本实验描述了一种可翻译的渐进负荷跑轮抗阻训练小鼠模型。该抗阻训练模型的主要优势在于其完全为自愿进行，从而降低了动物的应激反应以及研究人员的工作负担。
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本文内容
摘要
摘要
既往建立的啮齿类动物抗阻运动模型，包括协同肌切除、电刺激、负重攀爬梯以及最近开发的负重雪橇拖拉等方法，均能有效提供促进肌肉肥大的刺激，从而诱导骨骼肌适应性改变。尽管这些模型在骨骼肌研究中已被证明具有重要价值，但它们要么具有侵入性，要么属于非自主运动且劳动强度大。幸运的是，许多品系的啮齿类动物在接触跑轮后会自发进行长距离跑动。啮齿类动物的负重跑轮运行（LWR）模型能够诱导出与人类抗阻训练相似的适应性变化，例如肌肉质量增加、肌纤维肥大以及肌肉蛋白质合成的激活。然而，施加中等跑轮负荷时，要么无法阻止小鼠进行大量跑动（更接近耐力-抗阻联合训练模型），要么由于负荷施加方式的问题导致小鼠几乎完全停止跑动。因此，研究人员开发了一种新型的高负荷跑轮运行模型（HLWR），该模型通过逐步增加外部阻力，使小鼠能够在远高于以往所用负荷的情况下持续跑动。该新型HLWR模型的初步结果显示，在为期9周的训练方案中，其提供的刺激足以诱导显著的肌肉肥大适应性变化。本文详细描述了在小鼠中实施这一简单且低成本的渐进性抗阻运动训练模型的具体操作步骤。
引言
骨骼肌质量约占成年人体质量的40%；因此，终生维持骨骼肌质量至关重要。骨骼肌质量在能量代谢、维持核心体温以及葡萄糖稳态中发挥着重要作用1。骨骼肌的维持依赖于蛋白质合成与蛋白质降解之间的平衡，但目前对驱动这些过程的复杂分子机制仍存在诸多认识空白。为了研究调控肌肉质量维持与增长的分子机制，人类受试者研究模型常采用基于抗阻运动的干预手段，因为机械刺激在调控骨骼肌质量中起着关键作用。尽管人类受试者研究已取得一定成果，但适应性变化所需时间较长，以及对侵入性操作（如肌肉活检）存在的伦理顾虑，限制了可获取数据的数量。虽然抗阻运动的适应性反应在哺乳动物中具有较高的普遍性，但动物模型具有能够精确控制饮食和运动方案的优势，同时允许采集全身各组织样本，如脑、肝、心脏和骨骼肌。
已开发出多种用于啮齿类动物的抗阻训练模型：协同消融2、电刺激3,4、负重攀爬梯子5、负重雪橇拖拽6以及覆盖式深蹲7。显然，如果操作得当，所有这些模型均可有效诱导骨骼肌适应性变化，例如肥大。然而，这些模型的缺点在于大多属于非自主性训练，不符合啮齿类动物的自然行为，且耗时耗力、....
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方案
本研究已获得阿巴拉契亚州立大学机构动物护理和使用委员会的批准（#22-05）。
1. 动物
- 从本单位小鼠繁育中心获取C57BL/6小鼠。
注意：实验开始时使用的是5至8月龄的雄性小鼠。每日跑步活动量在约9至10周龄时达到峰值并趋于平稳。26先前的研究表明，老年小鼠（22-24 个月）也能进行负重跑轮运动27. - 将小鼠单独饲养在带有金属网盖的标准啮齿类动物笼具中，并将笼具置于受控环境（20-24 °C 12小时光照：12小时黑暗循环
- 提供标准啮齿类动物饲料和水 随意摄取.
2. 跑轮装置
- 跑轮装置设置：
注意：所有跑轮实验方案的跑轮组装/设置方式相似，仅在添加1 g或2.5 g负载磁铁时有所不同。- 将一个1 g传感器磁铁粘贴在跑轮外侧中间周缘位置（图1）。
- 仅在跑轮适应期的第一周使用带有单个1 g传感器磁铁的跑轮。
- 负载跑轮训练（LWR；与PoWeR17
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结果
本研究中，24只C57BL/6小鼠（实验开始时年龄为6.3 ± 0.7个月）被随机分配至三个处理组之一：久坐组（SED）、负载跑轮组（LWR；与Dungan等人17描述的PoWeR相同）或高负载跑轮组（HLWR），随后各自完成为期9周的实验方案。在适应周（第1周）后，各组在跑步距离或训练量方面均未出现组间或组别与时间的交互效应（图5）。
图 5：LWR（绿色实心方块）和 HLWR（红色实心三角形）组的跑.......
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讨论
现有的啮齿类动物抗阻运动模型在骨骼肌研究中已被证明具有重要价值；然而，许多此类模型具有侵入性、非自主性，且/或耗时耗力。低强度跑轮（LWR）是一种优秀的模型，不仅能够诱导出与其他广泛认可的抗阻运动训练模型相似的肌肉适应性变化，还能为动物提供一种慢性、低应激的运动刺激，同时研究人员所需投入的时间和劳动较少。此外，由于LWR模型对研究人员的直接干预需求极小，因此可轻松地同时对整批小鼠进行短期或长期干预研究的运动训练。然而，施加中等跑轮负荷的方法往往存在不足：要么无法有效限制小鼠长距离奔跑（阻力过小），要么因负荷施加方式导致小鼠几乎完全停止跑动（阻力过大）。Dungan等人（2019）17开发的渐进式负重跑轮（PoWeR）LWR模型可产生显著的肌肉适应性变化，例如肌纤维肥大，但也促使肌肉向更具氧化代谢特性的表型转变。PoWeR作为真正意义上的"基于抗阻"模型的局限性在于，其诱发的是一种较高运动量（距离）和较低负荷（阻力）的刺激，更类似于同时包含抗阻和耐力刺激的混合训练模式。因此，研究人员开发了一种新型的高负荷跑轮运动（HLWR）小鼠模型，该模型在PoWeR模型基础上进行了改进，以.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
我们感谢阿巴拉契亚州立大学研究生学生会、学生研究办公室以及健康与运动科学系为本项目提供的资金支持。此外，我们还要感谢Monique Eckerd和Therin Williams-Frey对动物研究设施日常运营的监督与管理。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1 克圆盘钕磁铁 | Applied Magnets | ND018-6 | 用于所有传感器磁铁以及 1 克增量的轮子负载 |
| 2.5 克圆盘钕磁铁 | Applied Magnets | ND022 | 用于 2.5 克增量的轮子负载 |
| 8-32 x 1" 不锈钢螺丝 | Amazon | https://www.amazon.com/gp/product/B07939RS23/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1 | |
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参考文献
- Frontera, W. R., Ochala, J. Skeletal muscle: A brief review of structure and function. Calcified Tissue International. 96 (3), 183-195 (2015).
- Goldberg, A. L. Protein synthesis during work-induced growth of skeletal muscle. Journal of Cell Biology.
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重印与许可
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