FOXO1 调控 TXNIP 通过抑制谷胱甘肽代谢诱导卫星细胞铁死亡，推动肌肉减少症发生

为探究肌肉减少症（sarcopenia）机制，研究人员聚焦 FOXO1-TXNIP 通路，发现其诱导卫星细胞铁死亡，为防治提供新方向。

　　在人口老龄化加剧的当下，老年人的健康问题愈发受到关注，其中肌肉减少症成为一个突出的挑战。肌肉减少症是一种与衰老相关的病症，主要特征为骨骼肌质量和力量的不断丧失，这不仅严重削弱了老年人的身体机能，使其日常活动受限，还极大地降低了他们的生活质量。想象一下，曾经行动自如的老人，如今却因肌肉力量不足，连简单的行走、上下楼梯都变得困难重重，这背后正是肌肉减少症在作祟。目前，针对肌肉减少症的临床治疗手段较为有限，主要局限于康复干预和膳食补充剂，缺乏能够有效逆转或阻止病情发展的治疗方案。因此，深入了解肌肉减少症的发病机制，成为医学领域亟待攻克的难题。

为了揭开肌肉减少症的神秘面纱，来自新疆维吾尔自治区人民医院老年医学中心的研究人员 Yasenjiang Maimaiti、Mukedasi Abulitifu、Zulifeiya Ajimu 等开展了一项深入研究。该研究成果发表在《Cellular and Molecular Life Sciences》杂志上，为我们认识肌肉减少症带来了新的曙光。

研究人员采用了多种先进的技术方法来开展研究。首先是单细胞测序技术，研究人员采集了年轻（6 个月大）和年老（24 个月大）的 C57BL/6J 雄性小鼠新鲜大腿肌肉组织样本，通过标准密度梯度离心法分离出单个细胞，再进行 10× 单细胞转录组测序（scRNA-seq），从而在单细胞水平上深入剖析肌肉组织的细胞组成和基因表达情况。其次，研究人员从基因表达综合数据库（GEO）下载了多个与肌肉萎缩相关的数据集，如 GSE38077、GSE55163 等，并进行合并和批次校正，以挖掘更多与肌肉减少症相关的基因信息。此外，细胞实验和动物实验也是重要的研究手段。研究人员提取并培养了原代小鼠卫星细胞，通过转染技术构建了多种细胞系，如过表达 TXNIP（oe-TXNIP）和过表达 FOXO1（oe-FOXO1）的细胞系等，进行了 RT-qPCR、Western blot 等实验检测相关基因和蛋白的表达水平。在动物实验方面，选用 6 周龄和 24 月龄的雄性 C57BL/6J 小鼠，构建不同的实验组，通过注射慢病毒等方式进行干预，观察肌肉组织的变化。

研究结果主要有以下几个方面：

• 卫星细胞在衰老肌肉组织中下调：通过对小鼠肌肉组织进行单细胞 RNA 测序和细胞聚类分析，研究人员鉴定出了五种主要细胞类型，包括骨骼肌细胞（SMC_K1、SMC_K2、SMC_K3、SMC_K4）、平滑肌细胞（SMC_S1）、成纤维细胞（FB）、内皮细胞（END）和免疫细胞（IMm、IMt、Mast_cell）。进一步分析发现，衰老组和年轻组中骨骼肌细胞的 K3 和 K4 亚群比例存在明显差异，且衰老组卫星细胞（SMC_K4 亚群）数量减少。这表明衰老导致的肌肉减少症可能主要归因于肌肉中卫星细胞数量的下降。
• 小鼠肌肉卫星细胞衰老的生物学过程改变：对衰老和年轻小鼠骨骼肌细胞的发育轨迹和生物学过程分析显示，不同年龄阶段的骨骼肌细胞发育轨迹相似，但 K1 组在两个年龄阶段均处于轨迹发育的终端模式。通过基因集富集分析（GSEA）发现，衰老小鼠骨骼肌细胞的 K1 组激活的生物学过程涉及平滑肌细胞重塑、脂肪酸代谢等，同时一些代谢过程受到抑制。此外，不同亚群的骨骼肌细胞之间的细胞 - 细胞相互作用在衰老和年轻状态下也存在差异，卫星细胞（K4 亚群）在衰老状态下的生物学过程失调，可能导致其调节 K3 骨骼肌细胞群异常生物学过程的能力减弱，进而引发肌肉相关疾病。
• TXNIP 在衰老小鼠骨骼肌卫星细胞中高表达：研究人员发现，TXNIP 和 PDK4 在衰老小鼠不同骨骼肌亚群中表达较高，且与细胞铁死亡密切相关。通过对 GEO 数据库相关数据集的分析，发现只有 TXNIP 在衰老组肌肉组织中上调，而 PDK4 无差异。进一步实验验证，衰老组肌肉卫星细胞中 TXNIP 的 mRNA 和蛋白表达水平增加，同时细胞增殖能力（Ki67）和活力（CD69）下降，铁死亡相关蛋白 FABP5、COX2、ACSL4、NOX1 表达上调，GPX4 表达下调，线粒体形态和功能也发生改变。这表明 TXNIP 可能是诱导肌肉疾病的关键基因。
• 过表达 TXNIP 可诱导年轻小鼠卫星细胞铁死亡：将过表达 TXNIP 的慢病毒转导至年轻组卫星细胞后发现，与对照组相比，过表达组细胞增殖能力和活力下降，铁死亡相关蛋白表达变化与衰老组相似，线粒体数量增加，线粒体嵴数量和长度减少，膜电位降低。而在衰老小鼠肌肉卫星细胞中沉默 TXNIP 后，细胞增殖能力和活力增强，铁死亡相关蛋白表达及线粒体形态和功能均得到改善。这进一步证实了 TXNIP 是诱导肌病的关键基因，其过表达可引发肌肉卫星细胞铁死亡。
• FOXO1 调节 TXNIP 的转录：通过数据库搜索和分析，研究人员发现 FOXO1 与 TXNIP 密切相关。在衰老小鼠肌肉组织中，FOXO1 的 mRNA 和蛋白表达水平增加，且 FOXO1 可与 TXNIP 的启动子区域结合，调控其表达。这表明 TXNIP 诱导的肌肉卫星细胞铁死亡由 FOXO1 决定。
• TXNIP 通过影响谷胱甘肽信号通路诱导肌病：对差异表达基因进行 GO、KEGG 和 GSEA 富集分析发现，TXNIP 可能通过抑制 “谷胱甘肽代谢” 通路诱导肌肉卫星细胞铁死亡。实验证实，衰老小鼠卫星细胞中活性氧（ROS）水平升高，谷胱甘肽（GSH）含量降低，过表达 TXNIP 和 FOXO1 会增加年轻卫星细胞的氧化应激水平，且 TXNIP 的表达与谷胱甘肽代谢通路中的关键基因 GPX3、GPX4 等呈负相关。
• 过表达 TXNIP 诱导年轻小鼠肌肉减少症：在年轻小鼠体内过表达 TXNIP 后，小鼠大腿肌肉组织质量和肌肉力量明显下降，肌肉组织中卫星细胞数量减少，出现脂质积累、铁离子积累和线粒体结构改变等现象，铁代谢相关因子和铁死亡相关蛋白表达异常。而使用铁死亡抑制剂 Ferrostatin-1（Fer-1）处理后，这些异常表型得到明显改善。在衰老小鼠中沉默 TXNIP 也能改善肌肉减少症的相关症状。这表明 TXNIP 是诱导小鼠肌肉损失和引发肌病的关键基因。
• FOXO1 介导的 TXNIP 调节在年轻小鼠肌肉减少症发展中的作用：在小鼠大腿肌肉中过表达 FOXO1 并沉默 TXNIP 后发现，与对照组相比，过表达 FOXO1 会导致小鼠大腿肌肉质量和力量下降，卫星细胞数量减少，铁代谢和铁死亡相关指标异常；而沉默 TXNIP 后，这些异常表型得到逆转。这表明 FOXO1 通过调节 TXNIP 的表达诱导年轻小鼠发生肌肉减少症。

综上所述，该研究揭示了 FOXO1 调控 TXNIP 通过抑制谷胱甘肽代谢诱导卫星细胞铁死亡，进而推动肌肉减少症发生的分子机制。这一发现为肌肉减少症的预防和治疗提供了新的理论基础，TXNIP 有望成为治疗肌肉减少症的潜在靶点。然而，该研究也存在一定的局限性，如基于小鼠模型的研究结果可能无法完全类推到人类，且未充分考虑生活方式、营养、炎症等因素对肌肉减少症的影响，以及性别差异在该机制中的作用等。未来的研究需要进一步深入探讨这些问题，以推动肌肉减少症治疗领域的发展，为改善老年人的健康状况和生活质量提供更有效的策略。