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骨骼肌损伤常见，其再生机制不明。研究人员以猪为模型，用非靶向 LC-MS/MS 代谢组学技术研究骨骼肌再生代谢变化。发现再生分炎症、修复、重塑 3 阶段，各阶段代谢物不同，还找到关键代谢物。为调控骨骼肌再生提供理论参考。
在人体和动物的日常活动中，骨骼肌受伤的情况屡见不鲜。想象一下，运动员在激烈的比赛中，或是人们在意外事故里，都可能遭遇骨骼肌损伤。骨骼肌不仅对运动至关重要，还影响着身体的代谢和内分泌等多种功能。一旦受损，它的修复和再生就成为了关键问题。然而，尽管科学家们一直在探索骨骼肌再生的奥秘，但目前对这一过程的精确机制仍知之甚少。尤其是在大型动物身上，关于骨骼肌再生过程中代谢变化的研究更是少之又少。为了填补这一空白，深入了解骨骼肌再生的机制，来自湖南农业大学的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《BMC Musculoskeletal Disorders》上。
研究人员采用了非靶向液相色谱 - 串联质谱（LC-MS/MS）代谢组学技术，以 35 天大、体重 7.10 ± 0.90 kg 的仔猪为研究对象。他们将 18 只仔猪随机分为 3 组，每组 6 只，在仔猪的右侧背最长肌注射心肌毒素（CTX），诱导骨骼肌损伤，构建骨骼肌再生模型。同时，选取注射后第 4 天仔猪的左侧背最长肌作为对照组。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过石蜡切片和苏木精 - 伊红染色（H&E），能够直观地观察骨骼肌组织的形态学变化；免疫荧光技术则用于检测特定蛋白的表达定位；Western blot 用于分析蛋白表达水平。对于代谢组学分析，先对肌肉组织样本进行处理，提取代谢物，再利用 LC-MS/MS 系统进行检测，结合相关数据库进行数据处理和分析。
在研究结果方面，从组织学和分子水平变化来看，H&E 染色结果显示，注射 CTX 后第 1 天，肌肉纤维开始溶解、断裂，呈现炎症状态；第 4 天，肌肉纤维完全溶解，再生过程启动；第 16 天，肌肉纤维完成重塑，恢复正常状态。免疫荧光染色表明，骨骼肌再生的标志性基因肌球蛋白重链 3（MYH3）在第 1 天出现，第 4 天达到峰值，第 16 天恢复正常水平。Western blot 分析显示，增殖细胞核抗原（PCNA）和配对盒 7（Pax7）的表达在第 1 天和第 4 天逐渐增加，表明受损部位的细胞处于高度活跃的增殖状态，到第 16 天恢复正常，这一系列结果证明了骨骼肌再生模型构建成功。
LC-MS/MS 分析和多元统计分析发现，通过主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA），不同再生阶段的骨骼肌代谢物与对照组有显著分离。在整个骨骼肌再生过程中，共筛选出 414 种差异表达代谢物（DEMs），炎症反应阶段有 198 种，修复阶段有 264 种，重塑阶段有 102 种。
对骨骼肌组织中 DEMs 的筛选和鉴定表明，不同阶段的 DEMs 所属类别不同。炎症反应阶段主要属于有机酸及其衍生物（35.22%）和脂质及类脂分子（19.50%）；修复阶段主要包括有机酸及其衍生物（35.91%）、核苷、核苷酸及其类似物（13.64%）等；重塑阶段主要是脂质及类脂分子（29.56%）、有机酸及其衍生物（26.76%）和核苷、核苷酸及其类似物（18.31%） 。
代谢通路分析显示，炎症反应阶段，骨骼肌代谢物主要参与钙信号通路、精氨酸生物合成等通路；修复阶段，DEMs 主要与 AMPK 信号通路、FoxO 信号通路等相关；重塑阶段，DEMs 主要涉及 FoxO 信号通路、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢等。
通过对常见差异骨骼肌代谢物的筛选和分析，发现有 28 种代谢物在各阶段都存在。对这些代谢物的时间序列分析表明，它们的变化趋势与骨骼肌再生过程相符。其中，(R)- 硫辛酸、8 - 羟基鸟苷和尿苷 5’ - 单磷酸（5’ - UMP）可能是与骨骼肌再生相关的关键代谢物。
研究结论和讨论部分指出，该研究系统地探索了猪骨骼肌再生过程中的代谢变化和机制。不同阶段的代谢物变化显著且相互关联，明确了代谢组学变化与骨骼肌再生机制之间的联系。这些结果为调控猪骨骼肌再生提供了重要信息，也为研究人类骨骼肌再生提供了参考。不过，研究也存在一定局限性，如仅进行了代谢组学分析，未考虑不同肌纤维类型再生机制的差异等。未来还需进一步研究，以验证潜在关键代谢物的分子机制，探索基因相互作用，为开发新的肌肉再生治疗策略奠定基础。
