低强度耐力训练促进骨骼肌损伤修复

《Science & Sports》：Low-intensity endurance training promotes skeletal muscle injury repair

　　

摘要

目标
低强度耐力训练（LIET）被认为能够增强骨骼肌健康，但其为肌肉损伤修复做准备的具体作用仍较少被探索。本研究旨在探讨8周LIET方案在既往无规律训练的年轻男性中，如何改善受控离心收缩损伤后骨骼肌再生能力的机制。

方法
24名健康男性志愿者被随机分配至8周LIET方案组（50–60%心率储备，每天45分钟，每周5天）或久坐对照组。干预结束后，所有参与者接受标准化离心收缩方案以诱导中度肌肉损伤。在基线、损伤后72小时（急性期）和损伤后14天（修复期）采集肌肉活检和血液样本。分离卫星细胞（SCs）进行增殖（EdU掺入）和分化（融合指数、qRT-PCR检测肌源性基因表达）分析。分析肌肉组织的氧化应激标志物（ROS、SOD、过氧化氢酶）、炎症细胞因子和生长因子（TNF-α、IL-6、IL-10、IGF-1、HGF），以及SC的miRNA表达（miR-1、miR-133a、miR-206、miR-146a）。同时评估血清肌酸激酶（CK）和主观延迟性肌肉酸痛（DOMS）。

结果
LIET预处理显著减轻了损伤后血清CK升高（峰值降低40%）和DOMS评分，表明功能恢复加速。LIET组的SCs表现出更强的增殖能力（EdU阳性核增加1.8倍）和分化能力（72小时和14天时融合指数均更高），同时MYOD1（2.1倍）和MYOG（2.7倍）表达上调。LIET还改善了损伤后的氧化还原环境，表现为ROS水平降低、SOD和过氧化氢酶活性升高，并改善了炎症谱（TNF-α受抑、IL-10升高、IGF-1浓度增加）。此外，LIET在SCs中诱导了促再生表观遗传特征，表现为miR-206（3.5倍）和miR-146a（2倍）上调。

结论
8周LIET方案通过多机制增强损伤后骨骼肌再生能力，包括SCs预激活、改善氧化还原稳态、优化炎症和生长因子环境以及表观遗传重编程。这些发现凸显了LIET作为促进肌肉修复和康复的有前景的非药物预处理策略的价值。

引言

骨骼肌是一种高度可塑性组织，负责运动、姿势维持和代谢稳态[1], [2]。骨骼肌的一个显著特征是其强大的再生能力，无论损伤是由创伤、手术干预、退行性疾病还是剧烈体育锻炼引起。这一再生过程对于功能恢复以及终生维持肌肉质量和力量至关重要。这一非凡能力的核心在于一类肌肉干细胞群体，即卫星细胞（SCs）[3]。这些单核细胞静息于肌纤维基底膜和肌膜之间[4]。在受到损伤刺激后，SCs被激活，重新进入细胞周期，作为肌母细胞增殖，随后要么与现有受损纤维融合以修复它们，要么彼此融合形成新的肌管，从而恢复肌肉结构和功能[5], [6]。这一精密协调的激活、增殖、分化和融合序列的效率和成功受到内在细胞程序和来自肌肉微环境的固有信号（包括免疫细胞、成纤维细胞和细胞外基质）之间复杂相互作用的影响。

然而，骨骼肌的再生能力并非一成不变。它深受多种因素影响，如衰老、慢性病（如肌营养不良症、糖尿病）和体育活动。特别是衰老，与肌肉再生潜能的下降密切相关，这一现象被称为"少肌症"，其特征包括SCs数量和功能减少、纤维化增加以及慢性炎症组织状态[7], [8], [9]。这种下降导致了虚弱、独立生活能力丧失以及老年人损伤后恢复受损。因此，确定保存、增强或重新激活肌肉内源性修复机制的策略是再生医学和运动科学的主要关注点。在非药物干预中，体育锻炼是最强大且易获得的肌肉可塑性和健康调节因子之一。运动可按其强度、持续时间和模式进行分类[10], [11]。虽然高强度或不习惯的运动，特别是涉及离心收缩的运动，会造成肌纤维的显著结构损伤，导致延迟性肌肉酸痛（DOMS）和明显的炎症反应，但规律且适当剂量的运动总体上是有益的[12]。耐力训练涉及长时间反复的动态肌肉收缩，以其诱导的适应性变化而闻名，如线粒体生物发生、毛细血管新生和向氧化代谢的转变[11], [13]。传统上，关于运动与肌肉再生的研究主要关注损伤性运动对后续修复的直接作用，或运动在逆转废用性萎缩中的作用。然而，一个新兴且引人注目的概念是"预处理"，即先前的非损伤性生理刺激可以使组织更好地承受和从随后更严重的损伤中恢复。这一概念在心脏病学（缺血预处理）中已经确立，并在骨骼肌生物学中逐渐获得认可。

低强度耐力训练（LIET），其特征是以个体最大能力的一定百分比（例如40–60% VO?max）维持活动，对于预处理具有特别的研究价值[14], [15]。重要的是要将我们的预处理模型与已确立的重复负荷效应（RBE）区分开来，后者中先前的离心运动减轻了后续离心运动的损伤。在我们的研究中，参与者之前未接触过用于诱导损伤的离心方案，而LIET干预仅由低强度有氧训练组成。因此，观察到的保护作用反映的是系统性预处理适应性，而非局部RBE。与高强度训练不同，LIET产生的机械压力和代谢扰动极小，降低了过度损伤和炎症的风险，而这些本可能损害旨在增强的再生过程[16], [17]。相反，LIET被认为通过施加温和的重复性适应原性压力来发挥作用，这种压力上调细胞防御和修复途径，从而提高组织的整体韧性。初步证据支持了这一观点。研究表明，耐力训练可以增加人类肌肉中的SCs含量并改善这些细胞的氧化代谢。例如，研究显示12天的低中强度徒步旅行在低海拔条件下改善了健康女性来源的SCs的体外分化能力；这种效应与细胞内钙增加和超氧阴离子产生调节有关。这表明即使短期、低强度活动也能改变肌肉干细胞池的基本特性。

LIET诱导再生壁龛预激活的机制可能是多因素且相互关联的。首先，SCs本身可能直接受到LIET机械和代谢信号的影响，导致表观遗传修饰，使其对未来的激活信号作出更强烈的反应。microRNA（miRNAs），一类小分子非编码RNA，在转录后水平调节基因表达，是肌肉适应的关键表观遗传介导者。特定的肌源性miRNAs，如miR-1、miR-133和miR-206，参与SCs分化并对运动刺激敏感[18], [19], [20]。LIET对其的调节可能代表一种持久的分子记忆，有助于修复。其次，LIET深刻影响肌肉的氧化还原环境。收缩肌肉产生活性氧（ROS），而在受控数量下，ROS作为关键信号分子激活与适应和修复相关的路径[21]。规律LIET增强了内源性抗氧化防御系统（如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶），改善了肌肉缓冲ROS的能力，并防止在后续损伤期间从有益的氧化还原信号转变为有害的氧化应激。第三，LIET调节炎症环境。急性损伤触发紧密调控的炎症反应，这对于清除碎片和启动修复至关重要。然而，过度或延长的炎症期可能是有害的，导致纤维化并损害再生能力。慢性运动具有系统性和肌肉组织内的抗炎作用，可能通过释放IL-6等肌因子和上调IL-10等抗炎细胞因子[14]。因此，经过LIET预处理的肌肉可能对损伤产生更平衡、更有效的炎症反应。

尽管有这些有希望的线索，但仍缺乏对一定时期LIET预处理如何增强标准化损伤后骨骼肌修复过程的全面、整合性研究。大多数研究要么单独考察运动对SCs的影响，要么考察运动对运动损伤恢复的影响。一个将LIET干预与随后独立损伤配对的受控模型允许更清晰地分离预处理效应。因此，本研究的主要目的是阐明8周LIET方案在久坐年轻人中受控肌肉损伤后增强骨骼肌再生能力的机制通路。我们假设LIET将加速功能恢复，并且这种恢复通过以下途径介导：(1) SCs的激活、增殖和分化潜能增强；(2) 肌内氧化还原平衡改善，有利于信号传导而非应激；(3) 损伤后更温和且更促再生的炎症细胞因子和生长因子谱；(4) SCs中促再生表观遗传特征的诱导，表现为miRNA表达改变。通过在人体预处理和损伤模型中整合分析SCs功能、氧化状态、炎症和表观遗传学，本研究旨在全面了解温和、持续的身体活动如何强化肌肉的内源性修复机制，这对康复、老龄化和再生医学策略具有重要意义。

实验设计和参与者招募

本研究采用纵向随机对照设计。所有实验程序严格按照《赫尔辛基宣言》中概述的原则进行。最初筛选了30名健康、休闲活动的男性志愿者的资格。休闲活动定义为每周进行少于150分钟的中等强度结构化运动。排除标准包括：(1) 有重大心血管病史……

8周LIET干预的效能和肌肉损伤确认

所有参与者都成功完成了研究方案，依从性很高（LIET组：完成了98.2 ± 1.5%的疗程）。正如预期，8周LIET方案诱导了显著的心血管和代谢适应。LIET组的VO?peak增加了15.2 ± 2.1%（从38.5 ± 3.2 mL/kg/min增加到44.3 ± 3.5 mL/kg/min），而对照组没有显著变化（从39.1 ± 2.8 mL/kg/min到39.4 ± 2.9 mL/kg/min）（图1A）。LIET组的静息心率显著下降（?8.4 ± 1.2……

讨论

本研究的发现提供了强有力的多维度证据，支持核心假设，即8周低强度耐力训练方案是一种有效的预处理策略，显著增强了骨骼肌对后续受控损伤的再生反应。LIET组中血清CK释放和酸痛减轻所体现的加速功能恢复，在机制上是由细胞层面的协同改善所支撑的……

结论

本研究证明，8周低强度耐力训练方案是一种增强骨骼肌再生能力的强大非药物干预。LIET的预处理效应表现为标准化肌肉损伤后加速的功能恢复，通过一系列协调的机制适应介导。主要发现包括卫星细胞池的显著预激活，表现为增殖和肌源性潜能增强……

伦理审批和参与同意

本研究按照《赫尔辛基宣言》进行。所有参与者在入组前均提供了书面知情同意。由于本研究涉及对健康志愿者的低风险程序，根据机构指南，正式伦理委员会审批被免除。

生成式AI和AI辅助技术在写作过程中的声明

在准备本作品期间，作者使用Deepseek校对语法和语言。在使用该工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容承担全部责任。

资助

不适用。

临床试验编号

不适用。

数据可用性声明

数据可根据要求提供。

利益披露

作者声明他们不存在竞争利益。

B. Wang | L. Wang