《Physiological Reports》：Male mice are more susceptible than females to obesity-induced muscle atrophy when fed a high-fat, high-cholesterol diet
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肥胖相关的骨骼肌萎缩造成了严重的健康负担，且该病症存在显著的性别差异。然而，这些性别差异背后的机制仍知之甚少。本研究旨在探究喂食高脂高胆固醇（HFHC）膳食的C57BL/6小鼠其骨骼肌质量受损的程度及方式，重点关注其中的性别二态性。研究人员将雄性和雌性小鼠分别
肥胖相关的骨骼肌萎缩造成了严重的健康负担，且该病症存在显著的性别差异。然而，这些性别差异背后的机制仍知之甚少。本研究旨在探究喂食高脂高胆固醇（HFHC）膳食的C57BL/6小鼠其骨骼肌质量受损的程度及方式，重点关注其中的性别二态性。研究人员将雄性和雌性小鼠分别分配到对照组或HFHC组，持续喂养40周。结果显示，两种性别的HFHC膳食组小鼠均出现了肥胖和血脂异常，其中雄性小鼠的表型更为严重。值得注意的是，与雌性相比，雄性小鼠经历了更显著的肥胖诱导的肌萎缩。本研究进一步揭示，HFHC喂养破坏了两性小鼠的生理稳态，导致肠道微生物组成和短链脂肪酸水平出现性别二态性，其中雄性小鼠维持代谢稳态的能力下降。此外，与雌性相比，雄性小鼠表现出更严重的线粒体功能障碍和更高的氧化应激水平，具体表现为肌肉力量减弱和萎缩相关基因表达上调。综上所述，这些发现表明，长期HFHC喂养会破坏肠道微生物群和糖脂代谢稳态，进而损害线粒体功能，并加剧雄性小鼠的肌萎缩；而雌性小鼠则因其更好地维持了生理稳态而受到相对保护，从而表现出较轻的肌萎缩。
研究背景与目的
肥胖及其相关慢性疾病已成为全球性的重大公共卫生问题。流行病学证据表明，在高脂高胆固醇（HFHC）膳食模式下，肥胖相关慢性疾病呈现出显著的性别二态性。尽管女性肥胖患病率更高，但男性往往在更年轻的年龄和更低的体重指数下，就发展出包括骨骼肌萎缩在内的一系列并发症。骨骼肌萎缩是肥胖诱导的常见慢性病理状态，其特征是肌纤维横截面积减小以及肌肉质量和功能的下降。由于骨骼肌是机体能量需求最高的器官之一，长期摄入HFHC膳食会促进胰岛素抵抗，进而加剧骨骼肌萎缩和功能障碍。线粒体功能障碍被认为是肥胖性肌萎缩的标志性特征，但其上游触发因素尚不完全清楚。新兴证据表明，肠道菌群失调可能是肥胖相关慢性疾病的上游介质。HFHC膳食会减少产短链脂肪酸（SCFA）的有益菌，增加产脂多糖的有害菌，从而导致SCFA合成减少。循环中的SCFA可通过激活肌细胞中的AMPK等能量传感器，调节脂肪酸代谢和线粒体功能，维持骨骼肌能量稳态。然而，SCFA调节肌肉代谢的性别特异性机制仍有待阐明。因此，本研究旨在探讨能量代谢失衡在肥胖性骨骼肌萎缩性别二态性中的作用，并描绘线粒体功能的性别依赖性差异及其与肌萎缩严重程度的关联。
研究方法
为模拟人类长期不健康饮食模式，研究人员将6周龄的C57BL/6小鼠（来源于广东省医学实验动物中心）随机分为四组：雄性正常饲料组（MC）、雌性正常饲料组（FC）、雄性HFHC饲料组（MH）和雌性HFHC饲料组（FH），每组8只，持续喂养40周。研究采用的主要关键技术方法包括：1）血清生化指标检测：利用比色法测定甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、空腹血糖（FBG）和空腹胰岛素（FINS）等，并计算胰岛素抵抗稳态模型评估指数（HOMA-IR）；2）组织学分析：对腓肠肌（GAS）进行苏木精-伊红（H&E）染色以观察形态并量化肌纤维横截面积（CSA），并使用鬼笔环肽进行免疫荧光染色以标记F-肌动蛋白；3）定量实时PCR：检测萎缩相关基因Fbxo32和Trim63的mRNA表达水平；4）线粒体功能与氧化应激测定：利用比色法测定GAS中线粒体复合物I-IV活性、活性氧（ROS）水平、总超氧化物歧化酶（T-SOD）活性和三磷酸腺苷（ATP）水平；5）肠道菌群分析：提取结肠内容物总DNA，扩增16S rRNA特定区域并进行测序分析；6）气相色谱-质谱联用（GC-MS）：检测结肠内容和血清中乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的SCFA谱；7）转录组测序与分析：对GAS样本进行mRNA测序，鉴定差异表达基因（DEGs）并进行功能和通路富集分析。
研究结果
3.1 HFHC膳食增加两性小鼠体重并破坏糖脂代谢
研究表明，与各自对照相比，MH和FH组小鼠体重显著增加，且MH组体重增长幅度显著高于FH组，显示出明显的性别二态性。血清生化分析显示，长期HFHC喂养在两性中均诱导了显著的血脂代谢紊乱（如TC、LDL-C升高，HDL-C降低）和肝功能指标异常（AST、ALT升高），且雄性变化更为剧烈。同时，两性HFHC组均出现空腹血糖、胰岛素及HOMA-IR指数显著升高，MH组的胰岛素水平显著高于FH组，证实雄性对HFHC诱导的代谢紊乱更易感。
3.2 HFHC膳食诱导雄性小鼠比雌性更严重的肌肉萎缩和功能损伤
行为学测试显示，HFHC喂养后，MH组的前肢和四肢握力、转棒仪力竭时间、Y迷宫和旷场实验的运动距离均显著低于MC组，而FH组的变化多不显著或趋势较弱。肌肉质量分析表明，MH组的GAS指数和肌纤维CSA显著低于MC组，且MH组的肌纤维CSA比FH组低11.2%。F-肌动蛋白荧光强度在MH组显著降低，且显著低于FH组。萎缩相关基因Fbxo32和Trim63的表达在两性HFHC组中均升高，但MH组升高趋势更明显。
3.3 HFHC膳食诱导雄性小鼠比雌性更严重的骨骼肌线粒体功能障碍和氧化应激
研究发现，HFHC喂养显著降低了MH组GAS中线粒体复合物I、III和IV的活性，其中复合物III和IV的活性在MH组中下降尤为显著，且显著低于FH组。MH组的T-SOD活性显著低于MC组和FH组，而FH组仅呈现轻微下降。ATP含量在MH组中显著降低，而在FH组中仅呈下降趋势。这些结果表明HFHC膳食诱导了肌肉线粒体氧化磷酸化损伤和氧化应激，且雌性小鼠的线粒体抗氧化防御系统更为稳定。
3.4 HFHC膳食以性别依赖性方式重塑肠道菌群组成，雌性展现出更强的稳态维持能力
菌群分析显示，HFHC喂养降低了两性小鼠的肠道菌群丰富度，但MH组的物种丰富度最低。β多样性分析显示各组间菌群结构存在显著差异。在门水平，HFHC膳食导致Bacteroidota丰度下降，Thermodesulfobacteriota和Verrucomicrobiota丰度上升。在属水平，有害菌（如Blautia）在MH组中丰度更高，而一些潜在有益菌（如norank_f_Erysipelotrichaceae）则在FH组中丰度更高。LEfSe分析揭示了各组中关键的差异菌群。
3.5 HFHC膳食诱导雄性小鼠比雌性更大幅度的SCFA产量下降
HFHC喂养显著降低了两性小鼠血清和结肠内容物中的总SCFA水平，且MH组的结肠总SCFAs显著低于FH组。特别是，MH组的血清丁酸和结肠丁酸水平显著低于MC组和FH组。PICRUSt2功能预测也支持雄性维持肠道稳态的能力较雌性差。
3.6 HFHC膳食对骨骼肌转录组图谱的影响：关注线粒体功能相关差异表达基因
转录组分析显示，MH vs MC的DEGs数量多于FH vs FC。GO和KEGG富集分析表明，雄性小鼠的肌萎缩主要受氧化磷酸化和能量代谢影响，而雌性则更多受MAPK、FoxO等信号通路影响。GSEA分析揭示，两性间肌萎缩差异主要集中在三羧酸循环、电子传递链（ETC）等五个方面。对代表性线粒体基因（如Sdhb, Ndufa11, Coq10b等）的定量分析显示，MH组表达下调，而FH组变化不大，表明雌性小鼠的线粒体氧化磷酸化功能更完整。
3.7 肠道菌群、SCFAs与骨骼肌萎缩之间的相互作用
Spearman相关性分析显示，有益菌属（如norank_f_Muribaculaceae, Allobaculum）与肌肉质量指标和SCFA水平呈正相关，而有害菌属（如Akkermansia, Blautia）呈负相关。线粒体功能参数（复合物I、III、IV活性，ATP）与肌肉质量指标呈强正相关，而氧化应激标志物与萎缩相关基因呈正相关。
讨论与结论
本研究表明，在长期HFHC膳食诱导的肥胖性肌萎缩模型中，雌性小鼠比雄性小鼠具有更强的维持内环境稳态的能力。这种性别差异主要源于两性间系统性代谢紊乱程度的不同所导致的线粒体功能障碍差异。具体而言，雄性小鼠的线粒体复合物III和IV活性下降更为显著，导致能量产生减少、呼吸抑制和氧化应激加剧。同时，雄性小鼠经历了更严重的代谢紊乱，包括肠道菌群失调导致SCFA（尤其是丙酸和丁酸）产量下降。相比之下，雌性小鼠通过抑制有害菌增殖并显著富集具有代偿和修复能力的有益菌，在长期HFHC喂养期间维持了更好的肠道生理功能。本研究揭示了HFHC膳食诱导的肌萎缩存在性别依赖性差异，且线粒体能量代谢与骨骼肌质量密切相关。这些发现为针对性预防肥胖相关肌萎缩提供了理论基础。
