肌肉萎缩是高原适应过程中常见的一种肌肉功能障碍。目前已知，缺氧是高原肌肉萎缩的主要诱导因素。低氧可以通过抑制蛋白合成、加强蛋白分解等方式对骨骼肌的体积产生负面的影响。早期研究发现，适当的体力活动可减缓高原暴露导致的肌肉萎缩[1，2]。近些年来有报道指出，在常压低氧环境下进行抗阻练习能提高肌肉力量和体积[3，4]，但高原抗阻练习究竟通过怎样的途径对骨骼肌产生影响，尚未见相关人体实验报道。目前，基因芯片技术已经广泛应用于生物学和医学领域的研究中，利用该技术我们可以同时观测成千上万个基因的表达，将研究视角从某个靶基因，或某条靶通路延伸到全基因表达水平，从而更加全面地探索机体的生理和病理变化，为治疗和干预提供准确的靶目标。本研究采用基因芯片技术筛选高原抗阻训练前后骨骼肌差异基因，并通过生物信息学手段筛选关键调控通路，旨在探讨抗阻训练对高原肌肉萎缩的干预机理，为该训练手段在高原环境的应用提供理论基础。

1 研究方法

1.1 研究对象

12 名男性大学生分为训练组和对照组，每组各6人。受试者身体健康，无呼吸系统疾病及任何心肺功能疾病史，均为北方汉族平原居民，并在6个月内未到过高原或模拟高原环境中。受试者有抗阻练习经历，但在实验期间没有参与其他规律性抗阻练习。实验前受试者被详细告知实验流程并签署知情同意书。受试者基本情况见表1。

表1 受试者基本情况（x±s）对照组（n=6）训练组（n=6）年龄（岁）22.83 ± 2.79 23.33 ± 2.94身高（cm）171.53 ± 5.03 171.60 ± 5.29体重（kg）71.37 ± 9.42 77.37 ± 6.83

1.2 实验设计

受试者暴露于海拔3700 米高原（拉萨）10 天。对照组每日进行基本的日常活动，而训练组除此之外隔天进行抗阻练习。两组的饮食和日常生活与平原保持一致。抗阻练习方案按照ACSM’S Guidelines for Exer?cise Testing and Prescription制定[5]。主要采用负重深蹲练习（75% 1RM）。辅助训练采用负重屈小腿练习和负重拉杠铃锻炼股后肌群。每种练习进行5 组，每组重复10 次，组间间歇1 分钟。整个训练在教练指导下完成。

1.3 测试指标与方法

1.3.1 形态学指标测试

两组受试者在高原暴露前后的常氧环境中进行测试。采用双能X 线法测试体成分、大腿脂肪、瘦体重（双能骨密度测试仪NOLAND）。采用Philips Achieva 3T 核磁共振成像系统（Philips Medical System）的SE（TR 500 ms，TE 20 ms ）序列扫描，连续扫描24 张片，层厚5 mm；矩阵560 × 560。以股骨大转子为标志点向下20cm，选取大腿中部的一层进行分析。使用Matlab 图像处理软件（北京大学研发）对选取的图片进行分割，计算大腿肌肉横截面积（cross sectional area，CSA）。

1.3.2 取材

采用肌肉活检技术，分别在高原暴露前后常氧环境下提取两组受试者的股外侧肌中部肌肉。高原暴露前一周禁止剧烈运动，高原暴露后返回平原即刻进行取材。具体步骤：碘酊擦拭活检区域，然后用酒精擦拭活检区域周边；用铺巾盖住非手术区，暴露手术切口。注射利多卡因进行局部麻醉，待产生局麻效果后在手术区开1 cm小口，调试好活检针插入伤口进行肌肉采集。将采集到的肌肉迅速放入生理盐水中清洗，一部分放入RNA later 保存液而后置于4℃冰箱过夜后转置于－20℃冰箱保存，用于芯片测试；另一部分放入冻存管后投入液氮，而后置于－80℃冰箱保存，用于RTqPCR检测。

1.3.3 芯片分析

采用Agilent 全基因组表达谱芯片（SurePrint G3 Human Gene Expression）筛查高原暴露前后骨骼肌差异基因。由北京博奥晶典生物技术有限公司提供芯片杂交相关设备和技术支持。采用GeneSpring 软件进行数据归一化和差异表达分析筛出差异表达mRNA（Ab?solute Fold change≥1.5）。基于Gene ontology 数据库进行基因功能（Gene ontology，GO）注释，得到差异基因参与的所有生物学过程；基于KEGG数据库，对差异基因进行Pathway注释。

1.3.4 检验芯片

从差异基因所富集的显著性通路中筛选差异基因进行荧光实时定量PCR（RT-qPCR）验证。使用Prim?er5 软件进行引物设计，使用NCBI-Blast 进行引物检验，引物由生工生物（上海）股份有限公司合成。目的基因和内参基因（RPS18）引物见表2。

配置RT-qPCR体系（见表3）。使用两步法反应程序进行RT-qPCR反应（见表4）。

表2 RT-qPCR引物列表Genes MYC FOXO1 Jak3 STAT1 CUL5 UBE4A TSC2 ErbB3 IGF1 RPS18 Sense primer (5’-3’)CCAGAGGAGGAACGAGCTAA ACGAGTGGATGGTCAAGAGC CTCCCGTGGCCTGTAGAATA TGATGGCCCTAAAGGAACTG AAGATGATACGGCTTTGCTA GAGCAACTCAACATCAATCA TCACAGACAATGGGAGACACA CAATGCCGACCTCTCCTTC AAGGAGGCTGGAGATGTATT AAAATAGCCTTTGCCATCA Anti-sense primer (3’-5’)TTGGACGGACAGGATGTATG GCACACGAATGAACTTGCTG TTGGTTCCTTGCTTCTTTGG CCGAGACACCTCGTCAAACT TTTATTGCTGCCCTGTTTAC TCTTCCAAATACACACAACG CAAGTTCACCAGCACCAGAA GCAAACTTCCCATCGTAGACC GACTTCGTGTTCTTGTTGGT TCGCTCCAGGTCTTCACG