مقایسه اثر تمرین استقامتی و تمرین تناوبی شدید بر مسیر سیگنالینگ mTOR/CREB/CaMKII و بیان BDNF در هیپوکامپ رت‌های دیابتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 محقق دانشکده علوم ورزشی، گروه فیزیولوژی ورزش، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 استاد دانشکده علوم ورزشی، گروه فیزیولوژی ورزش، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

زمینه و هدف: دیابت با کاهش فاکتور نوروتروفیک مشتق از مغز  (BDNF)و مسیرهای سلولی مرتبط با آن، باعث اختلال در پلاستیسیته سیناپسی هیپوکامپ می‌شوند. ورزش یک مداخله موثر در بهبود این روند است اما سازوکارهای مولکولی آن به‌خوبی درک نشده‌است. این مطالعه با هدف مقایسه اثرات تمرین استقامتی و تمرین تناوبی شدید (HIIT) بر مسیر سیگنالینگ پروتئین کیناز فعال شونده با AMP (CaMKII)/ پروتئین پیوند دهنده عنصر پاسخ cAMP (CREB)/ هدف مکانیکی راپامایسین (mTOR) و بیان BDNF در هیپوکامپ رت‌های دیابتی انجام شد. روش تحقیق: در این مطالعه که از نوع تجربی است، ۴۰ سر رت‌ نر نژاد ویستار به طور تصادفی به گروه‌های کنترل سالم (NC)، کنترل دیابتی (DC)، دیابتی + تمرین استقامتی (DE) و دیابتی + تمرین تناوبی شدید (DHIIT) تقسیم شدند. برنامه‌های تمرینی استقامتی و HIIT به مدت ۸ هفته و ۵ روز در هفته برای گروه‌های مربوطه اجرا شد. در هر دو پروتکل، شدت و مدت زمان تمرین به تدریج در طول دوره افزایش یافت، به طوری که در پایان ۸ هفته، کل زمان جلسات تمرینی به طور قابل توجهی نسبت به ابتدای دوره افزایش پیدا کرد. دیابت با تزریق استرپتوزوتوسین (۵۵ میلی‌گرم بر کیلوگرم وزن بدن) القا شد. در پایان بیان ژن‌های BDNF، CaMKII، CREB و mTOR در بافت هیپوکامپ با روش Real- time PCR اندازه‌گیری شدند. اختلافات بین گروه‌ها با استفاده از روش تحلیل واریانس دو‌طرفه و آزمون تعقیبی توکی در سطح ۰۵/۰ p<مورد بررسی قرار گرفت. یافته‌ها: دیابت باعث کاهش معنادار در بیان ژن‌های BDNF (۰۰۹/۰p<)، CaMKII (۰۰۰۱/۰p<)، CREB (۰۰۹/۰p<) و mTOR (۰۰۰۱/۰p<) در هیپوکامپ رت‌ها شد. هر دو نوع تمرین ورزشی این کاهش‌ها را به طور قابل توجهی جبران کردند و منجر به افزایش بیان ژن‌های BDNF (۰۰۰۱/۰p<)، CaMKII (۰۰۱/۰p<)، CREB (۰۰۰۱/۰p<) و mTOR (۰۰۰۱/۰p<) نسبت به گروه کنترل دیابتی شدند. با این حال، گروهHIIT  افزایش بارزتری را در بیان ژن‌های CREB (۰۰۰۱/۰p<) و  mTOR(۰۰۰۱/۰p<) در مقایسه با گروه تمرین استقامتی، نشان داد. نتیجه‌گیری: هم تمرین استقامتی و هم HIIT قادر به بازیابی مسیر سیگنالینگ mTOR/CREB/CaMKII و افزایش بیان ژن  BDNFدر هیپوکامپ رت‌های دیابتی هستند. با این حال، به نظر می‌رسد HIIT در فعال‌سازی مؤثرتر اجزای پایین‌دست این مسیر، به ویژه mTOR  و CREB، برتری دارد که می‌تواند آن را به عنوان یک استراتژی ورزشی کارآمدتر برای هدف‌گیری اختلالات مولکولی مرتبط با عوارض عصبی دیابت مطرح کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of the effects of endurance training and high-intensity interval training on the mTOR/CREB/CaMKII signaling pathway and BDNF expression in the hippocampus of diabetic rats

نویسندگان [English]

  • Maryam Heydari 1
  • Sayyed Mohammad Marandi 2
1 Researcher in Faculty of Sport Sciences, Department of Exercise Physiology, University of Isfahan, Isfahan, Iran
2 Professor at Faculty of Sport Sciences, Department of Exercise Physiology, University of Isfahan, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Background and Objective: Diabetes impairs hippocampal synaptic plasticity by reducing brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and its associated cellular pathways. Exercise is an effective intervention in improving this process, but its molecular mechanisms are not well understood. This study aimed to compare the effects of endurance training and high-intensity interval training (HIIT) on the AMP-activated protein kinase (CaMKII)/cAMP response element binding protein (CREB)/mechanistic target of rapamycin (mTOR) signaling pathway and BDNF expression in the hippocampus of diabetic rats. Materials and Methods: In this experimental study, 40 male Wistar rats were randomly divided into healthy control (NC), diabetic control (DC), diabetic + endurance training (DE), and diabetic + high-intensity interval training (DHIIT) groups. Endurance and HIIT training programs were performed for 8 weeks, 5 days a week for the respective groups. In both protocols, the intensity and duration of exercise gradually increased during the course, so that at the end of 8 weeks, the total time of exercise sessions significantly increased compared to the beginning of the course. Diabetes was induced by injection of streptozotocin (55 mg/kg body weight). At the end, the expression of BDNF, CaMKII, CREB and mTOR genes in hippocampal tissue was measured by Real-time PCR. Differences between groups were examined using two-way analysis of variance and Tukey's post hoc test at the p < 0.05 level. Results: Diabetes caused a significant decrease in the expression of BDNF (p < 0.009), CaMKII (p < 0.0001), CREB (p < 0.009) and mTOR (p < 0.0001) genes in the hippocampus of rats. Both types of exercise training significantly compensated for these decreases and resulted in increased expression of BDNF (p<0.0001), CaMKII (p<0.001), CREB (p<0.0001), and mTOR (p<0.0001) genes compared to the diabetic control group. However, the HIIT group showed a more pronounced increase in the expression of CREB (p<0.0001) and mTOR (p<0.0001) genes compared to the endurance training group. Conclusion: Both endurance training and HIIT are able to restore the mTOR/CREB/CaMKII signaling pathway and increase BDNF gene expression in the hippocampus of diabetic rats. However, HIIT seems to be superior in more effective activation of downstream components of this pathway, especially mTOR and CREB, which could suggest it as a more efficient exercise strategy to target molecular abnormalities associated with diabetic neurological complications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • high-intensity interval training
  • endurance training
  • Diabetes mellitus
  • brain-derived neurotrophic factor
  • calcium calmodulin