eLife | 施冬云课题组等研究发现运动调控REDOX平衡和健康的前哨标志物——AMPK动态激活
近日，复旦大学基础医学院施冬云教授课题组在eLife杂志上发表了题为Hepatic AMPK signaling activation in response to dynamic REDOX balance is a biomarker of exercise to improve blood glucose control的文章。作者通过对2型糖尿病大鼠进行运动和抗氧化剂干预的比较，首次发现适度的运动可以通过提高代偿性抗氧化能力，从而在肝脏中达到较高水平的氧化还原平衡。相反，抗氧化剂干预通过抑制氧化应激实现低水平的氧化还原平衡。这两种干预措施都可以通过激活肝脏AMPK信号来促进葡萄糖分解代谢和抑制糖异生，从而改善糖尿病，维持机体健康稳态。该论文被遴选为“eLife digest ”科学文摘评述报道。
图1：运动和抗氧化干预的不同机制模型
（图源：Wu ML.et al.,eLife,2022）
适度的运动可以减轻许多疾病的症状，包括精神、神经、代谢、心血管、肺部、肌肉骨骼，甚至癌症(1)。然而，关于如何界定适量运动和过量运动尚没有一个合适的生物标记物。作者在之前的工作发现调节肝脏的氧化还原平衡可以改善血糖控制(2)。本研究中作者发现在运动过程中，运动产生的不同水平的ROS对肝脏AMPK的活性和表达具有不同的调节作用。适度的运动产生的ROS促进了肝脏AMPK谷胱甘肽化的激活。然而，过度运动使线粒体功能受损，增加了氧化损伤，抑制了AMPK的活性和表达。作者首次提出AMPK的激活/降解结合氧化损伤的指标，可以作为研究糖尿病运动干预时的氧还状态变化的“前哨”标志物（sentinel biomarker），用以分析判别适度和过度运动的氧化还原平衡状态阈值，以指导适当的运动或抗氧化剂干预。
图2：AMPK可作为运动和抗氧化治疗糖尿病的前哨生物标志物
（图源：Wu ML.et al.,eLife,2022）
值得注意的是，适度运动产生的有益作用可被一定剂量的抗氧化剂所抵消，但在过度运动状态下，抗氧化剂补充可以抑制过量ROS造成的损伤，从而帮助恢复机体健康稳态，因此亟待发现能判别和界定实现氧还动态平衡的阈值范围及标记物。本研究中氧还平衡前哨标志物的发现可以帮助科学界定氧还平衡的阈值；作者采用钟形曲线描述运动和抗氧化干预下ROS与生理功能的关系，也有说服力地提示运动和抗氧化干预需要个性化。AMPK前哨标志物的发现为氧还平衡指导抗氧化剂和运动对糖尿病患者个性化有效干预和调控提供了理论依据，对亚健康和其他疾病的有效防治也将具有指导意义。
复旦大学基础医学院生化系施冬云教授为本文通讯作者，此研究也是响应香山科学会议“氧化还原平衡与重大疾病防诊治新策略”专家共识所作的部分突破性工作。该研究获得了国家自然科学基金的资助。
Reference
Luan X, Tian X, Zhang H, Huang R, Li N, Chen P, et al. Exercise as a prescription for patients with various diseases. J Sport Health Sci. 2019;8(5):422-41.
Wu M, Liao L, Jiang L, Zhang C, Gao H, Qiao L, et al. Liver-targeted Nano-MitoPBN normalizes glucose metabolism by improving mitochondrial redox balance. Biomaterials. 2019;222:119457.