on Murf-1 and Atrogin-1 gene expression in soleus muscle of wistar rats following endurance, resistance and combined training. The Scientific Journal of Rehabilitation Medicine. 2022; 11(2): 250-63.
  10. Perry BD, Caldow MK, Brennan-Speranza TC, Sbaraglia M, Jerums G, Garnham, A, et al. Muscle atrophyin patients with Type 2 diabetes mellitus: roles of inflammatory pathways, physical activity and exercise. Exercise Immunology Review. 2016; 22, 94-109.
  11. Schulman VK, Folker ES, Rosen JN, Baylies MK. Syd/JIP3 and JNK signaling are required for myonuclear positioning and muscle function. PLoS genetics. 2014 Dec 18; 10(12): e1004880.
  12. Ebert SM, Al-Zougbi A, Bodine SC, Adams CM. Skeletal muscle atrophy: discovery of mechanisms and potential therapies. Physiology. 2019; 34(4): 232-9.
  13. Bodine SC, Baehr LM. Skeletal muscle atrophy and the E3 ubiquitin ligases MuRF1 and MAFbx/atrogin-1. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism. 2014; 307(6): E469-E84
  14. Zeng Z, Liang J, Wu L, Zhang H, Lv J, Chen N. Exercise-induced autophagy suppresses sarcopenia through Akt/mTOR and Akt/FoxO3a signal pathways and AMPK-mediated mitochondrial quality control. Frontiers in Physiology. 2020; 11: 583478
  15. Catinelli BB, Rossignoli PS, Floriano JF, Carr AM, de Oliveira RG, Dos Santos NJ, Úbeda LC, Spadella MA, Hallur RL, Sobrevia L, Felisbino SL. Reversal of diabetic-induced myopathy by swimming exercise in pregnant rats: a translational intervention study. Scientific Reports. 2022; 12(1): 7375.
  16. Way KL, Sabag A, Sultana RN, Baker MK, Keating SE, Lanting S, Gerofi J, Chuter VH, Caterson ID, Twigg SM, Johnson NA. The effect of low-volume high-intensity interval training on cardiovascular health outcomes in type 2 diabetes: A randomised controlled trial. International journal of cardiology. 2020; 320: 148-54.
  17. Su X, Yuan C, Wang L, Chen R, Li X, Zhang Y, et al. The beneficial effects of saffron extract on potential oxidative stress in cardiovascular diseases. Oxidative medicine and cellular longevity. 2021; 19: 1-14.
  18. Hasanzadeh Dolatabadi F, Jalali Dehkordi KH, Taghian F, Hoseini SA. The effect of eight weeks of aerobic training with Propolis on some mitochondrial biogenesis markers in cardiac tissue of ovariectomized diabetic rats. Armaghane Danesh. 2022; 27(2): 155-69
  19. Haghparast Azad M, Niktab I, Dastjerdi S, Abedpoor N, Rahimi G, Safaeinejad Z, et al. The combination of endurance exercise and SGTC (Salvia–Ginseng–Trigonella–Cinnamon) ameliorate mitochondrial markers’ overexpression with sufficient ATP production in the skeletal muscle of mice fed AGEs-rich high-fat diet. Nutrition & metabolism. 2022; 19(1): 17.
  20. Zhang J, Wang Y, Dong X, Liu J. Crocetin attenuates inflammation and amyloid-β accumulation in APPsw transgenic mice. Immunity & Ageing. 2018; 15(1): 1-8.
  21. Panahi S, Agha-Alinejad H, Gharakhanloo R, Fayazmilani R, Hedayati M, Safarzadeh A, Zarkesh M. The effect of 4 weeks resistance training on murf1 gene expression and muscle atrophy in diabetic wistar rats. Medical Journal of Tabriz University of Medical Sciences. 2016 Jun 12; 38(2): 6-13. [In Persian]
  22. Liu HW, Chang SJ. Moderate exercise suppresses NF-κB signaling and activates the SIRT1-AMPK-PGC1α Axis to attenuate muscle loss in diabetic db/db mice. Frontiers in physiology. 2018; 9: 636.
  23. Ribeiro MBT, Guzzoni V, Hord JM, Lopes GN, Marqueti RC, Andrade RV, et al. Resistance training regulates gene expression of molecules associated with intramyocellular lipids, glucose signaling and fiber size in old rats. Scientific Report. 2017; 7(1): 8593
  24. Moradi Y, Zehsaz F, Nourazar MA. Concurrent exercise training and Murf-l and Atrogin-1 gene expression in the vastus lateralis muscle of male Wistar rats. Apunts Sports Medicine. 2020 Jan 1; 55(205): 21-7.
  25. Zhang J, Zheng J, Chen H, Li X, Ye C, Zhang F, Zhang Z, Yao Q, Guo Y. Curcumin targeting NF‐κB/ubiquitin‐proteasome‐system axis ameliorates muscle atrophy in triple‐negative breast cancer cachexia mice. Mediators of Inflammation. 2022; 2022(1): 2567150.
  26. Li Y, Zhang F, Modrak S, Little A, Zhang H. Chronic alcohol consumption enhances skeletal muscle wasting in mice bearing cachectic cancers: the role of TNFα/myostatin axis. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 2020; 44(1): 66-77.
  27. Odeh M, Tamir‐Livne Y, Haas T, Bengal E. P38α MAPK coordinates the activities of several metabolic pathways that together induce atrophy of denervated muscles. The FEBS Journal. 2020; 287(1): 73-93.
  28. Musi CA, Agrò G, Santarella F, Iervasi E, Borsello T. JNK3 as therapeutic target and biomarker in neurodegenerative and neurodevelopmental brain diseases. Cells. 2020; 28; 9(10): 2190.
  29. Shabani M, Valipour-Dehnou V, Tabandeh MR, Molanouri-Shamsi M. The effect of aerobic endurance exercise on changes in heat shock protein 60 and insulin resistance in mice with type 2 diabetes. Feyz Medical Sciences Journal. 2022; 26(3): 273-81.
  30. Chen GQ, Mou CY, Yang YQ, Wang S, Zhao ZW. Exercise training has beneficial anti-atrophy effects by inhibiting oxidative stress-induced MuRF1 upregulation in rats with diabetes. Life Sciences. 2011; 89(1-2): 44-9.
  31. Wong S, Bhasin S, Serra C, Yu Y, Deng L, Guo W. Lopinavir/Ritonavir impairs physical strength in association with reduced Igf1 expression in skeletal muscle of older mice. Journal of AIDS & clinical research. 2013; 4: 216
  32. He W, Wang P, Chen Q, Li C. Exercise enhances mitochondrial fission and mitophagy to improve myopathy following critical limb ischemia in elderly mice via the PGC1a/FNDC5/irisin pathway. Skeletal muscle. 2020; 10(1): 25.
  33. Sandri M. Protein breakdown in cancer cachexia. In Seminars in cell & developmental biology; 2016 (54, pp. 11-19). Academic Press.
  34. Baptista IL, Leal ML, Artioli GG, Aoki MS, Fiamoncini J, Turri AO, et al. Leucine attenuates skeletal muscle wasting via inhibition of ubiquitin ligases. Muscle & Nerve: Official Journal of the American Association of Electrodiagnostic Medicine. 2010; 41(6): 800-8
  35. Reddy SS, Shruthi K, Joy D, Reddy GB. 4-PBA prevents diabetic muscle atrophy in rats by modulating ER stress response and ubiquitin-proteasome system. Chemico-biological interactions. 2019; 306: 70-7.
  36. Islam H, Hood DA, Gurd BJ. Looking beyond PGC-1α: emerging regulators of exercise-induced skeletal muscle mitochondrial biogenesis and their activation by dietary compounds. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism. 2020; 45(1): 11-23.
  37. Cerdá-Bernad D, Valero-Cases E, Pastor JJ, Frutos MJ. Saffron bioactives crocin, crocetin and safranal: Effect on oxidative stress and mechanisms of action. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2022; 62(12): 3232-49.