《The Journal of Physiology》：A high-fat, high-sucrose diet exacerbates muscle and metabolic pathology and undermines glucocorticoid efficacy in dystrophin-deficient mice
编辑推荐：
杜氏肌营养不良（DMD）是一种由dystrophin缺乏引起的致死性神经肌肉疾病，以进行性肌肉萎缩为特征。DMD常伴随肥胖和胰岛素抵抗（IR），但二者对疾病进展的影响尚不清楚。此外，这些合并症与常用干预手段糖皮质激素的相互作用程度亦属未知。研究人员假设高脂高糖
杜氏肌营养不良（DMD）是一种由dystrophin缺乏引起的致死性神经肌肉疾病，以进行性肌肉萎缩为特征。DMD常伴随肥胖和胰岛素抵抗（IR），但二者对疾病进展的影响尚不清楚。此外，这些合并症与常用干预手段糖皮质激素的相互作用程度亦属未知。研究人员假设高脂高糖饮食（HFHSD）将导致IR并加速疾病进展，而泼尼松龙（Pred）治疗可缓解这些效应。为检验该假设，6周龄C57和mdx小鼠被喂食对照饮食（CD）或HFHSD 19周，同时给予或不给予Pred治疗。在C57和mdx小鼠中，HFHSD增加了体脂百分比并引起高血糖、葡萄糖耐受不良和IR；在mdx小鼠中，Pred加剧了HFHSD介导的高血糖、葡萄糖耐受不良和IR。HFHSD增强了mdx小鼠膈肌疲劳性并削弱了Pred对特定张力的有益效应。在C57和mdx小鼠中，HFHSD增加了膈肌脂肪浸润，但三色染色显示HFHSD和/或Pred减少了mdx小鼠的疾病相关纤维化。此外，HFHSD改变了与脂质储存、炎症信号、线粒体/代谢调节以及Sestrin信号相关的疾病和/或Pred介导的蛋白质变化。这些数据表明，在mdx小鼠中，19周的HFHSD独立损害了肌肉功能、改变了肌肉组成并进一步损害了肌肉细胞健康，且其与Pred的相互作用阻止了功能恢复并进一步加剧了血糖失调和细胞功能障碍。
**研究背景与问题**：杜氏肌营养不良（DMD）是一种由dystrophin蛋白缺乏引起的进行性肌肉 wasting 疾病，dystrophin是dystrophin-糖蛋白复合物（DGC）的主要组分，其缺失导致肌膜脆弱，使肌肉特别容易受到收缩诱导的损伤和随后的膜损伤，最终引发包括钙离子调节紊乱、氧化应激、自噬功能障碍、内质网应激、线粒体功能障碍和蛋白水解增加等一系列细胞功能障碍，继而导致肌肉丢失、纤维化和脂肪浸润。肥胖和胰岛素抵抗（IR）是DMD的常见合并症，但这些因素对疾病进展的影响在很大程度上未知，因为常见的疾病模型极度消瘦。为克服此局限性，既往研究采用膳食干预以更好模拟DMD代谢表型，但结果不一。此外，糖皮质激素如泼尼松（prednisone）是常用DMD治疗药物，可延缓疾病进展，但会引起包括体重增加、高血糖、IR和脂质代谢改变等一系列代谢副作用，在肥胖环境中可能进一步拮抗代谢健康。因此，该研究旨在确定HFHSD对dystrophin缺乏骨骼肌疾病进展的影响，以及糖皮质激素治疗在此背景下的作用。
**主要技术方法**：该研究使用6周龄雄性C57BL/10ScSnJ（C57）和C57BL/10ScSn-Dmd
mdx/J（mdx）小鼠，分别来自The Jackson Laboratory，随机分配至四种处理：对照饮食（CD，D12450K）、CD联合泼尼松龙（Pred，饮水中10 mg/L）、HFHSD（D12451，45%脂肪、20%蔗糖）以及HFHSD联合Pred，处理周期为19周。代谢表型评估采用葡萄糖耐量试验（GTT，17周时）和胰岛素耐受试验（ITT，18周时）；体成分通过时域核磁共振（TD-NMR，LF90 MiniSpec）测量。肌肉功能于佛罗里达大学Myology Institute Physiological Assessment Core进行离体膈肌检测，包括特定张力（specific tension）和疲劳抵抗性（180秒连续刺激）。组织学采用Masson三色染色评估纤维化，油红O（Oil Red O）染色检测脂质浸润。蛋白质表达通过Western blotting检测，涵盖细胞外基质蛋白、炎症信号分子、线粒体呼吸链复合物、线粒体融合/分裂蛋白、自噬标志物以及Sestrin信号通路相关蛋白。
**研究结果**：
*HFHSD引起代谢紊乱，Pred在mdx中加剧此效应*：HFHSD显著增加C57和mdx小鼠的体脂百分比，引起高血糖、葡萄糖耐受不良和IR。在mdx小鼠中，Pred进一步加剧了HFHSD介导的高血糖、葡萄糖不耐受和IR，表现为GTT的AUC增加47%（P<0.0001），ITT的AUC增加41%（P=0.0016）。
*HFHSD损害肌肉功能，抵消Pred的治疗益处*：dystrophin缺乏降低了膈肌特定张力，Pred使mdx小鼠特定张力提高26%（P=0.0081），但HFHSD削弱了此治疗效应。疲劳抵抗性因疾病（P<0.0001）和饮食（P=0.0234）而降低，HFHSD使mdx小鼠疲劳抵抗性进一步降低8%（P=0.0410）。
*HFHSD改变肌肉组成：减少纤维化但增加脂肪浸润*：纤维化面积因疾病增加（P<0.0001），因Pred降低（P<0.0001），HFHSD也使纤维化降低25%（P=0.0009），细胞外基质蛋白（fibronectin、collagen III）和TGFβ1相应减少。同时，油红O染色显示HFHSD增加了膈肌脂肪浸润（P<0.0001），在mdx小鼠中增加156%（P=0.0116）。
*HFHSD和Pred改变脂质储存相关蛋白*：PPARα因饮食增加（P<0.0001），因Pred降低；PPARγ因饮食（P=0.0121）和Pred（P=0.0220）降低。Perilipin 2（PLIN2）和Perilipin 5（PLIN5）在mdx中降低，PLIN5因饮食（P=0.0107）和Pred（P<0.0001）增加，HFHSD与Pred联合使MHP组PLIN5较MHN增加48%（P<0.0001-0.0145）。
*ALLEL HFHSD和Pred调节炎症信号*：NFκB在mdx中增加176%（P<0.0001），因饮食（P<0.0001）和Pred（P<0.0001）降低，MHP较MHN进一步降低56%（P=0.0026）。AP-1、JNK等炎症标志物亦呈现类似模式，但IL-1β在MHN中较MCN增加44%（P=0.0229）。
*线粒体 abundance 因Pred改善但被HFHSD阻断*：电子传递链复合物（ATP5A、UQCRC2、SDHB、NDUFB8）在mdx中降低，Pred可改善此效应，但HFHSD阻断了Pred介导的挽救作用。线粒体融合蛋白MFN1因饮食降低（P=0.0130），因Pred增加；MFN2在MHN中较MCN增加79%（P=0.0357），MHP较MHN降低48%（P=0.0076）。分裂蛋白FIS1和DRP1也呈现类似模式。自噬标志物BNIP3、PINK1、Parkin、p62和LC3 II/I在mdx中增加，HFHSD降低了BNIP和p62。
*Sestrin信号通路*：Sestrin 2在mdx中降低47%（P=0.0165），因Pred增加，MHP较MHN增加144%（P=0.0004）。AMPKα因饮食降低（P=0.0003），p-AMPKα因疾病降低；mTOR因Pred增加，HFHSD时Pred使MHP较MHN增加58%（P=0.0486）。GATOR1复合物蛋白NPRL2在mdx中增加332%（P=0.0058），因饮食进一步增加，因Pred降低；GATOR2复合物成员变化不一。
**讨论与结论**：
研究人员系统阐述了该研究的背景、发现与意义。IR和肥胖与DMD密切相关，但既往缺乏对其如何影响疾病进展的理解。该研究通过HFHSD诱导mdx小鼠产生IR，发现HFHSD独立损害肌肉功能、改变肌肉组成并进一步损害细胞健康，且与Pred的相互作用阻止了功能恢复并加剧代谢紊乱。值得注意的是，虽然HFHSD和Pred均降低了纤维化和炎症信号，但肌肉功能未获改善，提示这些表面"有利"变化可能伴随深层的功能损害。
**研究结论**（Conclusion翻译）：
Dystrophin缺乏导致灾难性肌肉疾病，常伴随肥胖、IR以及糖皮质激素干预，形成一个这些因素相互交汇的可能场景。研究人员发现，HFHSD进一步侵蚀了疲劳抵抗性，改变了肌肉基质使得纤维化减少而脂肪浸润增加，并进一步拮抗了细胞健康。令人惊讶的是，糖皮质激素治疗并未显著改善dystrophin缺乏膈肌的大多数结局，尽管它确实增强了特定张力、减少了纤维化并减弱了炎症信号，且至少部分恢复了一些细胞健康参数。最重要的是，HFHSD与Pred的联合似乎进一步损害了mdx小鼠的代谢和肌肉健康，因为这些小鼠表现出更严重的葡萄糖调节功能障碍、特定张力矫正作用的废除，以及Pred介导的细胞健康变化的夸大或阻断。这些发现还强调了在评估DMD治疗干预时需要考虑整体动物的重要性，因为该疾病不仅是骨骼肌疾病，而且是具有重大代谢后果的系统性疾病。这些数据明确表明：（1）HFHSD影响疾病进展的某些参数；（2）在设计和实施治疗策略时应考虑系统和肌肉代谢。
