废用性肌萎缩中脂联素通路的肌纤维类型特异性反应与分子机制研究

《Physiological Reports》：Disuse-induced muscle-type specific alterations and adiponectin pathway response in male mice

本文通过优化后肢卸载联合固定（HLUI）小鼠模型，系统研究了废用性肌萎缩（DMA）在不同肌纤维类型（慢肌Soleus与快肌TA）中的差异效应，并首次揭示脂联素（ApN）通路在DMA中的特异性调控机制。研究发现DMA严重程度、肌纤维类型转换动力学及脂联素受体表达均具有肌肉类型依赖性，为靶向ApN通路治疗肌肉废用性疾病提供了重要理论依据。

　　

1 引言

骨骼肌功能减退可由病理状态（如癌症、代谢疾病、创伤和遗传性肌营养不良）或继发性活动减少（长期卧床、肢体固定、机械通气和轮椅依赖）引起。在肌肉活动减少条件下，骨骼肌功能减退会导致废用性肌萎缩（DMA），其特征包括肌纤维横截面积（CSA）减小和慢肌纤维向快肌纤维转换（慢快转换）。在分子层面，DMA与蛋白质合成/降解失衡、氧化应激异常和线粒体功能障碍相关。

为模拟可逆的DMA，研究通常采用后肢卸载（HLU）和后肢固定模型。本研究通过结合后肢卸载与固定（HLUI）并采用允许小鼠前肢活动的装置，优化了传统模型，减少了应激和体重下降等混杂因素。

2 材料与方法

2.1 动物模型

12周龄雄性C57BL/6小鼠经过3天适应期后，进行3天或14天的HLUI处理。通过特制装置将小鼠后肢固定于伸展位（踝关节背屈位），保持30°悬吊角度，同时允许前肢活动和社交互动。

2.2 形态学分析

采用免疫荧光染色技术对_Soleus和胫骨前肌（_TA）进行肌纤维分型（MyHC7标记I型、MyHC2标记IIa型、MyHC4标记IIb型）。通过Cellpose软件和Fiji图像分析系统测量肌纤维横截面积和最小费雷特直径（MFD）。

2.3 分子生物学分析

使用RT-qPCR检测_Adipoq、_Adipor1、_Adipor2和_Cdh13的mRNA表达。通过ELISA和蛋白质印迹分别检测血浆脂联素水平和寡聚体形式分布。

3 研究结果

3.1 优化的HLUI模型

优化后的HLUI模型成功避免了明显的体重下降，同时诱导了萎缩标志物_Fbxo32（编码Atrogin-1）的早期表达上调，表明模型有效模拟了DMA。

3.2 肌纤维类型特异性萎缩

3.2.1 慢肌_Soleus

HLUI主要影响IIa型肌纤维，导致其CSA分布向小面积集群转移（<1200μm²），MFD显著减小。同时发现I/IIa杂交纤维比例显著增加（从3.7%升至8.4%），表明存在持续的慢快转换过程。

3.2.2 快肌_TA

_TA肌萎缩更为显著，整体CSA减少约21%。IIa和IIb型肌纤维CSA均显著减小，且I型肌纤维比例从1.3%降至0.4%。几乎所有剩余的I型纤维均同时表达IIa标记，表明彻底的慢快转换。

3.3 脂联素系统变化

HLUI使血浆脂联素水平显著升高（从10.02升至11.73μg/mL），并改变寡聚体比例：LMW形式减少（50.79%→40.52%），MMW形式增加（34.23%→40.71%），而HMW形式和S_A指数无显著变化。

3.4 脂联素受体表达

在_Soleus肌中，_Adipor1、_Adipor2和_Cdh13的mRNA表达均下调，Adipor2蛋白水平显著降低，而T-cadherin蛋白水平反而升高。相反，在_TA肌中，这些受体表达均无显著变化。

4 讨论

4.1 肌萎缩的肌纤维类型依赖性

本研究发现DMA严重程度取决于肌纤维类型、肌肉功能和固定位置。_Soleus肌因处于拉伸位而受到一定程度保护，而_TA肌因处于缩短位而萎缩更为明显。

4.2 肌纤维类型转换动力学

_Soleus肌中杂交纤维增加表明慢快转换正在进行但进程延迟，而_TA肌中则几乎完成彻底的慢快转换。

4.3 脂联素系统改变的意义

血浆脂联素水平升高可能与脂肪组织分泌增加有关，而寡聚体比例改变可能影响其生物学活性。_Soleus肌中脂联素受体下调表明出现"脂联素抵抗"，这可能通过影响Adipor1/AMPK/SIRT1/PGC1α轴而促进慢快转换。

4.4 肌肉类型特异性反应

脂联素通路改变在_Soleus肌中更为明显，表明这种变化与肌肉类型相关而非与萎缩严重程度直接相关。

5 结论

HLUI诱导的肌萎缩具有肌纤维类型特异性，伴随血浆脂联素水平升高和寡聚体比例改变。脂联素受体改变主要发生在慢肌_Soleus中，表明存在肌肉类型特异的调节机制。这些发现为理解DMA的分子机制和开发靶向脂联素通路的治疗策略提供了重要见解。