《Physiological Reports》：Exercise training does not mitigate high-phosphate diet-induced mitochondrial dysfunction in skeletal muscle in male mice
编辑推荐：
摘要专业翻译：
无机磷酸盐（Pi）因在加工食品中广泛用作防腐剂和增味剂，成人每日摄入量已达推荐膳食允许量（RDA）的两至三倍。研究人员前期报道，12周高磷酸盐饮食（HPD）可降低小鼠最大摄氧量（VO2max），并改变骨骼肌代谢基因表达及诱导线粒体功能障碍。本研
摘要专业翻译：
无机磷酸盐（Pi）因在加工食品中广泛用作防腐剂和增味剂，成人每日摄入量已达推荐膳食允许量（RDA）的两至三倍。研究人员前期报道，12周高磷酸盐饮食（HPD）可降低小鼠最大摄氧量（VO2max），并改变骨骼肌代谢基因表达及诱导线粒体功能障碍。本研究旨在探究运动训练能否逆转HPD带来的负面效应。雄性小鼠先分别饲喂正常磷酸盐饮食（NPD）或HPD 5周，随后在维持原饮食的基础上进行9周自主运动训练。血清、尿液及粪便中的磷酸盐水平在HPD饲喂1天内即显著升高，并在整个研究期间持续处于高位。在强制运动测试中，经训练NPD与HPD饲喂小鼠表现相当，但经训练HPD饲喂小鼠的骨骼肌线粒体呼吸功能显著下降。RNA测序结果显示，与NPD饲喂小鼠相比，HPD饲喂小鼠在静息与运动训练状态下的差异表达基因（DEGs）呈现不同特征。上述发现表明，自主运动训练可维持运动耐力，但无法完全恢复HPD饲喂小鼠骨骼肌的基因表达或线粒体功能。因此，HPD诱导的骨骼肌代谢失调无法通过运动完全逆转，凸显了饮食与运动对代谢健康的重要性。
论文解读文章：
研究背景与问题
代谢性疾病在全球范围内日益流行，与超加工食品消费增加密切相关。无机磷酸盐（Pi）作为加工食品中广泛使用的防腐剂和增味剂，导致美国成人每日Pi摄入量达到推荐膳食允许量（RDA）的两至三倍。长期过量Pi摄入与肾功能下降、慢性肾脏病（CKD）风险增加、血管钙化、高血压及心血管疾病、骨量及骨密度下降等密切相关。既往研究已表明，12周高磷酸盐饮食（HPD）可降低小鼠运动持续时间及最大摄氧量（VO2max），并改变骨骼肌代谢基因表达、诱导线粒体功能障碍，且该效应独立于心脏功能障碍或其他慢性HPD相关病理。有氧运动训练可重塑多组织系统代谢，改善胰岛素敏感性、促进脂肪酸氧化（FAO）、诱导线粒体生物发生。然而，运动训练能否逆转HPD诱导的骨骼肌代谢失调尚不清楚。为此，研究人员提出假设：运动训练可减轻HPD对骨骼肌代谢的负面影响，并开展本研究加以验证。
研究设计与主要技术方法
研究人员使用25周龄C57BL6雄性小鼠，随机分为正常磷酸盐饮食（NPD，0.6% wt/wt Pi）组（n=15）和高磷酸盐饮食（HPD，2.0% wt/wt Pi）组（n=15），自由饮食14周。饮食5周后，每组随机分配小鼠进行9周笼内自主跑轮运动训练（每组8只）。研究采用多种关键技术方法：EchoMRI?100H体成分分析仪测定脂肪及瘦体重；强制跑台运动测试评估运动耐力；Lactate Plus乳酸仪测定静息及运动后血乳酸；磷酸盐检测试剂盒定量血清、尿液及粪便Pi水平；差速离心法分离腓肠肌-跖肌（GP）及肝脏线粒体；Seahorse XFe96分析仪进行电子偶联（EC）及电子流（EF）测定以评估线粒体呼吸功能；RNA测序（RNA-seq）结合DESeq2进行差异表达基因（DEGs）分析；Enrichr进行Reactome通路富集分析；qPCR检测线粒体DNA（mtDNA）拷贝数；Western blot检测氧化磷酸化（OXPHOS）蛋白表达。
研究结果
3.1 Pi负荷在摄入高磷酸盐饮食24小时内发生：HPD饲喂小鼠在饮食启动1天后血清Pi（8.1±1.4 mg/dL vs 5±0.03 mg/dL）、尿液Pi（8倍）及粪便Pi（3倍）均显著高于NPD组，表明HPD可在24小时内有效诱导Pi负荷。
3.2 五周高磷酸盐饮食降低骨骼肌线粒体呼吸功能：5周HPD饲喂小鼠GP肌肉分离线粒体在偶联条件下以琥珀酸为底物时，State 3及3U呼吸显著低于NPD组；在解偶联条件下以丙酮酸为底物时，复合物II-IV（CII-CIV）及通过CIV的呼吸亦显著降低。肝脏线粒体呼吸功能无显著差异，表明5周HPD足以诱导GP肌肉线粒体功能障碍，且具有组织特异性。
3.3 运动训练启动不影响Pi负荷：运动训练2天后，HPE小鼠血清、尿液及粪便Pi仍显著高于NPE组，运动未改变Pi稳态。14周后，HPD组血清Pi持续升高，尿液及粪便Pi维持高排泄水平，运动训练不影响Pi清除。
3.4 高磷酸盐饮食不改变体成分：各组间体重、瘦体重及脂肪量无显著差异；训练组瘦体重增加、脂肪量减少，表明运动训练有效；GP肌肉mtDNA含量在训练组显著增加，提示线粒体生物发生。
3.5 高磷酸盐饮食不影响训练小鼠运动持续时间：NPE与HPE组每日平均跑步距离无差异；训练组跑台运动时间显著长于静息组；各组运动前后血乳酸均显著升高，组间无差异。HPD未损害训练小鼠的运动耐力。
3.6 自主运动训练不能挽救HPD诱导的肌肉线粒体功能障碍：HPE组GP线粒体在偶联（琥珀酸）及解偶联（丙酮酸、棕榈酰肉碱PC）条件下呼吸均显著低于NPE组；OXPHOS蛋白含量组间无差异；相关性分析显示训练量与线粒体呼吸无显著相关；肝脏线粒体功能组间无差异。
3.7 自主运动训练诱导骨骼肌适应运动的基因表达变化：主成分分析（PCA）显示静息状态下基因表达按饮食分离，训练后肌肉基因表达显著改变且不同饮食组间趋于相似。NPS vs NPE组DEGs共9467个（下调4927，上调4540）；HPS vs HPE组共8009个（下调4126，上调3883）。两组间常见下调基因仅141个，常见上调基因2979个。Reactome通路分析显示训练上调翻译、有氧呼吸、蛋白质代谢等适应通路。NPE与HPE间仅10个DEGs，表明训练后饮食差异影响甚微。
3.8 短期HPD摄入部分抵消运动诱导的有利基因表达：HPS vs HPE肌肉中独特上调基因富集免疫系统、细胞因子信号通路，包括促炎基因（Prcp、Plac8、Tnf、Tifa、Il12b、Tnfsf8、Stat4），提示HPD下运动后炎症信号可能持续存在。脂肪酸代谢基因（Mlycd、Acad11、Hadhb、Acox1、Bdh1、Cpt2）及脂质信号转录因子（Pparα、Rxrβ、Esrrα）在HPS vs HPE中下调；糖酵解及糖原代谢基因（Pfkm、Gck、Gapdh、Eno3、Tpi1、Pfkfb4、Pygm、Pgk1、Gpd1）亦下调，表明HPD阻止了运动诱导的代谢基因表达完全恢复。
讨论与结论
本研究表明，Pi负荷在HPD摄入1天内即发生，5周HPD足以损害骨骼肌线粒体功能。尽管自主运动训练可维持运动耐力、诱导线粒体生物发生并部分恢复代谢基因表达，但无法逆转HPD诱导的骨骼肌线粒体呼吸功能障碍。HPD下运动训练肌肉中持续存在的炎症基因上调及脂肪酸、葡萄糖代谢基因下调，可能解释线粒体功能障碍的持续性。运动训练改善耐力可能通过肌肉-细胞外基质-肌腱单元刚度增加、神经适应及心血管重塑等代偿机制实现。HPD诱导的线粒体功能障碍具有肌肉组织特异性，肝脏功能不受影响。研究结论指出，仅依靠运动训练不足以恢复HPD诱导的骨骼肌代谢失调，饮食干预（限制Pi摄入）与运动联合可能是必要策略。该研究强调Pi是调节骨骼肌代谢与功能的重要靶点，并支持骨骼肌是调节Pi稳态的未被充分认识的组织。
