柴油机尾气颗粒通过激活AMPK通路抑制骨骼肌细胞增殖并诱导萎缩的分子机制研究

这篇研究揭示了柴油机尾气颗粒（DEPs）通过激活AMPK（AMP-activated protein kinase）信号通路，抑制Akt/mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白）通路关键分子磷酸化，上调肌肉萎缩相关基因MuRF-1和MAFbx表达，最终导致骨骼肌萎缩的分子机制。研究为理解颗粒物（PM2.5 ）暴露对骨骼肌功能的损害提供了新视角，并为防治策略开发奠定理论基础。

　　

引言

柴油机尾气颗粒（DEPs）作为环境颗粒物（PM）的重要组分，已被证实通过氧化应激和线粒体功能障碍等机制影响呼吸系统与心血管系统。然而，其对骨骼肌的细胞水平影响研究甚少。骨骼肌作为代谢调节和运动功能的核心组织，其质量下降与PM_2.5
暴露的流行病学关联提示潜在分子机制亟待探索。AMPK作为能量感应枢纽，通过抑制Akt/mTOR通路和激活泛素蛋白酶系统（如MuRF-1/MAFbx）调控肌肉稳态，但DEPs是否通过AMPK诱发骨骼肌萎缩尚不明确。

结果

DEPs激活AMPK的浓度与时间依赖性
C2C12肌管经SRM1650b标准DEPs处理后，AMPK Thr¹⁷²
位点磷酸化水平显著升高，且呈现剂量（10-100 μg/mL）和时间（10分钟至24小时）依赖性，而细胞活性（MTT检测）未受影响。30 μg/mL DEPs被选为后续实验浓度，因其接近生理暴露水平且可显著抑制肌管分化。

AMPK介导Akt/mTOR通路抑制
DEPs处理导致Akt Ser⁴⁷³
、mTOR Ser²⁴⁴⁸
、p70S6K1 Thr³⁸⁹
和4E-BP1 Ser⁶⁵
磷酸化水平下降，提示蛋白质合成通路受抑。通过AMPK抑制剂Compound C或siRNA沉默AMPK α2亚基后，上述磷酸化水平恢复，证实DEPs通过AMPK负调控Akt/mTOR轴。

肌肉萎缩相关基因的激活
DEPs暴露1-24小时内，MuRF-1和MAFbx mRNA表达显著上调，且蛋白水平同步增加。Compound C或siAMPK α2干预可逆转该效应，表明AMPK-FOXO通路是DEPs诱导肌萎缩的核心机制。

讨论

研究首次阐明DEPs通过AMPK-Akt/mTOR-MuRF-1/MAFbx轴损害骨骼肌稳态的级联反应。尽管实验采用低于呼吸道研究的DEPs浓度（30 μg/mL），但需注意骨骼肌实际暴露剂量仍需体内验证。AMPK的双重角色（如预处理保护作用）提示其调控网络的复杂性，而慢性暴露模型的缺乏呼吁后续研究关注长期环境暴露的可逆性。

方法

实验采用NIST标准DEPs（SRM1650b），通过Western blot检测AMPK、Akt/mTOR通路蛋白磷酸化，qPCR分析萎缩基因表达。C2C12肌管分化模型结合siRNA转染（Lipofectamine 2000）和抑制剂处理，数据经GraphPad Prism 7统计分析。

总结

该研究为环境污染物致骨骼肌功能障碍提供了分子证据，强调AMPK作为潜在干预靶点的价值，为PM相关肌肉萎缩的防治策略开发奠定基础。