伴侣分子介导的自噬在骨骼肌中的年龄相关性下降导致进行性肌病——揭示SERCA降解障碍与钙稳态失衡的核心机制

《Nature Metabolism》：Age-related decline of chaperone-mediated autophagy in skeletal muscle leads to progressive myopathy

本研究针对骨骼肌衰老过程中功能衰退的机制难题，揭示了伴侣分子介导的自噬（CMA）在维持骨骼肌稳态中的关键作用。研究人员通过构建骨骼肌特异性Lamp2a基因敲除小鼠模型，结合蛋白质组学、钙成像等技术，发现CMA缺陷会直接导致SERCA泵降解障碍，引起钙稳态失调、线粒体功能障碍和进行性肌病。更重要的是，在老年小鼠中上调CMA活性可部分逆转肌肉衰老表型。该研究不仅阐明了CMA在骨骼肌质量控制中的新机制，还为治疗年龄相关性肌病提供了新的靶点。

　　

随着人口老龄化加剧，年龄相关性骨骼肌质量减少和功能衰退已成为严峻的健康挑战。骨骼肌作为人体最大的代谢器官，其稳态维持依赖于蛋白质合成与降解的精细平衡。尽管巨自噬在肌肉生理中的作用已得到广泛研究，但另一种选择性自噬途径——伴侣分子介导的自噬（chaperone-mediated autophagy, CMA）在骨骼肌中的功能却一直是个未解之谜。

CMA通过识别带有KFERQ样基序的蛋白质，在HSC70伴侣分子和溶酶体膜蛋白2A（LAMP2A）的介导下，将特定底物靶向转运至溶酶体进行降解。既往研究表明，CMA活性在多种组织中随年龄增长而下降，但与骨骼肌衰老的具体关联尚不明确。

为了解决这一科学问题，Ana Maria Cuervo教授团队在《Nature Metabolism》上发表了最新研究成果。研究人员首先发现，骨骼肌CMA活性在禁食、运动和肌肉再生等生理状态下显著上调，而在衰老和肥胖状态下明显下降。为了深入探究CMA的功能，团队成功构建了骨骼肌特异性Lamp2a基因敲除小鼠模型（^HSAL2A^-/-），为后续机制研究奠定了基础。

关键技术方法

本研究整合了多种先进技术方法：利用KFERQ-Dendra2报告基因小鼠在体监测CMA活性变化；通过骨骼肌特异性基因敲除技术构建CMA缺陷模型；采用定量蛋白质组学分析溶酶体降解底物；运用钙成像技术动态监测肌纤维钙稳态；结合透射电镜观察超微结构改变；并通过代谢笼和Seahorse能量代谢分析系统全面评估生理功能。

CMA活性在生理和病理条件下的动态变化

研究人员利用KFERQ-Dendra2报告基因小鼠，首次系统描绘了骨骼肌CMA活性对不同刺激的响应图谱。结果显示，禁食诱导了最强的CMA激活，且女性反应更为显著。有趣的是，运动诱导的CMA上调不依赖于转录调控，而禁食则伴随CMA网络基因的转录上调。在肌肉再生过程中，女性表现出CMA活性增强，而男性则在去神经诱导的肌肉萎缩后期出现CMA上调。此外，高脂饮食会特异性抑制CMA活性，揭示了代谢紊乱与CMA功能障碍的密切关联。

CMA缺陷诱发肌病表型

骨骼肌特异性Lamp2a敲除小鼠在12月龄时出现进行性肌病表型，包括肌力下降、运动能力减退和肌纤维结构异常。组织学分析显示肌纤维中央核化增加、坏死和巨噬细胞浸润等典型肌病特征。值得注意的是，雄性小鼠的表型更为严重，表现为更大的肌纤维大小异质性和肌膜完整性破坏。

CMA缺陷骨骼肌的结构改变

超微结构分析揭示了CMA缺陷肌肉的深层病理改变。电子显微镜显示Z线排列紊乱、线粒体肿胀、肌质网扩张以及管状聚集物的形成。肌纤维膜通透性增加，dystrophin表达下降，进一步证实了肌膜完整性的破坏。这些结构异常为理解CMA缺陷导致的肌无力提供了形态学基础。

CMA缺失引起骨骼肌蛋白质组重大改变

蛋白质组学分析揭示了CMA缺陷肌肉中蛋白质降解模式的深刻改变。除了预期的CMA底物降解受阻外，令人意外的是，大量非CMA底物在LAMP2A缺陷的溶酶体中降解增强。生物信息学分析显示，CMA底物主要富集于肌肉收缩、代谢和囊泡运输等通路，而异常降解的蛋白质则与线粒体组织和脂质代谢相关。

CMA参与调节骨骼肌钙稳态

机制研究表明，SERCA泵（肌质网钙ATP酶）被鉴定为CMA的直接底物。CMA缺陷导致SERCA1降解受阻，形成蛋白聚集物，进而引起钙稳态失调。功能实验证实，CMA缺陷肌纤维表现为静息胞质钙水平升高、肌质网钙储存减少和钙内流受损。这些发现揭示了CMA通过调控SERCA稳定性维持钙稳态的新机制。

CMA缺失导致代谢和线粒体功能障碍

CMA缺陷肌肉表现出明显的线粒体功能异常，包括氧消耗率下降、脂肪酸β氧化受损和活性氧产生增加。代谢分析显示全身性葡萄糖耐受不良和能量代谢改变，特别是在雄性小鼠中更为明显。这些发现确立了CMA在维持骨骼肌代谢稳态中的核心地位。

CMA激活部分恢复老年小鼠肌肉功能

最为重要的是，研究人员通过在12月龄小鼠中诱导表达LAMP2A，成功恢复了老年小鼠的CMA活性。这种干预显著改善了老年小鼠的肌肉力量，缓解了年龄相关的线粒体和肌节超微结构异常。蛋白质组和代谢组学分析进一步表明，CMA激活可防止多种年龄相关的分子变化，为延缓肌肉衰老提供了实验依据。

人类骨骼肌中CMA活性的年龄相关性变化

对GESTALT研究队列的分析证实，CMA在健康人类骨骼肌中同样存在年龄相关性下降。这种下降主要发生在蛋白水平而非转录水平，且在65岁后更为明显。伴有外周动脉疾病和肌少症的患者显示更为严重的CMA失调，提示病理状态可能加剧年龄相关的CMA衰退。

研究结论与意义

本研究首次系统阐明了CMA在骨骼肌稳态维持中的关键作用及其年龄相关性衰退的病理意义。不仅发现了SERCA是CMA的新型底物，揭示了CMA缺陷导致钙稳态失调的具体机制，还证明了CMA激活在改善年龄相关性肌病中的治疗潜力。

这些发现拓展了我们对选择性自噬在组织稳态中作用的理解，为开发针对肌肉衰老和肌病的创新治疗策略提供了重要理论基础。特别是CMA调节剂可能成为延缓年龄相关性肌肉衰退的有前景的治疗靶点，具有重要的临床转化价值。