مقدمه

اگرچه پیری یک بیماری نیست، ولی عامل خطر برای اکثر بیماری های مزمن در نظر گرفته می شود [۱]. تغییرات مرتبط با سن و بی تحرکی و تغییرات در ترکیب بدنی، عوامل ایجاد بیماری های متابولیکی هستند. بیماری دیابت شیرین شایع ترین بیماری متابولیکی است [۲]. این بیماری یک مشکل بهداشتی در سراسر جهان است که حدود یک تا دو درصد افراد جامعه بدان مبتلا هستند و سبب ازکارافتادگی و مرگ ومیر فراوان می شود [۳، ۱]. در افراد دیابتی، انعطاف پذیری متابولیکی1 دچار اختلال می شود. انعطاف پذیری متابولیکی، ظرفیت یک سیستم برای تنظیم اکسیداسیون منابع انرژی (عمدتاً گلوکز و اسیدهای چرب) بر اساس میزان دسترسی به این مواد سوختی است. PDK4 2 آنزیمی است که در کنترل مصرف سوبسترا درگیر است و باعث تغییر اکسیداسیون سوبسترا از کربوهیدرات ها به سمت چربی ها می شود [۵، ۴].

PDK4 به وفور در جزایر پانکراس، قلب و عضله اسکلتی یافت می شود؛ چراکه این بافت ها مصرف گلوکز بالا و نرخ اکسیداسیون اسید چرب بالایی دارند [۷، ۶]. فراهم بودن PDK4 به طور ویژه در عضله و کبد برای پاسخ به ناشتایی و فعالیت ورزشی مهم است. از طرفی، مطالعات اخیر نشان دادند که فعال سازی P‏PARα 3 یک هدف شناخته شده برای PGC-1α 4، موجب بیان PDK4 می شود. به طور قابل توجهی، PGC-1α توسط ناشتایی و فعالیت ورزشی فعال می شود. PGC-1α یک مولکول متصل (سوایچ) است که چندین عامل کلیدی در برنامه های سازگار با ترموژنیک در چربی قهوه ای را به راه می اندازد، شامل تحریک مصرف سوخت، اکسیداسیون میتوکندریایی اسید چرب و تولید گرما از طریق بیان پروتئین جفت نشده (UCP-1) 5. همزمان با فعال سازی بیان UCP-1، بیان α PGC-1 برای پیشروی تمایز به سمت دودمان چربی قهوه ای کافی است.

PGC-1 α اغلب به یک لیگاند پروتئینی برای ERRها6 برمی گردد. شواهد اخیر نشان می دهند که ERR ها با PGC-1α برای تنظیم بیان ژن میتوکندریایی شریک هستند و این گیرنده های هسته ای به عنوان واسطه های مهم در عملکرد و متابولیسم میتوکندریایی دخالت می کنند. کشف PGC-1α نقطه عطفی در فهم اساس مولکولی سازگاری های ناشی از فعالیت ورزشی در بیوژنز و عملکرد میتوکندریایی و تنظیم متابولیسم سوبسترای عضله اسکلتی را نشان می دهد [۸].

نسخه برداری از ژن های صرفه جو مانند PDK4 در اواخر تمرین با فشار کم و طولانی مدت افزایش می یابد. عمل این ژن کاهش پایدار در اکسیداسیون کربوهیدرات حین این گونه تمرینات است و باعث کاهش در میزان استفاده از گلوکز و گلیکوژن می شود [۹، ۲]. در گذشته این موضوع آشکار بود که ورزش باعث بهبود جذب گلوکز در عضله اسکلتی بیماران دیابتی می شود. به دنبال فعالیت، پروتئین هایی مانند آدنوزین مونوفسفات کیناز ایجاد می شود تا بتوانند جذب گلوکز را افزایش دهند [۱۱-۹].

از طرفی دیگر، بیان PDK4 در عضله اسکلتی در پاسخ به همه پروتکل های تمرینی افزایش می یابد، اما این افزایش در تمرینات استقامتی در مقایسه با تمرینات تک جلسه ای بیشتر است. برای مثال، وانگ و همکاران دریافتند که در افراد تمرین نکرده پاسخ ۲/۲ برابری در بیان PDK4 متعاقب تمرینات مقاومتی و تمرین استقامتی متقارن7 نسبت به تمرین استقامتی تک جلسه ای بروز می یابد [۱۲].

امروزه برای مدیریت بیماری دیابت، علاوه بر انجام تمرینات مختلف ورزشی، راهکارهای غیردارویی دیگری نیز با منشأ گیاهی مورد توجه قرار گرفته است [۱۴، ۱۳]. مواد بیولوژیک با منشأ گیاهی شاخه ای از فارماکوتراپی مدرن بیماری ها را تشکیل می دهند. اگرچه عوامل دارویی متنوعی برای درمان انواع بیماری ها وجود دارد، اما اغلب بیماران قادر به تحمل اثرات جانبی داروهای شیمیایی نیستند و از سوی دیگر اکثر گیاهان اثرات جانبی بسیار اندکی بر روی بیماران به جای می گذارند. بنابراین در سال های اخیر، ترکیب استفاده از داروهای گیاهی در کنار پرداختن به فعالیت بدنی مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است.

از جمله این مواد رزوراترول8 است که در گیاهان بنفش و قرمزرنگ به خصوص در پوست انگور قرمز و خانواده توت ها وجود دارد [۱۵]. رزوراترول یک ترکیب پلی فنول است و در پاسخ به حمله پاتوژن ها و استرس محیطی در گیاهان تولید می شود [۱۷، ۱۶]. این ماده یک فیتوآلکسین طبیعی است که حداقل در ۲۷ گونه گیاهی یافت می شود. تحقیقات نشان داده اند که رزوراترول دارای اثرات ضد التهابی، آنتی اکسیدانی و ضد دیابتی است [۱۸]. سین و همکاران با مروری بر مکانیسم آنتی گلیسیمی رزوراترول در عضلات اسکلتی افراد مسن و بیماران دیابتی، تغییرات بیان PDK4 از مسیر PGC-1α را تحت مصرف رزوراترول تأیید کردند [۱۹]؛ بنابراین با توجه به مطالب بیان شده، محقق به دنبال پاسخ به به این سؤال است که آیا تمرین تناوبی به همراه مکمل رزوراترول بر بیان ژن PDK4 و PGC-1α بافت عضله دوقلو در موش های دیابتی تاثیری دارد؟

مواد و روش ها

با توجه به کنترل بیشتری که روی آزمودنی های حیوانی صورت می گیرد، پژوهش از نوع تجربی است. آزمودنی ها در طی مراحل پژوهش در قفس های پلی کربنات شفاف به ابعاد ۳۰×۱۵×۱۵ سانتی متر ساخت شرکت رازی راد، با دمای محیط۲±۲۰ درجه سانتی گراد و رطوبت ۵±۵۰ درصد به همراه تهویه مناسب و چرخه روشنایی و تاریکی ۱۲:۱۲ نگهداری شدند. غذای مورد نیاز آن ها که از شرکت خوراک دام به پرور کرج به صورت پلت تهیه شد و آب مورد نیاز آن ها به صورت آزاد در بطری ۵۰۰ میلی لیتری ویژه حیوانات آزمایشگاهی در اختیار آنان قرار گرفت. جامعه آماری شامل ۴۲ سر موش صحرایی نر مسن (با میانگین سنی ۴۰ تا ۵۰ هفته ای) بود که تکثیر آن ها در مرکز پژوهش دانشگاه آزاد واحد ساری انجام شد. میانگین وزنی آن ها ۲۵۰ تا ۳۰۰ گرم بود به طور تصادفی به شش گروه تقسیم شدند که شامل گروه های کنترل ـ سالم، کنترل ـ دیابتی، دیابتی + تمرین تناوبی، دیابتی + مکمل، دیابتی + تمرین / تناوبی + مکمل و سالین (تزریق محلول سالین برای کنترل اثر تزریق) بودند.

قبل از شروع پروتکل اصلی، آزمودنی های قرار گرفته در گروه تمرین و گروه مکمل + تمرین به منظور آشنایی با چگونگی فعالیت توسط تردمیل، در یک هفته طی پنج جلسه، به مدت پنج دقیقه با سرعت ۱۰-۸ متر بر دقیقه با شیب صفر فعالیت داشتند. پروتکل تمرین تناوبی شامل ۱۰ ست یک دقیقه ای با شدت ۵۰ درصد و دو دقیقه استراحت بین ست ها بود و با سرعت ۱۴ متر در دقیقه شروع و هر هفته دو متر در دقیقه به سرعت افزوده می شد. تمرینات هفته ای سه جلسه و به مدت هشت هفته انجام شد [۲۰]. نحوه دیابتی کردن موش ها به این صورت بود که به دلیل مسن بودن موش ها داروی استرپتوزوتوسین9 با دُز ۵۰ میلی گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن به صورت درون صفاقی به آنان تزریق شد و با بررسی نمونه خون از گوشه چشم و گلوکز ناشتایی بیش از ۲۵۰ میلی گرم بر دسی لیتر از دیابتی بودن مطمئن شدیم [۲۱].

مکمل رزوراترول در گروه های مکمل و مکمل + تمرین، روزانه با دُز ۲۰ میلی گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن به صورت درون صفاقی به آنان تزریق می شد [۲۲، ۲۱، ۱۸].

۴۸ ساعت پس از آخرین جلسه تمرینی و پس از ۱۰ تا ۱۲ ساعت ناشتایی، آزمودنی ها با تزریق درون صفاقی ترکیبی از کتامین و زایلازین بیهوش شدند و نمونه گیری های بافتی صورت گرفت. بافت عضله دوقلوی آن ها جدا و در محیط منفی ۸۰ درجه سانتی گراد نگهداری و سپس به آزمایشگاه ارسال شد. مطالعات بیان ژن PDK4 و PGC-1α در بافت عضله دوقلو به روش Real time PCR 10 سنجش و پس از کمّی سازی، مقادیر بیان ژن با استفاده از فرمول ∆∆Ct-2 تجزیه و تحلیل شد.

در ابتدا، نمونه های عضلانی در بافر فسفات (pH 7/0) در دمای چهار درجه سانتی گراد با هموژنیزه کننده همگن شدند. کل RNA ها از بافت عضله دوقلو از تمام موش ها با استفاده از کیتsulP-XNR ( (SinaClon RN7713 استخراج شدند. برای تخمین کمیت و کیفیت RNA های استخراج شده از روش اسپکتروفتومتر ND-1000 Nanodrop (Thermo Sci., Newington NH) استفاده شد. ساخت cDNA با استفاده از کیت سنتز cDNA شرکت Thermo science آلمان طبق دستورالعمل شرکت سازنده در دمای ۴۲ درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت انجام شد. بیان ژن های مورد نظر با روش PCR Real-Time و با دستگاه Real Q-PCR 29 Master Mix Kit (nocilpmA دانمارک) در ۴۰ سیکل انجام شد. سطوح mRNA ها نسبت به مقدار mRNA GAPDH نرمال شدند. در جدول شماره ۱ توالی پرایمرهای مورد استفاده آورده شده است.

جهت طبقه بندی داده ها، از آمار توصیفی استفاده شد و نتایج به صورت میانگین± انحراف معیار نمایش داده شدند. بررسی طبیعی بودن داده ها با استفاده از آزمون شاپیرو ویلک و بررسی تجانس واریانس ها از آزمون لوین انجام شد. با توجه به طبیعی نبودن توزیع داده ها، جهت بررسی تغییرات بین گروه ها از آزمون کروسکال والیس استفاده شد. سطح معناداری درنظر گرفته شده ۰۵/۰ بود و از نسخه ۲۳ نرم افزار SPSS استفاده شد.

یافته ها

نتایج آزمون کروسکال والیس برای بیان ژن PDK4 عضله دوقلو در گروه های مختلف، در جدول شماره ۲ نشان داده شده است. ارزش کای اسکوئر محاسبه شده (۷۸۲/۳۷) و معنادار بودن آن در سطح ۰۰۱/۰P<، بیانگر وجود تفاوت معنی دار بیان ژن PDK4 عضله دوقلو در بین گروه های مختلف پژوهش است.

بیشترین بیان ژن PDK4 عضله دوقلو در گروه تناوبی + دیابت + رزوراترول و کمترین سطوح آن در گروه کنترل ـ دیابتی مشاهده شد (تصویر شماره ۱).

میانگین بیان ژن PDK4 عضله دوقلو در موش های مسن مبتلا به دیابت نوع ۲ کاهش معنی داری در گروه های کنترل ـ دیابت در مقایسه با سایر گروه ها داشته است. در اینجا تفاوت معنی داری در بیان ژن PDK4 بین گروه های رزوراترول و کنترل ـ سالم نبود (تصویر شماره ۱ با علامت های مشابه، ۰۵/۰P>). اختلاف معنی داری میان گروه های کنترل ـ دیابت و تناوبی نیز مشاهده نشد. در حالی که ترکیب رزوراترول + تمرین تناوبی موجب یک افزایش معنی داری در بیان ژن PDK4 در مقایسه با گروه های دیگر شد (۰۰۱/۰P<). بیان ژن PDK4 در گروه های رزوراترول و تمرین تناوبی بیشتر از گروه کنترل ـ دیابت بود (۰۱/۰P<). افزایش سطوح PDK4 در موش های تحت درمان با ترکیبی از رزوراترول و تمرین تناوبی به طور معنی داری بیشتر از رزوراترول و تمرین تنها بود (۰۰۱/۰P<). همچنین این تفاوت بین گروه کنترل با گروه رزوراترول معنی دار بوده است (تصویر شماره ۱).

همچنین، نتایج آزمون کروسکال والیس برای بیان ژن PGC-1α عضله دوقلو در گروه های مختلف در جدول شماره ۲ نشان داده شده است. ارزش کای اسکوئر محاسبه شده (۵۰۳/۳۵) و معنادار بودن آن در سطح ۰۰۱/۰P<، بیانگر وجود تفاوت معنی دار بیان ژن PGC-1α عضله دوقلو در بین گروه های مختلف پژوهش بود. نتایج نشان می دهد که بیشترین بیان ژن PGC-1α عضله دوقلو در گروه مکمل + تمرین تناوبی و کمترین سطوح آن در گروه کنترل ـ دیابت است. میانگین بیان ژن PGC-1α عضله دوقلو در موش های مسن مبتلا به دیابت نوع ۲ کاهش معنی داری در گروه کنترل ـ دیابت در مقایسه با سایر گروه ها داشته است. در اینجا تفاوت معنی داری در بیان ژن PGC-1α بین گروه های رزوراترول، رزوراترول + تمرین تناوبی و کنترل ـ سالم نبود (تصویر شماره ۲ با علامت مشابه (b)، ۰۵/۰P>).

اختلاف معنی داری میان گروه های کنترل ـ دیابت و تناوبی نیز مشاهده نشد (تصویر شماره ۲ با علامت مشابه (a)، ۰۵/۰P>). در حالی که گروه های رزوراترول و رزوراترول + تمرین تناوبی موجب یک افزایش معنی دار در بیان ژن PGC-1α در مقایسه با گروه های دیگر شدند (۰۰۱/۰P<). افزایش بیان ژن PGC-1α در موش های تحت درمان با ترکیبی از رزوراترول و تمرین تناوبی به طور معنی داری بیشتر از رزوراترول و تمرین تنها بود (تصویر شماره ۲، ۰۰۱/۰P<).

بحث

در این پژوهش، اثرات مثبت مکمل رزوراترول، تمرین تناوبی و ترکیب آن ها بر بیان ژن PDK4 و PGC-1α در عضله دوقلوی موش های مسن مبتلا به دیابت نوع ۲ مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد بیان ژن PDK4 در عضله دوقلوی موش های مسن مبتلا به دیابت نوع کاهش می یابد. احتمالاً، کاهش بیان ژن PDK4 به علت افزایش سطح پروتئین آن در افراد دیابتی است [۲۳]. تعدادی از مطالعات قبلی نشان دادند که دیابت همراه با افزایش غلظت PDK4، کاهش بیان ژن آن و عملکرد نامناسب ژن PDK4 است [۲۴، ۱۱، ۹]. PDK4 ها توسط هورمون های انسولین، گلوکوکورتیکوئیدها، تیروئید و اسید های چرب تنظیم می شوند. شواهد جدیدی وجود دارد که در چندین اختلال متابولیکی، مانند دیابت، PDK فعالیت کمپلکس پیروات دهیدروژناژ11 را کاهش می دهد [۱۱، ۹].

با توجه به فعالیت تنظیم شده PDHa 12 توسط انسولین، گزارش شده است که انسولین فعالیت PDP 13 را افزایش می دهد و پروتئین PDK4 موجود در عضلات اسکلتی موش ها را کاهش می دهد [۲]. با توجه به این مشاهدات، دیده شده که دیابت نوع ۲ منجر به اختلال در تنظیم کاهنده انسولین در PDK4 عضله اسکلتی می شود که مهار PDH ناشی از PDK4 و مهار اکسیداسیون گلوکز را که ممکن است به مقاومت انسولینی منجر شود، نشان می دهد [۲].

پیشنهاد شده که تأثیر فعالیت نسخه برداری PDK4 در دیابت احتمالاً یک استراتژی درمانی بالقوه است [۲۵، ۴]. با توجه به نقش حیاتی این ژن در پاتوژنز دیابت، متابولیسم گلوکز و لیپید و مقاومت به انسولین، این ژن می تواند هدفی برای داروهای مختلف در محافظت از متابولیسم گلوکز عضلانی باشد.

در اینجا اثرات رزوراترول، تمرین تناوبی و ترکیب آن ها برای افزایش بیان ژن PDK4 در موش های دیابتی نوع ۲ مقایسه شد. در مطالعه حاضر، دریافتیم که بیان ژن PDK4 در موش های دیابتی پس از تجویز رزوراترول در بافت عضله دوقلو افزایش می یابد. به همین ترتیب، مطالعات قبلی نشان دادند که مکمل رزوراترول می تواند پیامدهای پیری عضلانی و مقاومت به انسولین را بهبود بخشد [۱۹، ۱۳].

شواهد جمع آوری شده نشان می دهد که رزوراترول، یک پلی فنول طبیعی در انگور قرمز، پروتئین سیرتوئین 14۱ مرتبط با طول عمر را فعال می کند و علاوه بر تأثیرات مستمر آن در فرایند های انرژی زایی میتوکندری، حساسیت انسولین را افزایش می دهد [۱۹]. چنین مزایایی می تواند به دلیل توانایی رزوراترول برای تحریک مسیرهای متابولیسم داخل سلولی باشد که باعث می شود سلول ها مؤثرتر از انسولین و گلوکز استفاده کنند و در نهایت منجر به کاهش سطح قند خون می شود [۱۳].

مطالعات قبلی گزارش کردند که مکمل رزوراترول می تواند موجب افزایش فعالیت نسخه برداری PDK4 عضله دوقلو در پاسخ به کاهش محتوای پروتئینی PDK4 شود [۱۹]. در مطالعه حاضر، ملاحظه شد که بیان mRNA از PDK4، در گروه های رزوراترول و تمرین تناوبی بالاتر از گروه های بیمار و سالین بود. مهم تر از همه، افزایش سطح mRNA مربوط به PDK4 در موش های درمان شده با ترکیبی از رزوراترول و تمرین به طور معنی داری بالاتر از موش هایی بود که فقط رزوراترول و یا تمرین داشتند.

چندین مطالعه اثرات مثبت رزوراترول را در ترکیب با تمرینات متفاوت بر تنظیم متابولیسم گلوکز عضله در افراد مسن دیابتی نوع ۲ ارزیابی کردند [۲]. اخیراً یک مطالعه نشان داد که تمرین، رزوراترول و ترکیب این دو با افزایش بیان p-AMPK و SIRT1 اثرات حفاظتی بر روی سارکوپنی، به عنوان سندرم مرتبط با سن دارند [۲۶]. اثرات تنظیم کنندگی SIRT1 بر روی هومئوستاز انرژی در عضلات اسکلتی ممکن است نیاز به یک سیگنال فعال در مسیرهای بالایی داشته باشد که از طریق سنسور انرژی AMPK در پاسخ به تحریک رزوراترول تنظیم می شود [۱۹]. همچنین افزایش نیازهای انرژی مربوط به تمرین منجر به القای بیان ژن PGC-1α عضلانی می شود که به نوبه خود موجب بیان ژن ERRα می شود. ERRα سپس به پروموتر ژن PDK4 متصل می شود، جایی که PGC-1α به طور مستقیم با ERRα برای ایجاد بیان ژن PDK4 همکاری می کند [۹].

وانگ و همکاران نشان دادند که بعد از تمرین، mRNA مربوط به PGC-1α و PDK4 در هر دو نوع تار، پنج تا هشت برابر افزایش می یابد [۱۲]. در تحقیق حاضر نیز تغییرات بیان ژن PGC-1α همسو با نتایج ژن PDK4 بود. تفاوت معنی داری در میزان بیان نسبی ژن PGC-1α عضله دوقلو بین گروه های مختلف مشاهده شد (P<۰/۰۰۰). نتایج نشان می دهد بیشترین بیان ژن PGC-1α عضله نعلی و دوقلو در گروه رزوراترول + تمرین تناوبی و کمترین سطوح آن در گروه بیمار و سالین مشاهده شد. برخی تحقیقات نتایجی مخالف تحقیق حاضر را نشان دادند.

گزارش شده که تمرین با شدت بالا، موجب افزایش فراوانی mRNA PGC-1 نسبت به تمرین با شدت کم، با کالری یکسان، شده است و این امر با افزایش سیگنالینگ AMPK و بدون تفاوت در فعالیت P38 MAPK همراه بوده است [۲۷].

تحقیق دیگری نیز نشان داد رو نویسی نشانگرهای بالادستی بیوژنز میتوکندریایی (PGC-1 ، PRC ،PPAR) پس از یک جلسه تمرینی کامل در افراد بسیار تمرین کرده بدون تفاوت بین نوع تمرین (سرعتی یا تناوبی) افزایش می یابد. جالب توجه است که mRNA مربوط به یک هدف پایین دست Tfam) PGC-1 ) تنها پس از تمرین سرعتی افزایش یافت. رونویسی ژن در طی تمرین سرعتی وابسته به کار انجام شده است که احتمالاً مربوط به ضرورت فعال شدن سریع تارهای نوع ۲ است [۱۰].

وانگ و همکاران در بررسی اثر تمرین تداومی و متناوب بر روی mRNA ،PGC-1α و PDK4 در تارهای نوع ۱ و ۲ عضلات اسکلتی انسان به این نتایج رسیدند که بیان ژن های نشانگر متابولیسم اکسیداتیو در بین انواع تارها در زمان استراحت متفاوت نبود و بدون در نظر گرفتن تفاوت های نوع تار و طریقه تمرین، میزان mRNA مربوط بهPGC-1α و PDK4 در هر دو نوع تار ۱ و ۲ عضلانی بعد از تمرین شدید طولانی متناوب افزایش یافت. فعال سازی ژن ناشی از تمرین (افزایش برابر) با سطح پایه mRNA همبستگی معکوس داشت. نتایج مطالعه آن ها نشان داد که تمرین طولانی (۹۰ دقیقه) بالای ۶۰ درصد حداکثر اکسیژن مصرفی (Vo2max)، برای فعال کردن سیگنال زیستی میتوکندریایی (PGC-1α mRNA) و ظرفیت اکسیداسیون چربی (mRNA PDK4 ) در هر دو نوع تار کافی است.

افراد مورد مطالعه در مطالعه آن ها افراد بی تحرک بودند و نتایج ممکن است برای افراد آموزش دیده استقامتی معتبر نباشد [۵]. این در حالی که تمرین مداوم با ۷۰ درصد حداکثر اکسیژن مصرفی تنها تغییرات جزئی در mRNA PGC-1α را ایجاد کرد [۲۸]. القای ژن بعد از تمرینات مداوم و متناوب هم در مقدار و هم در پاسخ خاص به نوع فیبر شبیه هم بود. در جریان پروتکل تناوبی، تنش متابولیکی کم و مشابه آن در طی تمرین تداومی است. دوره های طولانی تمرین با شدت زیاد با اختلال متابولیسم بیشتر، ممکن است یک پروتکل کارآمد در تحریک بیوژنز میتوکندری نسبت به پروتکل تناوبی باشد [۵].

درک تنظیم PDK4 مهم است؛ زیرا این فرصت را برای مداخله در درمان دیابت نوع ۲ را که در حال حاضر ۶ درصد از جمعیت جهان را تحت تأثیر قرار خود قرار داده و طبق گزارشات با سرعت پیشرفت می کند، فراهم می کند. در حال حاضر تنظیم PDK4 در درجه اول، در سطح بیان ژن و تعامل پروتئین PDK با عوامل آلوستریک مطالعه شده است. مطالعات نشان داده است که فعالیت PDK4 نیز با تعامل سوبسترای پروتئینی کمپلکس پیروات دهیدروژناز (PDC) تنظیم می شود [۲۹]. این امر، همراه با این واقعیت است که ارتباط متقابل پروتئین ـ پروتئین نقش مهمی در تنظیم فعالیت های پروتئین هدف و هوموستاز سلولی را ایفا می کند [۳۰]. روچه و هیروماسا نشان دادند که مهار فعالیت PDK توسط مهار کننده های pan-PDK منجر به فعال سازی PDC می شود که انتخابگر تبدیل گلوکز به لاکتات هستند [۳۱].

به خوبی تأیید شده است که رزوراترول موجب افزایش انتقال /مصرف گلوکز در عضله اسکلتی می شود [۳۲]. نشان داده شده که عضله اسکلتی بیماران دیابتی افزایش پاسخ SIRT1 و GLUT4 15 را در پاسخ به مکمل روزانه ۱۲ هفته ای با رزوراترول را نشان می دهد [۳۳]. همچنین گزارش شده است که مکمل ۱۶ماهه رزوراترول باعث افزایش جذب گلوکز در عضله های تحریک شده با انسولین می شود [۳۴]. به هر حال، معلوم شده است که فعال شدن SIRT1 توسط رزوراترول ممکن است بیان موضعی غشایی GLUT4 را افزایش دهد و در نتیجه بهبود جذب گلوکز در عضله پیر را افزایش دهد. رزوراترول، یک پلی فنول طبیعی در انگور قرمز است که دارای اثرات ضد هیپرگلیسمی شامل تحریک جذب گلوکز و پیشگیری از تغییرات نامطلوب در سیگنالینگ انسولین در عضله اسکلتی می شود [۱۹].

بنابراین، یافته های ما نشان دادند که درمان ترکیبی با مکمل رزوراترول و تمرین تناوبی می تواند برای بهبود بیان PDK4 و PGC-1a و نیز متابولیسم سلول های عضلانی آزمودنی های مسن مناسب تر باشد. گرچه رزوراترول دارای خواص آنتی اکسیدانی و ضد التهابی است، ترکیب آن با تمرین تناوبی می تواند برای کاهش اختلالات ناشی از دیابت نوع ۲ مؤثرتر باشد. با این حال، تعداد کم موش ها در زیرگروه های پژوهش محدودیت مطالعه ما بود.

نتیجه گیری

به طور کلی، نتایج ما نشان داد که ترکیبی از رزوراترول و تمرین تناوبی می تواند اثرات مفیدی بر بیان ژن PDK4 و PGC-1α در عضله دوقلوی موش های مسن مبتلا به دیابت نوع ۲ داشته و در نتیجه خطرات ناشی از عوارض دیابت را کاهش دهد.

ملاحظات اخلاقی

پیروی از اصول اخلاق پژوهش

این پژوهش توسط کمیته مراقبت از حیوانات و استفاده از آن در دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری تأیید شده است (شماره مجوز تصویب: R.IAU.SARI.REC.1397.8).

حامی مالی

این مقاله مستخرج از رساله دکتری آقای علی صالحی در دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری، دانشکده علوم انسانی با کد ۲۰۸۲۱۴۰۴۹۷۱۰۰۷ است و با هزینه شخصی انجام شده است.

مشارکت نویسندگان

اجرای پروتکل: علی صالحی و هاجر عباس زاده؛ بازبینی نهایی مقاله: همه نویسندگان؛ ایده اصلی: علی صالحی؛ آنالیز داده ها: هاجر عباس زاده؛ اجرای مطالعه و تدوین دست نوشته: پروین فرزانگی.

تعارض منافع

بنابر اظهار نویسندگان این مقاله هیچ گونه تعارض منافعی ندارد.

تشکر و قدردانی

بدین وسیله نویسندگان مقاله، از مسئولان آزمایشگاه حیوانی دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری به دلیل همکاری هایشان سپاسگزاری می کنند.

1. Metabolic Flexibility

2. Pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4 )

3. Peroxisome Proliferator-Activated Receptor Alpha (PPARα)

4. Peroxisome Proliferator-Activated Receptor-gamma Coactivator (PGC)-1alpha (PGC-1α )

5. Uncoupling protein-1

6. Estrogen-related receptor alpha

7. Concurrent endurance

8. Resveratrol

9. Streptozocin (STZ)

10. Real time polymerase chain reaction

11. Pyruvate Dehydrogenase Complex (PDC)

12. Pyruvate dehydrogenase

13. Pyruvate dehydrogenase phosphatase

14. Sirtuin-1 (SIRT-1)

15. Glucose transporter type 4

References

1. Gray DWR, Titus N, Badet L. Islet cell transplantation for insulin-dependent diabetes mellitus: Perspectives from the present and prospects for the future. Expert Reviews in Molecular Medicine. 2000; 2(6):1-28. [DOI:10.1017/S1462399400001861] [PMID]
2. Biensø RS, Olesen J, Gliemann L, Schmidt JF, Matzen MS, Wojtaszewski JF, et al. Effects of exercise training on regulation of skeletal muscle glucose metabolism in elderly men. Journals of Gerontology Series A: Biomedical Sciences and Medical Sciences. 2015; 70(7):866-72. [DOI:10.1093/gerona/glv012] [PMID]
3. Traub O, Van Bibber R. Role of nitric oxide in insulin-dependent diabetes mellitus-related vascular complications. Western Journal of Medicine. 1995; 162(5):439-45. [PMID] [PMCID]
4. Jeoung NH. Pyruvate dehydrogenase kinases: Therapeutic targets for diabetes and cancers. Diabetes & Metabolism Journal. 2015; 39(3):188-97. [DOI:10.4093/dmj.2015.39.3.188] [PMID] [PMCID]
5. Wang L, Sahlin K. The effect of continuous and interval exercise on PGC‐1α and PDK4 mRNA in type I and type II fibres of human skeletal muscle. Acta Physiologica. 2012; 204(4):525-32. [DOI:10.1111/j.1748-1716.2011.02354.x] [PMID]
6. Bowker-Kinley MM, Davis WI, Wu P, Harris RA, Popov KM. Evidence for existence of tissue-specific regulation of the mammalian pyruvate dehydrogenase complex. Biochemical Journal. 1998; 329(Pt 1):191-6. [DOI:10.1042/bj3290191] [PMID] [PMCID]
7. Zhang Sh, Hulver MW, McMillan RP, Cline MA, Gilbert ER. The pivotal role of pyruvate dehydrogenase kinases in metabolic flexibility. Nutrition & Metabolism. 2014; 11:10. [DOI:10.1186/1743-7075-11-10] [PMID] [PMCID]
8. Puigserver P, Spiegelman BM. Peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator 1α (PGC-1α): Transcriptional coactivator and metabolic regulator. Endocrine Reviews. 2003; 24(1):78-90. [DOI:10.1210/er.2002-0012] [PMID]
9. Wende AR, Huss JM, Schaeffer PJ, Giguere V, Kelly DP. PGC-1α coactivates PDK4 gene expression via the orphan nuclear receptor ERRα: A mechanism for transcriptional control of muscle glucose metabolism. Molecular and Cellular Biology. 2005; 25(24):10684-94. [DOI:10.1128/MCB.25.24.10684-10694.2005] [PMID] [PMCID]
10. Niklas P, Li W, Jens W, Michail T, Kent S. Mitochondrial gene expression in elite cyclists: Effects of high-intensity interval exercise. European Journal of Applied Physiology. 2010; 110(3):597-606. [DOI:10.1007/s00421-010-1544-1] [PMID]
11. Lee IK. The role of pyruvate dehydrogenase kinase in diabetes and obesity. Diabetes & Metabolism Journal. 2014; 38(3):181-6. [DOI:10.4093/dmj.2014.38.3.181] [PMID] [PMCID]
12. Wang L, Mascher H, Psilander N, Blomstrand E, Sahlin K. Resistance exercise enhances the molecular signaling of mitochondrial biogenesis induced by endurance exercise in human skeletal muscle. Journal of Applied Physiology. 2011; 111(5):1335-44. [DOI:10.1152/japplphysiol.00086.2011] [PMID]
13. Movahed A. [Beneficial effects of resveratrol on reducing blood glucose and insulin resistance in T2DM (Persian)]. Iranian South Medical Journal. 2016; 19(1):155-66. [DOI:10.7508/ismj.1395.01.013]
14. Nasri S. [The effect of Resveratrol flavonoid on learning and memory in passive avoidance and Y maze in diabetic rat (Persian)]. Iranian South Medical Journal. 2014; 17(1):11-20. http://ismj.bpums.ac.ir/article-1-500-en.html
15. Brown VA, Patel KR, Viskaduraki M, Crowell JA, Perloff M, Booth TD, et al. Repeat dose study of the cancer chemopreventive agent resveratrol in healthy volunteers: Safety, pharmacokinetics, and effect on the insulin-like growth factor axis. Cancer Research. 2010; 70(22):9003-11. [DOI:10.1158/0008-5472.CAN-10-2364] [PMID] [PMCID]
16. Shang J, Chen LL, Xiao FX, Sun H, Ding HC, Xiao H. Resveratrol improves non-alcoholic fatty liver disease by activating AMP-activated protein kinase. Acta Pharmacologica Sinica. 2008; 29(6):698-706. [DOI:10.1111/j.1745-7254.2008.00807.x] [PMID]
17. Rubiolo JA, Mithieux G, Vega FV. Resveratrol protects primary rat hepatocytes against oxidative stress damage: Activation of the Nrf2 transcription factor and augmented activities of antioxidant enzymes. European Journal of Pharmacology. 2008; 591(1-3):66-72. [DOI:10.1016/j.ejphar.2008.06.067] [PMID]
18. Mohajeri D, Monadi AR, Mousavi Gh, Rezaei Saber AP. [Cardioprotective effect of resveratrol on isoproterenol-induced experimental myocardial infarction in rat (Persian)]. Veterinary Clinical Pathology. 2014; 8(3):537-48. https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?ID=253770
19. Sin TK, Yung BY, Siu PM. Modulation of SIRT1-Foxo1 signaling axis by resveratrol: Implications in skeletal muscle aging and insulin resistance. Cellular Physiology and Biochemistry. 2015; 35(2):541-52. [DOI:10.1159/000369718] [PMID]
20. Linden MA, Fletcher JA, Matthew Morris E, Meers GM, Harold Laughlin M, Booth FW, et al. Treating NAFLD in OLETF rats with vigorous-intensity interval exercise training. Medicine and Science in Sports and Exercise. 2015; 47(3):556-67. [DOI:10.1249/MSS.0000000000000430] [PMID] [PMCID]
21. Mozafari M, Nekooeian AA, Panjeshahin MR, Zare HR. The effects of resveratrol in rats with simultaneous type 2 diabetes and renal hypertension: A study of antihypertensive mechanisms. Iranian Journal of Medical Sciences. 2015; 40(2):152-60. [PMID] [PMCID]
22. Delaviz H, Davoudi P, Sharif Talebian Pour M, Rad P, Sadeghi H. [The effect of resveratrol on fetal heart tissue changes after preeclampsia induced by L-name in rats (Persian)]. Journal of Shahid Sadoughi University of Medical Sciences. 2015; 23(7):669-78. http://jssu.ssu.ac.ir/article-1-3222-en.html
23. Aminizadeh S, Habibi A, Marefati H, Shakerian S. [The role of Pyruvate Dehydrogenase Kinase 4 (PDK4) on the expression of citrate synthase in the skeletal muscle After 4 weeks of endurance training in male wistar rats (Persian)]. Journal of Rafsanjan University of Medical Sciences. 2017; 16(3):191-202. http://journal.rums.ac.ir/article-1-3660-en.html
24. Tao R, Xiong X, Harris RA, White MF, Dong XC. Genetic inactivation of pyruvate dehydrogenase kinases improves hepatic insulin resistance induced diabetes. PloS One. 2013; 8(8):e71997. [DOI:10.1371/journal.pone.0071997] [PMID] [PMCID]
25. Dlamini Z, Ntlabati P, Mbita Z, Shoba-Zikhali L. Pyruvate Dehydrogenase Kinase 4 (PDK4) could be involved in a regulatory role in apoptosis and a link between apoptosis and insulin resistance. Experimental and Molecular Pathology. 2015; 98(3):574-84. [DOI:10.1016/j.yexmp.2015.03.022] [PMID]
26. Liao ZY, Chen JL, Xiao MH, Sun Y, Zhao YX, Pu D, et al. The effect of exercise, resveratrol or their combination on Sarcopenia in aged rats via regulation of AMPK/Sirt1 pathway. Experimental Gerontology. 2017; 98:177-83. [DOI:10.1016/j.exger.2017.08.032] [PMID]
27. Egan B, Carson BP, Garcia-Roves PM, Chibalin AV, Sarsfield FM, Barron N, et al. Exercise intensity-dependent regulation of peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α mRNA abundance is associated with differential activation of upstream signalling kinases in human skeletal muscle. The Journal of Physiology. 2010; 588(Pt 10):1779-90. [DOI:10.1113/jphysiol.2010.188011] [PMID] [PMCID]
28. Nordsborg NB, Lundby C, Leick L, Pilegaard H. Relative workload determines exercise-induced increases in PGC-1α mRNA. Medicine & Science in Sports & Exercise. 2010; 42(8):1477-84. [DOI:10.1249/MSS.0b013e3181d2d21c] [PMID]
29. Connaughton S, Chowdhury F, Attia RR, Song S, Zhang Y, Elam MB, et al. Regulation of Pyruvate Dehydrogenase Kinase isoform 4 (PDK4) gene expression by glucocorticoids and insulin. Molecular and Cellular Endocrinology. 2010; 315(1-2):159-67. [DOI:10.1016/j.mce.2009.08.011] [PMID] [PMCID]
30. Sugden MC, Holness MJ. Interactive regulation of the pyruvate dehydrogenase complex and the carnitine palmitoyltransferase system. The FASEB Journal. 1994; 8(1):54-61. [DOI:10.1096/fasebj.8.1.8299890] [PMID]
31. Roche TE, Baker JC, Yan X, Hiromasa Y, Gong X, Peng T, et al. Distinct regulatory properties of pyruvate dehydrogenase kinase and phosphatase isoforms. Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology. 2001; 70:33-54,IN1-IN2,55-75. [DOI:10.1016/S0079-6603(01)70013-X]
32. Minakawa M, Kawano A, Miura Y, Yagasaki K. Hypoglycemic effect of resveratrol in type 2 diabetic model db/db mice and its actions in cultured L6 myotubes and RIN-5F pancreatic β-cells. Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition. 2011; 48(3):237-44. [DOI:10.3164/jcbn.10-119] [PMID] [PMCID]
33. Goh KP, Lee HY, Lau DP, Supaat W, Chan YH, Koh AF. Effects of resveratrol in patients with type 2 diabetes mellitus on skeletal muscle SIRT1 expression and energy expenditure. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism. 2014; 24(1):2-13. [DOI:10.1123/ijsnem.2013-0045] [PMID]
34. Barger JL, Kayo T, Vann JM, Arias EB, Wang J, Hacker TA, et al. A low dose of dietary resveratrol partially mimics caloric restriction and retards aging parameters in mice. PloS One. 2008; 3(6):e2264. [DOI:10.1371/journal.pone.0002264] [PMID] [PMCID]