低氧影响蛋白质合成和分解的平衡诱导骨骼肌萎缩

暴露在低氧环境下,可能会引起胃肠功能障碍和摄食量下降,打破骨骼肌蛋白质合成和分解平衡,造成骨骼肌萎缩。为探讨低氧环境下骨骼肌的萎缩是低氧环境引起的还是低氧诱发的摄食量减少所致,本研究检测大鼠腓肠肌中低氧时蛋白质合成与分解相关基因的蛋白质表达。将21只雄性SD大鼠,随机分为3组：常氧对照组、低氧组（氧浓度为12.4%,模拟海拔4 000 m高度）和配对组（大鼠的摄食量与低氧组前1 d的摄食量相同）,每组7只,每天记录大鼠体重和摄食量。4周后,HE染色法观察腓肠肌肌纤维形态,Western印迹测试相关蛋白质水平。低氧组和配对组摄食量在低氧干预初期,较常氧对照组有显著性下降(P<0.05),干预后期差异不明显;干预期间,低氧组大鼠体重平均增加量(102.10 g)、体重(341.20 ± 16.75 g)、肌肉总量（226.83 ± 8.33 g）和腓肠肌肌纤维横截面积(12.67 ± 1.83 mm)较常氧对照组（128.00 g;377.50 ± 20.75 g;260.50 ± 9.35 g;15.78 ± 2.38 mm）和配对组（119.40 g;375.86 ± 11.30 g;262.29 ± 7.90 g;15.71 ± 2.82 mm）均显著下降,配对组较常氧对照组无显著性差异;4周干预后,与常氧对照组相比,低氧组大鼠腓肠肌中与低氧相关的HIF1α显著增加(1.42 ± 0.19, P<0.05),Akt和p-Akt/Akt显著降低 (1.44 ± 0.13; 0.47 ± 0.08, P<0.05),配对组上述3种指标相对表达量均无显著性差异;在蛋白质合成方面,低氧组mTOR较常氧对照组显著下降(0.63 ± 0.18, P<0.05),配对组较常氧对照组差异不明显;低氧组腓肠肌中,4EBP1(1.14 ± 0.14)和p70S6K1(1.14 ± 0.11)较配对组显著下降(P<0.05)。在蛋白质分解方面,低氧组p-FoxO1和p-FoxO1/FoxO1比值较常氧对照组显著下降(0.71 ± 0.15; 0.78 ± 0.14, P<0.05);低氧组大鼠腓肠肌中,Atrogin1、MuRF1、Beclin1、LC3Ⅰ及LC3Ⅱ/Ⅰ比值均高于常氧对照组(1.35 ± 0.12; 1.30 ± 0.22; 1.17 ± 0.11; 1.03 ± 0.11; 1.35 ± 0.13, P<0.05);配对组与常氧对照组间无明显差异。低氧环境下骨骼肌中蛋白质合成相关基因表达减少,蛋白质分解相关基因表达增加,造成骨骼肌萎缩,体重下降,此变化与摄食量减少无关。     

低氧经mTOR/4E-BP1和FoxO1/Atrogin-1通路影响骨骼肌蛋白质积累

低氧暴露对骨骼肌蛋白质合成/分解的影响受到广泛关注,但该过程中相关调控通路的研究仍十分有限。本研究拟通过蛋白质相对积累量来研究合成和分解通路的变化。将骨骼肌细胞置于低氧环境中培养,分别在0 h、6 h、12 h和24 h收集细胞,并进行检测。免疫荧光观察肌球蛋白(myosin),翻译表面感应检测蛋白质合成,Western印迹法测试蛋白质合成相关基因(ERK1/2、p-ERK1/2、mTOR、p-mTOR、4E-BP1、p-4E-BP1)、蛋白质分解相关基因(泛素、FoxO1、p-FoxO1、MuRF1和Atrogin-1)表达量。结果发现,随着低氧干预时间延长,肌纤维直径和骨骼肌细胞中蛋白质相对积累量随时间逐渐减小(P<0.01)。与0 h相比,6 h p-4E-BP1/4E-BP1和Atrogin-1的表达显著上调(P<0.05),p-mTOR表达显著高于0 h(P<0.01);6 h和24 h p-mTOR/mTOR的比值显著大于0 h(P<0.05),而p-FoxO1/FoxO1的比值随时间逐渐减小(P<0.01)。上述结果表明,低氧干预能够使骨骼肌细胞直径减少、骨骼肌细胞蛋白质积累减少,并且低氧打破骨骼肌细胞蛋白质合成和分解的平衡,可能是通过调节mTOR/4E-BP1通路活性和FoxO1/Atrogin-1通路的活性实现的。     

低氧暴露诱导肌萎缩发生的机制探讨

高海拔地区常伴随着诸多不利环境因素,使初上高原者处于应激状态,对机体代谢系统产生一系列不良影响,其中之一就是诱发骨骼肌萎缩。肌萎缩是一种肌肉功能减退的反应,表现为肌纤维横截面积减小,肌纤维类型转变和肌肉力量、耐力下降。高原环境造成的肌萎缩与低氧环境密切相关。高原训练是竞技体育中一种提高氧运输能力、心脏供血能力及最大摄氧量的有效训练方式,但此过程中造成的骨骼肌质量丢失会影响运动员力量和耐力的发挥,不利于运动表现;同时,随着高原旅游和低氧减肥的兴起,世居平原大众进入高原后发生的肌量丢失和肌力下降也会影响其健康状态。低氧暴露所诱发的肌萎缩程度由低氧浓度和暴露时长所决定,是一个多器官、多组织参与的整体调控骨骼肌蛋白代谢失衡的过程,且在不同类型的肌纤维中表现不同。但目前关于低氧暴露导致肌萎缩的机制还不完全清楚。因此,本文将就该问题相关研究进展进行综述,以期进一步阐明低氧诱导肌萎缩的生物学机制,从而利用低氧刺激更好地提高运动成绩和服务大众健康。     

自噬途径在低氧暴露诱导骨骼肌萎缩中的调节作用机制

该研究拟通过在体和离体实验观察低氧暴露诱导肌萎缩现象,并探究其作用机制是否与自噬途径有关.SD大鼠进行低氧(氧浓度为12.4％)暴露干预.4周后,测量体质量、瘦体质量、体成分、趾长伸肌(EDL)湿重,观察肌纤维形态,计算肌纤维横截面积(FCSA),PCR芯片分析自噬差异表达基因功能.在低氧环境下使用自噬抑制剂3-MA干...     

低氧暴露所致大鼠骨骼肌萎缩的蛋白转化调节机制

目的 对比低氧暴露和常氧下配对低氧摄食干预(半饥饿状态)下大鼠骨骼肌蛋白质合成和分解相关基因表达的差异,以探讨低氧暴露诱导骨骼肌萎缩发生的可能机制。方法 SD大鼠分为:①常氧正常饮食组(C组);②低氧正常饮食组(H组),氧气浓度为12.4%;③常氧配对饮食组(P组),投食量即为H组前一天摄食量。4周干预后测量大鼠体成分,取比目鱼肌(SOL)和趾长伸肌(EDL),称量湿重;HE染色观察肌纤维形态,计算肌纤维横截面积(FCSA);WB测试骨骼肌中HIF1α、Akt、p-Akt及骨骼肌蛋白合成和分解相关基因蛋白含量。结果 1)H组大鼠体重较C组持续下降,P组与C组间无显著性差异;干预初期H组(P组同)摄食量较C组显著下降,后期两组间无差异;(2)干预后,H组大鼠体质量和肌肉总量较C组和P组显著性降低,P组与C组间无差异;H组两肌肉湿重较C组显著下降;H组EDL的FCSA显著低于C组和P组;(3)H组EDL中HIF1α蛋白含量显著高于C组;H组和P组SOL中p-Akt/Akt比值显著低于C组;H组EDL中mTOR、4EBP1蛋白含量显著低于C组,atrogin1、MuRF1、beclin1蛋白含量及LC3Ⅱ/Ⅰ比值显著高于C组,H组SOL中MuRF1蛋白含量显著高于C组和P组。结论 低氧所致的骨骼肌萎缩由低氧特异性因素诱发,表现为以快肌为主的骨骼肌蛋白合成减少和分解增加,而非低氧下摄食量减少引起。     

抗阻训练通过Akt-FoxO1通路抑制低氧诱导的骨骼肌萎缩

高原低氧环境会引起肌力下降和运动能力退化,而抗阻训练是刺激骨骼肌生长的重要手段,叉头转录因子1（fork head box protein O 1,FoxO1）在调控骨骼肌蛋白质分解通路中承担重要角色。为探究Akt-FoxO1通路是否参与抗阻训练抑制低氧诱导的骨骼肌萎缩,本研究构建低氧诱导骨骼肌萎缩的大鼠模型,并模拟海拔4 000 m低氧环境下（12.4% O2）进行抗阻训练,对比观察大鼠比目鱼肌和趾长伸肌湿重和横截面积,以及蛋白激酶B（protein kinase B,Akt）、叉头转录因子1、泛素蛋白连接酶1（muscle ring finger 1,MuRF1）的表达差异等。结果表明,低氧暴露导致大鼠趾长伸肌湿重显著下降,苏木精-伊红染色组织切片分析肌纤维横截面积、低氧环境下比目鱼肌横截面积明显下降,而低氧抗阻训练后趾长伸肌横截面积明显高于安静组。实时荧光定量PCR和蛋白质免疫印迹结果显示,低氧暴露后FoxO1和MuRF1基因表达明显上调,低氧下抗阻训练后发现,Akt基因表达明显上调而FoxO1、MuRF则明显下调。免疫荧光观察磷酸化FoxO1在细胞核内外表达情况,发现抗阻训练后FoxO1（S256）于细胞核外表达增强。上述结果表明,抗阻训练可以达到抑制低氧诱导骨骼肌萎缩的效果,Akt促进FoxO1磷酸化从而减缓骨骼肌蛋白质分解过程是抗阻训练能够抑制骨骼肌萎缩的分子机制之一。     

亮氨酰-tRNA合成酶在调控衰老骨骼肌蛋白质合成中的作用与机制

蛋白质代谢平衡紊乱是诱发骨骼肌萎缩的根本原因,蛋白质合成减少则直接导致衰老性骨骼肌萎缩的发生与发展。亮氨酰-tRNA合成酶(leucyl-tRNA synthetase, LeuRS)的经典功能是催化亮氨酸与其同工tRNA之间连接形成氨基酰,在生物体内遗传解码过程中具有重要作用。随着近年对LeuRS蛋白研究的深入,人们认为其可能通过行使非经典功能而在衰老骨骼肌蛋白质代谢稳态调节中发挥关键作用。本文综述了氨基酰-tRNA合成酶和LeuRS的结构与生物学特性,并重点对LeuRS作为细胞内亮氨酸传感器调控衰老骨骼肌细胞蛋白质合成的研究进展进行总结,分析了LeuRS响应运动与氨基酸摄入等合成代谢刺激,活化哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1 (mammalian target of rapamycin complex 1, mTORC1)信号转导通路的作用机制,以期为衰老性骨骼肌萎缩的预防和诊治提供新的思路。     

肥胖诱导的骨骼肌萎缩机制研究进展

骨骼肌是人体氨基酸和蛋白质的主要贮存、代谢库,其正常功能和代谢过程受到多种病理因素的影响。骨骼肌萎缩发生于骨骼肌稳态严重失衡状态下,对患者生活和社会医疗造成了沉重负担。近年来,由于世界肥胖人群数量激增,肥胖诱导的骨骼肌萎缩正日益成为公共卫生的严峻挑战之一。肥胖诱导的骨骼肌萎缩过程涉及多种信号分子或通路的改变,如泛素蛋白酶系统、自噬溶酶体系统、胰岛素/IGF1-PI3K-Akt、肌肉生长抑制素、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子等;这些信号分子或通路在肥胖状态下被激活或抑制后,可共同影响蛋白质合成/分解平衡进而造成骨骼肌萎缩。基于上述信号分子或通路,系统总结并讨论了肥胖诱导的骨骼肌萎缩机制,以期为寻找缓解/治疗肥胖诱导的肌萎缩靶点和进一步开发利用天然植物化学物提供理论依据。     

ATP浓度和缺氧暴露对大鼠脑线粒体RNA和蛋白质体外合成的影响

本文探讨介质中ATP浓度和急,慢性缺氧暴露对大鼠脑线粒体内RNA和蛋白质合成的影响。用差速离心法分离正常和低压舱模拟4000m高原急性连续缺氧暴露3d和慢性连续缺氧暴露40d大鼠脑线粒体,用体外无细胞（cell-free in vitro)^3H-UTP和^3H-Leucine掺入法分别测定线粒体RNA和蛋白质合成活性,结果显示,大鼠急性缺氧暴露后大脑皮质线粒体RNA体外合成活性降低40%,蛋白质合成活性降低60%;慢性缺氧暴露后线粒体RNA和蛋白质合成活性分别为对照的72%和76%;ATP对正常大鼠脑线粒体RNA以及蛋白质的体外合成活性的影响均呈双相性,大于或小于1mmol/L均可产生不同程度的抑制效应,结果提示,缺氧可在转录和翻译两个水平上影响脑线粒体mtDNA的表达,而慢性缺氧暴露时,线粒体半自主性功能的改善可能是机体对缺氧适应的细胞机制之一;ATP对脑线粒体内转录和释放活性的调节是一种经济有效的反馈调节方式。     

失神经骨骼肌萎缩的研究现状及进展

当今骨科领域,周围神经损伤一直影响着患者疗效。肌萎缩的发生,细胞凋亡导致骨骼肌萎缩,神经-肌肉接头处营养因子的代谢发生障碍,肌卫星细胞的减少,生长因子以及线粒体和各种酶的变化都是失神经骨骼肌萎缩的机制。电刺激法,保护神经元,生长因子,神经植入提高神经再生速度以及被动活动可以有效治疗患者。失神经骨骼肌萎缩的研究进展也趋于完善。     

Secreted Protein Acidic and Rich in Cysteine (SPARC) in Human Skeletal Muscle

Secreted protein acidic and rich in cysteine (SPARC)/osteonectin is expressed in different tissues during remodeling and repair, suggesting a function in regeneration. Several gene expression studies indicated that SPARC was expressed in response to muscle damage. Studies on myoblasts further indicated a function of SPARC in skeletal muscle. We therefore found it of interest to study SPARC expression in human skeletal muscle during development and in biopsies from Duchenne and Becker muscular dystrophy and congenital muscular dystrophy, congenital myopathy, inclusion body myositis, and polymyositis patients to analyze SPARC expression in a selected range of inherited and idiopathic muscle wasting diseases. SPARC-positive cells were observed both in fetal and neonatal muscle, and in addition, fetal myofibers were observed to express SPARC at the age of 15–16 weeks. SPARC protein was detected in the majority of analyzed muscle biopsies (23 of 24), mainly in mononuclear cells of which few were pax7 positive. Myotubes and regenerating myofibers also expressed SPARC. The expression-degree seemed to reflect the severity of the lesion. In accordance with these in vivo findings, primary human-derived satellite cells were found to express SPARC both during proliferation and differentiation in vitro. In conclusion, this study shows SPARC expression both during muscle development and in regenerating muscle. The expression is detected both in satellite cells/myoblasts and in myotubes and muscle fibers, indicating a role for SPARC in the skeletal muscle compartment. (J Histochem Cytochem 57:29–39, 2009)     

Hedgehog信号通路与动物骨骼肌发育调控

Hedgehog信号通路在动物胚胎期及出生后骨骼肌的生长发育过程中发挥着重要作用。本文综述了Hedgehog信号通路对骨骼肌细胞增殖分化及肌纤维特性的调控作用及其在骨骼肌发育过程中与其它信号通路交互作用最新研究进展,为畜禽肉品质改良和肌肉相关疾病治疗提供理论基础。     

Reliability of Protein Abundance and Synthesis Measurements in Human Skeletal Muscle

The repeatability of dynamic proteome profiling (DPP), which is a novel technique for measuring the relative abundance (ABD) and fractional synthesis rate (FSR) of proteins in humans, is investigated. LC–MS analysis is performed on muscle samples taken from male participants (n = 4) that consumed 4 × 50 mL doses of deuterium oxide (²H₂O) per day for 14 days. ABD is measured by label‐free quantitation and FSR is calculated from time‐dependent changes in peptide mass isotopomer abundances. One‐hundred one proteins have at least one unique peptide and are used in the assessment of protein ABD. Fifty‐four of these proteins meet more stringent criteria and are used in the assessment of FSR data. The median (M), lower‐, (Q₁) and upper‐quartile (Q₃) values for protein FSR (%/d) are M = 1.63, Q₁ = 1.07, and Q₃ = 3.24, respectively. The technical CV of ABD data has a median value of 3.6% (Q₁ 1.7% to Q₃ 6.7%), whereas the median CV of FSR data is 10.1% (Q₁ 3.5% to Q₃ 16.5%). These values compare favorably against other assessments of technical repeatability of proteomics data, which often set a CV of 20% as the upper bound of acceptability.