在能量不足的情况下，伴随有氧运动时人体内分泌、代谢及骨骼肌蛋白质组的变化

《The FASEB Journal》：Endocrine, Metabolic, and Skeletal Muscle Proteomic Responses During Energy Deficit With Concomitant Aerobic Exercise in Humans

骨骼肌能量缺乏与运动结合导致线粒体代谢增强及细胞外基质重塑。中文摘要：能量缺乏联合运动干预使健康男性骨骼肌线粒体相关蛋白合成及酶活性显著提升，同时细胞外基质蛋白丰度下降，提示可能延缓肌肉衰老纤维化进程。

能量不足是人体进化过程中一种重要的生理应激源，它不仅影响了生存策略的形成，还在多种物种中被证明能够提升寿命和健康寿命。然而，对于能量不足对人类骨骼肌分子层面的影响，目前的研究仍较为有限。骨骼肌是支撑运动和代谢健康的关键组织，因此了解其在能量不足条件下的变化对于健康干预和疾病预防具有重要意义。本文探讨了在能量不足和有氧运动共同作用下，健康男性骨骼肌的分子表型变化，以及这种变化对代谢功能的影响。

研究发现，在五天内将能量摄入减少78%并配合有氧运动后，健康男性的骨骼肌发生了显著的表型变化，同时脂肪氧化率在静息和运动状态下均有所提升，此外还观察到了脂肪自由质量的减少（约2.1±0.8公斤）和脂肪质量的下降（约0.8±0.6公斤）。研究人员通过稳定同位素（D?O）标记和肽质量光谱分析，发现能量不足显著改变了骨骼肌中蛋白质的丰度和合成速率，呈现出更氧化的表型，并且细胞外基质和细胞骨架的结构也发生了重组。线粒体相关蛋白，包括三羧酸循环（TCA）、电子传递链（ETC）和脂肪酸β-氧化的组成，以及与线粒体蛋白稳态、重塑和质量控制相关的BDH1和LONP1等蛋白，在能量不足期间显著增加。这些变化可能有助于对抗与年龄相关的肌肉纤维化现象。

这一研究结果表明，线粒体代谢通路不仅在能量不足期间得以保持，甚至可能受到积极影响。这为能量受限饮食结合运动以改善骨骼肌质量与功能提供了理论依据，并为未来开发针对能量不足的治疗干预策略提供了新的视角。例如，在糖尿病治疗中，GLP-1受体激动剂已被证明能有效减重，但可能导致显著的肌肉流失。本文的研究结果为评估这些药物对骨骼肌的影响提供了新的分子机制支持。

研究中采用了一种结合生理、内分泌和代谢评估的综合方法，同时对骨骼肌的动态蛋白质组进行分析。参与者在五天的能量不足干预期间，进行了三组不同的实验阶段：自由生活（FL）阶段、能量平衡（EB）阶段和能量不足（ED）阶段。实验设计确保了参与者在FL阶段的饮食和运动不受控制，而在EB和ED阶段则进行严格的饮食和运动干预。通过这种设计，研究者能够系统地评估不同能量状态下的生理和代谢变化。

在能量不足阶段，参与者经历了显著的代谢变化，包括从葡萄糖向脂肪利用的转变。这一变化在血液中表现为β-羟基丁酸和非酯化脂肪酸浓度的增加，以及肌糖原含量的减少。此外，能量不足还导致了一些内分泌指标的变化，如瘦素、三碘甲状腺原氨酸（T3）和胰岛素样生长因子1（IGF-1）的下降，这与能量保存的生理机制一致。这些变化反映了能量不足状态下，机体优先保证基础代谢和运动能力，而减少对生长和生殖等高能耗过程的资源分配。

在骨骼肌蛋白质组分析中，研究人员发现，尽管肌浆蛋白和肌原纤维蛋白的合成速率未发生显著变化，但线粒体蛋白的合成速率显著上升。这一结果表明，能量不足可能促进了线粒体的生成和功能改善。进一步的蛋白质组学分析显示，能量不足显著改变了蛋白质的丰度，其中与线粒体代谢相关的蛋白质显著增加，而与细胞外基质和细胞骨架相关的蛋白质则减少。这种变化可能有助于减少年龄相关的肌肉纤维化，从而改善肌肉质量。

研究还发现，能量不足对线粒体蛋白的合成速率和丰度的改变具有特定的生物学意义。例如，BDH1和LONP1等蛋白的丰度增加，可能促进了脂肪酸氧化效率和运动能力的提升。此外，能量不足还影响了肌肉中 perilipin 蛋白的表达，如PLIN2和PLIN5的丰度增加，以及PLIN4的合成速率上升。这些蛋白在脂肪储存和分解中起着重要作用，其变化可能反映了能量不足对脂肪代谢的促进作用。

在细胞外基质和细胞骨架蛋白方面，研究显示能量不足导致某些蛋白质的丰度和合成速率下降，而其他与 dystrophin-相关蛋白复合物（DPC）相关的蛋白质则增加。这可能意味着能量不足有助于增强肌肉膜的稳定性和细胞粘附能力，从而对抗与年龄相关的肌肉纤维化。

研究结果还指出，能量不足可能对骨骼肌的代谢和结构具有积极影响，即使在激素和代谢信号倾向于能量保存的情况下，骨骼肌仍能维持其运动和代谢功能。这一发现为能量受限饮食在改善健康和延缓衰老中的应用提供了新的科学依据。

此外，研究还强调了能量不足对骨骼肌蛋白质组的复杂影响。例如，某些蛋白质的丰度和合成速率同时增加，而另一些则减少，这种变化可能反映了机体在能量受限条件下的适应策略。通过分析这些变化，研究者能够揭示能量不足如何在分子层面上影响骨骼肌的功能和结构。

研究的局限性在于其准实验设计可能限制了因果推断的准确性，且样本量较小（仅10名健康男性），这可能影响结果的普遍性。尽管如此，研究的发现仍然为未来探索能量不足对骨骼肌的潜在影响提供了重要的科学依据，并提示在设计相关干预措施时，应关注能量不足对骨骼肌代谢、非代谢和功能变化的综合影响。

总之，本文的研究结果揭示了能量不足和运动共同作用下骨骼肌蛋白质组的动态变化，这些变化可能有助于改善代谢健康和延缓肌肉衰老。研究还为能量受限状态在不同生活、医疗和药物干预中的应用提供了理论支持，表明理解能量不足对肌肉健康的影响对于未来的健康促进策略至关重要。