《Cells》：‘Weak by Structure’—Limb Muscle Fibre Cytoarchitecture Remodelling During Critical Illness and Effects of Chaperone Co-Inducer BGP-15 and Dissociative Glucocorticoid VBP-15
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危重症肌病（critical illness myopathy，CIM）与重症监护病房（intensive care unit，ICU）患者接受机械通气以及完全机械性肌肉静默密切相关。肢体肌肉表现为萎缩及单根肌纤维比张力下降，这与蛋白质周转改变及肌球蛋白/肌动
危重症肌病（critical illness myopathy，CIM）与重症监护病房（intensive care unit，ICU）患者接受机械通气以及完全机械性肌肉静默密切相关。肢体肌肉表现为萎缩及单根肌纤维比张力下降，这与蛋白质周转改变及肌球蛋白/肌动蛋白比值降低有关。研究人员采用一种可重现肢体肌肉优先性肌球蛋白丢失及比张力下降的大鼠ICU模型，以评估肌原纤维重塑。在ICU干预5天或10天后，应用无标记二次谐波产生（Second Harmonic Generation，SHG）显微镜对单根趾长伸肌（extensor digitorum longus，EDL）和比目鱼肌（soleus）肌纤维进行成像，随后实施定量三维形态测量（3D morphometry）。肌原纤维结构紊乱的程度与严重性通过以下参数评估：（i）二维和三维余弦角和（Cosine Angle Sums，CAS2D/CAS3D）；（ii）Vernier密度（Vernier Densities，VD）。在ICU干预过程中可见肌原纤维有序性进行性下降，表现为CAS2D/3D降低而VD升高，反映了角度偏移和轴向配准偏差。研究人员进一步探讨了伴侣蛋白共诱导剂BGP-15、解离型糖皮质激素（dissociative glucocorticoid，DGC）Vamorolone（VBP-15）及其母体化合物泼尼松龙（Prednisolone）对肌原纤维构筑的影响。BGP-15与VBP-15均可调节单纯ICU干预期间肌原纤维紊乱的进展：对于比目鱼肌纤维，BGP-15在第5天可维持结构完整性，但至第10天则不能维持；而在EDL中甚至进一步加重肌原纤维有序性恶化。VBP-15可在第10天逆转比目鱼肌纤维萎缩，但对EDL纤维无此作用。本研究首次对ICU干预期间肢体肌纤维肌原纤维重塑进行了三维定量，并对BGP-15与VBP-15治疗在CIM异常重塑中的作用进行了探索性评估。
该论文发表于《Cells》，聚焦危重症肌病（critical illness myopathy，CIM）这一重症医学与神经肌肉病理交叉领域的重要问题。CIM是ICU患者常见的神经肌肉并发症，典型特征为肢体和躯干肌无力，其损害并不仅仅来自肌纤维萎缩，还涉及优先性肌球蛋白丢失、肌球蛋白/肌动蛋白比例下降以及单纤维比张力降低。既往研究已表明，机械通气（mechanical ventilation，MV）联合神经肌肉阻滞（neuromuscular blockade，NMBA）所致的完全机械性肌肉静默，是推动CIM表型形成的核心因素之一。然而，虽然蛋白质周转失衡、翻译后修饰、Ca
2+稳态异常等机制已被广泛讨论，肌节与肌原纤维在三维空间中的结构失序是否构成CIM收缩功能下降的重要结构基础，仍缺乏系统定量证据。传统电镜虽能显示粗肌丝变细和肌球蛋白减少，但难以完成大尺度、三维、定量的肌节构筑分析，因此有必要引入新的成像和形态测量方法来刻画CIM中的肌原纤维重塑。
围绕这一问题，研究人员采用可稳定模拟人类ICU状态的大鼠模型，在MV、NMBA和深度镇静条件下持续5天或10天，比较无药处理、BGP-15、VBP-15和泼尼松龙（Prednisolone）干预后肢体肌肉单纤维的微结构变化，重点分析比目鱼肌和趾长伸肌两类不同生理特性的骨骼肌。研究结果显示，ICU干预可导致两种肌肉肌纤维出现进行性萎缩、肌节长度变化以及显著的肌原纤维空间失序，且这种失序不仅表现为相邻肌原纤维平行排列的角度偏离，也表现为轴向配准中断。总体上，本研究证明了CIM过程中存在可定量化的三维肌原纤维构筑重塑，并提示BGP-15与VBP-15对该异常重塑的调节作用具有肌肉类型依赖性和时间依赖性，但对肢体肌的保护作用总体弱于此前在膈肌通气相关功能障碍模型中观察到的效果。
本研究主要采用以下关键技术方法：研究对象为26只健康成年雌性Sprague-Dawley大鼠，建立MV+NMBA的ICU模型并进行药物干预；从同一动物队列中分离EDL和比目鱼肌单根化学去膜肌纤维；采用无标记多光子二次谐波产生（SHG）显微成像获取单纤维XYZ体积图像；使用自建图像处理算法进行定量形态测量，提取纤维直径、肌节长度、CAS2D、CAS3D和VD等参数；统计学上以单纤维为生物学观测单位，结合双因素方差分析和事后检验评估ICU时程及药物处理效应。
在研究结果部分，论文首先以“3.1. SHG Imaging and Quantitative Morphometry Reliably Establish Sarcomere Architecture Dissolution with Marked Myofibrillar Disorder and Fibre Atrophy During the Course of ICU Intervention”为题，说明SHG成像与定量形态测量能够稳定识别ICU过程中肌节结构解体、肌原纤维失序和肌纤维萎缩。研究人员通过代表性图像观察到，无药处理条件下，至第10天时EDL和比目鱼肌均出现明显的规则横纹消失、波浪样及颗粒样异常区域，提示肌原纤维晶格严重破坏。CAS分析进一步证实，在ICU进程中两种肌肉的肌原纤维角度有序性持续下降，其中CAS3D较CAS2D对早期变化更敏感，在第5天即可较稳定识别有序性下降，并且数据离散度更小。这表明将z轴信息纳入分析后，可更真实反映肌原纤维三维取向紊乱。与此同时，纤维直径在5天和10天时均显著减小，提示EDL和比目鱼肌都发生进行性萎缩。肌节长度方面，EDL在第5天即出现显著缩短，而比目鱼肌在第10天出现显著变化，提示不同肌型对ICU应激的结构应答时序并不完全一致。VD分析则显示，两种肌肉在第10天均发生显著升高，说明轴向晶格错位在危重病程中逐渐累积，到后期更为明显。研究人员进一步将CAS3D和VD与纤维直径进行相关性分析，但多数相关性不显著，提示肌原纤维失序并非单纯由萎缩所驱动，而更可能是CIM独立的结构病理特征。
随后，论文以“3.2. Effects of Small-Molecule Treatment with BGP-15 and VBP-15 Compared to Prednisolone on the Myofibrillar Architecture in Soleus and EDL Muscle Fibres During ICU Intervention”为题，比较小分子药物对肢体肌纤维结构重塑的影响。对于EDL，CAS2D和CAS3D结果均表明，BGP-15、VBP-15及泼尼松龙均未能阻止ICU相关的肌原纤维角度失序，反而总体上进一步降低CAS值，提示角度排列紊乱加重。相比之下，在比目鱼肌中，药物处理总体并未像在EDL那样恶化角度有序性，且可在一定程度上阻止无药组出现的CAS下降，其中VBP-15在维持CAS接近对照水平方面表现最为稳定。就纤维萎缩而言，BGP-15在EDL中可减缓直径下降，尤其在第5天接近对照水平，但到第10天仍明显低于对照；在比目鱼肌中，这种保护较弱，且第10天甚至较无药组更差。VBP-15在比目鱼肌中则显示出更突出的晚期效应，虽然早期不能阻止直径下降，但到第10天纤维直径较无药组显著增大，并恢复至接近对照水平。由于样本缺失，第10天EDL的VBP-15数据不完整。至于肌节长度，BGP-15在EDL第10天导致显著缩短，而VBP-15在比目鱼肌中则引起肌节长度增加，甚至超过对照值。VD结果进一步揭示了肌型差异：BGP-15能在EDL中明显降低VD并恢复至接近对照水平，提示改善轴向配准；但在比目鱼肌中，BGP-15和VBP-15均不能阻止VD升高，反而在部分时间点较无药组更差，说明慢肌纤维的轴向晶格对这些药物的反应并不理想。
讨论部分首先强调，骨骼肌结构重塑与功能改变密切相关，肌原纤维平行排列和肌节精确配准是高效产力的结构基础。该研究通过三维SHG定量形态学首次证明，在CIM的肢体肌中，随着MV+NMBA持续时间延长，EDL和比目鱼肌均出现进行性肌原纤维结构失序，且这一改变与纤维萎缩并不完全同步，因而可视为CIM中独立且重要的超微结构病理成分。研究人员指出，相比二维分析，CAS3D在识别和量化肌原纤维取向紊乱方面更稳健，也更适于今后与力学功能数据联动分析。药物方面，BGP-15和VBP-15均显示出一定调节潜力，但其效应受肌肉类型和时间窗限制：BGP-15更像是在早期阶段具有短暂结构保护倾向，而VBP-15则在比目鱼肌第10天表现出较好的抗萎缩作用，但对整体肌原纤维有序性的恢复仍有限。泼尼松龙则总体表现出更明显的肌肉分解代谢相关不良效应，尤其在EDL中更突出。研究还将本研究结果与既往膈肌通气诱导功能障碍（ventilator-induced diaphragm dysfunction，VIDD）研究进行比较，认为肢体肌在ICU条件下较膈肌更易出现早期和严重的萎缩及结构紊乱，因此药物在CIM中的保护幅度也弱于VIDD。
研究结论部分可译为：来自本研究及既往膈肌研究的结构学证据结合既有功能学资料表明，与VIDD中的膈肌相比，MV与经NMBA导致的完全机械性静默组合对CIM中的肢体肌具有更强的不利影响。这种差异表现为更早发生的萎缩、优先性肌球蛋白丢失以及更明显的比张力下降；其中抗重力慢肌比目鱼肌较快肌EDL更为显著，而两类肌肉在10天ICU干预过程中均表现出程度相近的肌原纤维失序。BGP-15等伴侣蛋白共诱导剂以及VBP-15等解离型糖皮质激素可能具有一定有益作用，但其时间效应谱不同，且功能性肌力的获益似乎大于结构性肌原纤维有序度的改善。总体而言，本研究为CIM中肌原纤维三维重塑提供了直接定量证据，并提示未来仍需更大样本、更完整分组及结构—功能联合评估来验证药物干预价值。
