人类骨骼肌蛋白质周转率的分子与绝对单位量化研究：揭示动态蛋白质组学新视角

本研究针对蛋白质周转率(FTR)数据解释的局限性，创新性地将丰度数据与稳定同位素标记技术结合，首次在人体骨骼肌中实现了蛋白质周转率的摩尔(MTR)和绝对单位(ATR)量化。通过D2O标记和LC-MS/MS技术，团队发现MTR/ATR能更准确反映多蛋白复合物动力学和代谢通路差异，为运动医学、衰老及代谢疾病研究提供了新方法论框架。

　　

骨骼肌作为人体最大的蛋白质库，其蛋白质的合成与降解（统称蛋白质周转）动态平衡直接影响运动适应、衰老和疾病进程。尽管传统研究通过稳定同位素标记测定了混合蛋白质的周转率，但个体蛋白质的差异及其丰度变化常被忽视。这种局限性可能导致对肌肉适应机制的误解，例如在运动训练或代谢疾病中，关键蛋白质的周转变化可能被高丰度蛋白质掩盖。

利物浦约翰摩尔斯大学的研究团队在《BMC Methods》发表的研究中，首次将蛋白质丰度数据与稳定同位素标记技术结合，实现了人类骨骼肌蛋白质周转率的摩尔(MTR)和绝对单位(ATR)量化。通过招募3名健康男性受试者进行12天的D₂O标记，并采集股外侧肌活检样本，团队利用酵母酒精脱氢酶(ADH1)内标和LC-MS/MS技术，分析了1,772种蛋白质的丰度和935种蛋白质的周转率。研究发现，传统FTR数据（中位数4.3%/d）与蛋白质丰度无相关性，而MTR和ATR能更准确反映多蛋白复合物（如ATP合成酶）的亚基动力学差异，并识别出糖酵解酶对肌肉总周转率的突出贡献。

关键技术包括：1) D₂O体内标记结合连续肌肉活检；2) 基于ADH1内标的绝对丰度定量；3) 非稳态同位素动力学模型计算周转率；4) 功能富集分析和多蛋白复合物亚基 stoichiometry 验证。

研究结果
蛋白质丰度测量：肌肉蛋白质丰度跨越6个数量级，血红蛋白β亚基(HBB)丰度最高（4,146 fmol/μg）。基因富集分析显示，高丰度蛋白质与肌节组织等收缩功能相关，而低丰度蛋白质参与转录调控。

蛋白质周转测量：ATP合成酶亚基的MTR数据显示，其α/β亚基周转与丰度显著相关（r²>0.85），而FTR数据无法反映这种关系。糖酵解酶的ATR贡献占总周转的30%，远超TCA循环酶（4.06 ng/μg/d）。

多蛋白复合物亚基动力学：26S蛋白酶体亚基的FTR（8.44%/d）显著高于线粒体复合物III（1.95%/d），但后者丰度更高。ATP合成酶的实测亚基化学计量比为ATPG:ATPA:ATPB = 1:9:12，与酵母模型差异显著。

讨论与意义
该研究颠覆了传统FTR数据的解读方式，证明MTR/ATR能更准确反映：1) 多蛋白复合物的组装-解耦平衡；2) 代谢通路（如糖酵解）的实际资源分配；3) 肌肉表型可塑性的分子基础。尤其在运动或疾病导致的蛋白质丰度变化场景中，ATR数据可避免交叉组比较的偏差。研究为开发靶向蛋白质周转的干预策略（如抵抗肌肉萎缩）提供了新工具，并提示未来需结合亚细胞分选技术进一步解析线粒体等区室化蛋白质组的动态特征。