《Genes》：Epigenetic Skeletal Muscle Memory: The Impact of Physical Activity on Aging and Post-Injury Regeneration
骨骼肌能够保留先前机械负荷的适应性信息，从而对后续的训练和再生挑战做出更快的反应。本综述综合了目前关于骨骼肌记忆的细胞和表观遗传机制的证据，并探讨了这些机制如何受到衰老和损伤后再生的影响。肌肉记忆源于互补的结构和分子组分，包括肌核保留、持久的DNA甲基化（DNA methylation）改变、染色质重塑（chromatin remodeling）、转录启动（transcriptional priming）、非编码RNA（non-coding RNA）调控以及线粒体表观遗传适应（mitochondrial epigenetic adaptations）。这些机制与肌卫星细胞（MuSCs）、纤维-脂肪生成祖细胞（FAPs）、免疫细胞和细胞外基质（ECM）重塑相互作用，以维持再生能力。在衰老过程中，表观遗传漂移（epigenetic drift）、慢性低度炎症、改变的巨噬细胞状态、MuSC功能障碍、持续的FAP活性、纤维化、线粒体损伤和合成代谢抵抗逐渐降低了这种可塑性，从而导致了肌少症（sarcopenia）。训练-停训-再训练研究表明，运动诱导的表观遗传景观的一部分在训练停止后仍可检测到，并可在重新负荷时被重新激活，尽管个别分子特征的持久性和功能重要性尚未完全明确。体力活动仍然是保持肌肉功能和表观遗传反应性的最成熟干预措施，而热量限制、营养感应通路的调节、衰老细胞清除策略（senolytic strategies）以及直接靶向表观遗传调控因子（epigenetic regulators）等方法仍处于有前景但转化成熟度较低的阶段。总体而言，维持表观遗传可塑性可能是健康骨骼肌老化和有效再生的关键决定因素。
1. 引言
体力活动（physical exercise）和热量限制（caloric restriction）是已知延缓衰老分子表现的最有效的非药物干预措施之一。这两种干预措施并非通过单一机制发挥作用，而是诱导广泛的代谢重塑，协调营养感应（nutrient sensing）、线粒体适应（mitochondrial adaptation）、蛋白质稳态（proteostasis）、应激抵抗（stress resistance）和表观遗传调控（epigenetic regulation），从而影响生物衰老的多个标志。在骨骼肌（skeletal muscle）中，这些适应性反应超越了全身代谢稳态，并直接调控肌卫星细胞（MuSCs）的维持、再生潜力和长期功能能力。实验研究表明，即使是短期热量限制也能显著增强小鼠模型中MuSCs的存活和再生能力[1]。从机制上讲，这些效应部分与几种被广泛研究的抗衰老化合物（如白藜芦醇（resveratrol）、雷帕霉素（rapamycin）和二甲双胍（metformin））靶向的信号通路趋同。尽管这些干预措施通过不同的主要分子靶点发挥作用，但它们都具有调节以AMP活化蛋白激酶（AMPK）、雷帕霉素机制靶标复合物1（mTORC1）和去乙酰化酶（sirtuin）信号为中心的保守营养感应通路的能力，从而促进代谢适应和细胞韧性[2,3,4,5,6]。然而，体力活动的生物学后果远远超出了这些全身性的代谢适应。骨骼肌表现出显著持久的表观遗传可塑性（epigenetic plasticity），其中先前的肥大刺激会留下持久的分子特征，影响后续对机械负荷的反应。这种现象通常被称为表观遗传肌肉记忆（epigenetic muscle memory），其特征是DNA甲基化（DNA methylation）和染色质结构（chromatin architecture）的长期改变，即使在长期停训后也能持续存在，从而使骨骼肌在重新开始运动时能够更快、更有效地进行适应性重塑[7]。因此，本综述旨在综合当前关于骨骼肌记忆的细胞和表观遗传机制的证据，特别强调由体力活动诱导的持久分子适应及其在衰老和损伤后再生过程中的改变。研究人员进一步探讨了与年龄相关的表观遗传漂移（epigenetic drift）、炎症重塑、卫星细胞功能障碍以及再生微环境（regenerative niche）的改变如何干扰这些记忆机制，并讨论了运动和新出现的表观遗传干预措施在维持衰老骨骼肌再生能力方面的潜力。
2. 骨骼肌的细胞结构及组织区室
2.1. 肌纤维和肌卫星细胞
多核肌纤维（myofibers）被认为是骨骼肌组织的主要收缩单位，估计约占健康人体总质量的35%至40%[8,9]。它们由肌原纤维（myofibrils）和肌节（sarcomeres）等结构组成，其独特的结构是通过多个单核肌细胞（成肌细胞，myoblasts）融合形成的[8,10]。这些纤维的特征是终末分化、有丝分裂后细胞，因此无法重新进入细胞周期或进行进一步细胞分裂[10]。尽管缺乏增殖能力，但肌纤维在损伤后仍能通过若干机制发生肥大和再生[8,9]。其中一种机制与肌节相关，涉及在肌纤维内预先存在的肌原纤维结构上物理添加新的肌节[8]。这个过程被称为肌节附加（sarcomeric adjunction），发生在肥大过程中，通过增加肌纤维的直径和长度，促进肌细胞的物理增大[8,11]。在再生过程中，同一过程参与重建收缩装置的功能完整性[9,12]。第二种机制与肌核域假说（myonuclear domain hypothesis）密切相关，该假说认为肌纤维内的每个细胞核都维持着对周围细胞质特定体积的基因组控制[8,13]。肌核域假说与肌纤维生长密切相关，因为在纤维肥大过程中细胞质体积扩大，从而增加了对肌核的需求。这种需求由卫星细胞满足[8]。MuSCs被认为是骨骼肌组织特化的驻留体细胞干细胞，其特征是能够进行自我更新和成肌分化（myogenic differentiation）[10]。在不需要肌肉修复或生长的情况下，MuSCs保持静止状态[8,12]。这些细胞直接位于肌纤维表面，位于肌膜（sarcolemma）和周围基底层（basal lamina）（细胞外基质（ECM）的一个组成部分）之间[12,14,15]。它们的数量因位置而异，在肌纤维末端数量最多[12]。在受到各种刺激（如阻力训练（resistance training）[13]、出生后生长[8]、一氧化氮（nitric oxide，在损伤后或响应机械拉伸时几乎立即释放）[9]、1-磷酸鞘氨醇（sphingosine-1-phosphate）[9]和其他因素）激活后，卫星细胞被诱导迁移。由于这些细胞的迁移能力在密集增殖开始前最强，因此在增殖开始前观察到沿肌纤维的运动[9,12]。到达目标部位后，增殖开始[9]。这些分裂的一部分是不对称的，其中一个细胞保留干细胞特性，而另一个细胞则进入成肌谱系（myogenic lineage）并成为能够根据生理需求促进肌肉生长或再生的成肌细胞[8,9,12]。最终，诱导肌细胞融合，导致新肌纤维的形成或将这些细胞并入预先存在的肌纤维的受损区域，从而实现其修复[9,12]。
2.2. 纤维-脂肪生成祖细胞和细胞外基质重塑
纤维-脂肪生成祖细胞（FAPs）是存在于骨骼肌间质结缔组织中的间充质基质细胞。在生理条件下，它们大多保持静止，而在肌肉损伤后，它们迅速扩增，并为再生提供旁分泌和结构支持。FAPs并不直接参与肌纤维形成，而是通过营养信号调节MuSCs的活性，并协调瞬时细胞外基质（ECM）重塑[10,15,16,17]。它们的激活受到来自免疫细胞（包括嗜酸性粒细胞相关细胞因子）的信号影响，随后产生一个临时的ECM支架，支持再生的肌纤维。一旦再生进展，这个瞬时细胞群通过程序性凋亡被有效清除，防止结缔组织过度积累。维持这一严格调控的程序依赖于视黄酸信号（retinoic acid signaling），它使FAPs保持在未成熟状态，同时肿瘤坏死因子α（TNF-α）的促凋亡作用与转化生长因子β（TGF-β）和血小板衍生生长因子受体α（PDGFRα）介导的促存活信号之间保持精细平衡[18,19,20,21]。激活后，观察到FAPs数量迅速增加，其扩增高峰大约在损伤后2-3天出现[16]。这个过程伴随着影响免疫系统细胞以及最重要的MuSCs的营养因子的产生[10]。影响卫星细胞的因子包括卵泡抑素（follistatin）、Wnt1诱导信号通路蛋白1（WISP1）、胰岛素样生长因子1（IGF-1）和IL-6[10,16,22]。第一个因子，卵泡抑素，其特征在于它是肌肉生长抑制素（myostatin）的拮抗剂，并参与促进成肌细胞融合，因此被认为是一种有效的促肌生成因子[10]。后续因子，WISP1和IGF-1，参与调节卫星细胞扩增和增殖[8,10]。此外，值得注意的是，在老年人中观察到肌肉损伤后FAPs的WISP1表达增加受损，这是导致与年龄相关的骨骼肌再生障碍的一个主要因素[10,22,23]。最后一个因子IL-6参与促进细胞从增殖阶段向肌纤维形成的转变[10]。FAP来源的Wnt信号还影响MuSCs的命运。经典Wnt/β-catenin信号传导有助于成肌分化，而非经典Wnt7a依赖性信号支持平面细胞极性和卫星细胞池的对称扩增[12,24,25]。这些通路将在第3.4节中更详细地讨论。在急性肌肉损伤后，FAPs迅速扩增并瞬时沉积细胞外基质成分，包括I、III和VI型胶原蛋白和纤连蛋白（fibronectin），从而创建一个临时支架，支持新形成的肌纤维的排列和再生[8,23,26]。WISP1阳性的FAPs亚群特别富含基质重塑因子，同时提供支持MuSCs功能的营养信号[10,22]。这种支架的形成旨在确保新形成的肌纤维的正确排列[10,23]。
2.3. 免疫细胞与炎症-再生转变
损伤后免疫反应迅速启动，对于调节从最初的促炎阶段到随后的再生阶段的转变至关重要[22]。损伤后，中性粒细胞被损伤相关分子模式（DAMPs）激活并迅速招募，在损伤后1-6小时即可检测到其存在[9,22]。其活性特征在于吞噬细胞碎片并释放促炎细胞因子，如TNF-α和IL-1β[8,12,22]。除了促炎细胞因子，巨噬细胞集落刺激因子（CSF1）和可溶性白细胞介素-6受体（sIL-6R）也被释放，有助于招募循环单核细胞并随后分化为巨噬细胞[8,22]。损伤后约24小时，炎症反应由M1型巨噬细胞主导。这些细胞分泌TNF-α，促进卫星细胞增殖，而在修复过程的后期（约损伤后2至3天），同一因子介导过度FAPs的凋亡诱导[8,12,23]。损伤后骨骼肌再生是一个高度协调的过程，依赖于肌细胞和免疫系统之间的相互作用。尽管受损肌纤维的重建主要依赖于MuSCs的激活、增殖和分化[27,28,29]，但有效的组织修复也需要精确调控的炎症反应。损伤后，中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞被招募到受损组织，在那里它们清除坏死细胞碎片并积极调节再生过程[30,31,32]。巨噬细胞是参与对无菌性肌肉损伤反应的主要免疫细胞群，并在决定骨骼肌再生的过程和结果中发挥关键作用。这些细胞表现出显著的功能异质性，来源于不同的发育源头，并有助于组织稳态和损伤后修复过程[33,34,35]。在生理条件下，驻留巨噬细胞持续监测局部肌肉微环境并有助于组织稳态。然而，在损伤后，它们成为炎症和再生反应的关键协调者[36,37]。在组织损伤早期，巨噬细胞通过分泌趋化因子招募额外的免疫细胞，并产生促进细胞迁移到受损组织的基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases），从而参与炎症反应的启动和组织[38]。巨噬细胞还通过清除坏死肌纤维、细胞碎片和凋亡的中性粒细胞来执行重要的吞噬功能，从而为组织修复创造一个允许性环境。巨噬细胞招募或激活受损会导致受损组织清除延迟、促炎刺激暴露时间延长以及再生不完全[36,37]。肌肉损伤后的炎症反应顺序进行，并与肌生成的连续阶段紧密同步。在早期再生阶段，促炎巨噬细胞（通常称为M1型巨噬细胞，分化簇68阳性；CD68
+）占主导地位。这些细胞吞噬受损的肌纤维并分泌促炎细胞因子，包括肿瘤坏死因子α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6），从而促进卫星细胞增殖[30]。巨噬细胞还通过分泌粒细胞集落刺激因子（G-CSF）支持成肌细胞扩增，G-CSF作用于增殖的肌肉祖细胞上瞬时表达的粒细胞集落刺激因子受体（G-CSFR）[36]。在损伤后最初几小时内，中性粒细胞浸润受损组织，随后是促炎性CD68
+/（分化簇163阴性）CD163
?巨噬细胞的积累，通常在损伤后约24小时达到最大丰度。这些巨噬细胞通过吞噬作用清除坏死细胞碎片，同时分泌TNF-α和IL-1，从而放大初始炎症反应。在随后的再生阶段（约2-4天），巨噬细胞经历表型转变，转向抗炎（分化簇68阴性）CD68
?/（分化簇163阳性）CD163
+状态。通过分泌IL-10，这些细胞积极解决炎症，同时促进MuSCs增殖和成肌分化[12,39,40,41]。再生过程的一个关键阶段是巨噬细胞从促炎状态向抗炎状态的转变，称为巨噬细胞极化（macrophage polarization），通常在损伤后2至3.5天观察到[22]。这种转变由IL-10、IL-4和IL-13刺激巨噬细胞介导，导致促炎基因表达受到抑制，包括TNF（肿瘤坏死因子α基因）和CCL2（C-C基序趋化因子配体2基因）[22]。这些白细胞介素主要由FAPs和嗜酸性粒细胞产生[10,15]。M2型巨噬细胞的出现与新组织形成的促进有关[8,12]。这些细胞还参与分泌生长因子，如IGF-1，促进卫星细胞分化和融合成肌纤维[9]。此外，细胞外基质成分被产生，并且通过防止凋亡来支持成熟成肌细胞的存活[8,9]。
3. 肌肉功能障碍的病理生理学：肌少症与伤口愈合受损
3.1. 炎症期失同步与炎症衰老
炎症衰老（Inflammaging）是指随年龄增长而发展的慢性、低度、无菌性炎症状态，其特征是炎症信号通路持续激活和促炎介质产生增加。在骨骼肌中，这种改变的炎症环境破坏了有效再生所需的紧密协调的免疫细胞激活序列。肌肉再生由巨噬细胞、MuSCs、调节性T细胞（Tregs）、成纤维细胞、内皮细胞和FAPs之间的复杂相互作用驱动。这些细胞群的协调活动对于维持炎症、再生和组织重塑之间的平衡至关重要。尽管M1/M2命名法对于描述肌肉再生过程中的广泛功能趋势仍然有用，但体内巨噬细胞激活代表的是一个动态连续体，而不是两个离散表型之间的二元转变。巨噬细胞可能同时表达与促炎和修复状态相关的标志物，并且其表型会响应再生微环境内随时间变化的信号而演变。因此，这里使用的术语M1和M2是作为操作描述符，而不是严格定义的细胞群。因此，有效的肌肉修复依赖于从主要促炎功能向日益增加的修复性巨噬细胞功能的及时转变，而这一动态转变的中断则会导致持续炎症、过度纤维化和再生受损[36,38,42]。M1型巨噬细胞的持续存在可能通过维持促炎微环境和产生细胞毒性水平的一氧化氮（NO）来损害肌肉再生，从而导致继发性肌纤维损伤并延迟从增殖期向成肌分化的转变[30,38]。成功肌肉修复的关键一步是巨噬细胞向抗炎和促再生M2型表型（分化簇163阳性和分化簇206阳性；CD163
+/CD206
+）的表型转变。这些巨噬细胞通过分泌IL-10和其他抗炎介质来抑制促炎活性，同时促进成肌细胞分化、融合和新形成肌纤维的成熟。修复性巨噬细胞还产生多种生长因子，包括IGF-1、血小板衍生生长因子（PDGF）和血管内皮生长因子（VEGF），这些因子刺激细胞增殖、血管生成和组织修复[38]。此外，巨噬细胞来源的TGF-β调节成纤维细胞活性和细胞外基质重塑，从而有助于再生组织的结构组织[36,38,42]。巨噬细胞表型可塑性的重要性在慢性肌肉疾病中也很明显。在杜氏肌营养不良症的mdx小鼠模型中，炎症浸润显示出比急性损伤后观察到的更复杂的模式。M1型巨噬细胞的早期浸润伴随着M2a型巨噬细胞（白细胞介素-4受体阳性和分化簇206阳性；IL-4R
+/CD206
+）的出现，后者减弱了炎症细胞毒性，而随后M2c型巨噬细胞的积累与再生机制的激活有关。这些发现表明，在急性和慢性病理条件下，巨噬细胞表型之间的适当转变对于有效的肌肉再生至关重要[30,36,42]。鉴于巨噬细胞参与了组织修复的所有阶段，从引发炎症和清除受损结构到促进再生和解决免疫反应，它们现在被认为是组织稳态和修复的关键调节者。其动态适应表型和整合来自局部微环境信号的能力对于成功再生至关重要。巨噬细胞激活或功能重编程的失调可能导致慢性炎症、过度纤维化和肌肉修复受损。因此，巨噬细胞越来越被认为是增强骨骼肌再生和恢复组织功能的有前景的治疗靶点[36,38]。
3.2. 卫星细胞功能障碍与干细胞微环境的炎症重塑
与年龄相关的骨骼肌再生能力下降不能仅归因于MuSCs的细胞内在功能障碍。相反，它是MuSCs内进行性表观遗传改变与其周围干细胞微环境深刻重塑之间复杂相互作用的结果。因此，衰老MuSCs的再生能力不仅取决于其内在的分子状态，还取决于局部微环境的生化和细胞组成。全身环境对干细胞衰老的关键贡献已通过异时性联体共生（heterochronic parabiosis）实验巧妙证明，其中将衰老动物暴露于年轻动物的循环系统中，可显著恢复卫星细胞功能和再生能力[43]。这些发现表明，相当大比例的与年龄相关的再生衰退是可逆的，并且是由外源性因素而非不可逆的内源性缺陷驱动的。衰老逐渐将骨骼肌微环境转变为一种慢性炎症微环境，严重损害组织再生[44]。这一过程的一个核心贡献者是衰老相关分泌表型（SASP），其组成在组织修复过程中经历动态的时间重塑。SASP并非代表一个静态的促炎程序，而是通过由神经源性位点Notch同源蛋白1（NOTCH1）信号严格调控的不同功能状态演变。在组织修复的早期阶段，升高的NOTCH1活性抑制促炎转录因子CCAAT/增强子结合蛋白β（C/EBPβ），从而限制炎症细胞因子的产生，同时促进TGF-β和血小板衍生生长因子AA（PDGF-AA）依赖的组织重塑和瞬时纤维化反应。随着NOTCH1信号随后下降，分泌程序转向以促炎为主要特征的阶段，其特征是IL-1β、IL-6、IL-8和基质重塑因子的分泌增加，这些因子促进免疫细胞招募和衰老细胞清除[45,46,47]。
3.3. 炎症信号与JAK/STAT3依赖性调控的肌卫星细胞
肌卫星细胞是负责运动诱导应激和组织损伤后骨骼肌再生的主要干细胞群[48,49]。尽管衰老伴随着MuSCs内进行性端粒缩短、体细胞突变积累和持续性DNA损伤[50,51,52]，但其再生潜力在很大程度上取决于表观遗传改变，这些改变决定了这些细胞如何解释源自周围组织微环境的信号[53,54,55]。在急性肌肉损伤后，组织驻留的肥大细胞和巨噬细胞作为最早的损伤传感器，通过快速释放组胺（histamine）、类胰蛋白酶（tryptase）和TNF-α，启动IL-6的从头合成，并触发组织修复所需的炎症级联反应[56,57]。该细胞因子网络的生物学效应高度依赖于时间动态和微环境背景。在急性再生阶段，短暂的TNF-α暴露激活MuSCs中的促存活核因子κB（NF-κB）和p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）通路，从而促进其在损伤后的激活[58]。同时，收缩肌纤维释放的运动诱导的IL-6以旁分泌方式激活Janus激酶/信号转导和转录激活因子3（JAK/STAT3）信号，促进有效肌肉再生和肥大适应所需的成肌祖细胞的瞬时扩增[59]。除了其局部效应外，急性IL-6还通过刺激脂肪分解、调节葡萄糖代谢和抵消TNF-α的几种促炎作用来促进全身代谢稳态[60]。相反，作为衰老骨骼肌特征的SASP的慢性暴露从根本上改变了细胞因子信号传导。JAK/STAT3和NF-κB通路的持续激活导致MuSC自我更新能力丧失，促进过早分化，并导致不可逆的细胞周期停滞或进行性肌纤维萎缩[61,62,63]。衰老骨骼肌的再生失败因IL-33依赖性招募缺陷和Tregs的局部积累而进一步加剧，从而损害炎症消退和有效组织修复[64]。
3.4. 肌生成的分子和表观遗传调控
成功的骨骼肌再生需要精确协调结构重塑、细胞内信号传导和转录重编程。在MuSCs重新进入成肌程序之前，受损的肌纤维必须恢复膜完整性并重组其细胞骨架结构。这些早期事件依赖于严格调控的钙稳态和μ-钙蛋白酶（μ-calpain）介导的蛋白水解，其促进受控的细胞骨架重塑。在病理条件下，如肌营养不良症，持续的钙内流导致过度的钙蛋白酶激活和结构蛋白的失控降解，从而损害肌肉完整性和再生能力[65,66,67]。激活后，MuSCs的迁移和在再生组织内的空间定位由分化簇34（CD34）与Eph受体-肝配蛋白（ephrin）信号协调表达来编排，确保受损区域的有效定植，同时保持组织结构[68,69]。向成肌谱系的承诺由层级转录网络控制。生肌因子5（Myf5）和成肌决定蛋白1（MyoD）启动卫星细胞激活和增殖性扩增，而肌细胞生成素（myogenin）通过形成多核肌纤维促进不可逆的细胞周期退出和终末分化。这种转变与MyoD、细胞周期蛋白依赖性激酶4（CDK4）和细胞周期蛋白D1（cyclin D1）之间的相互作用紧密协调，从而将细胞周期进程与分化的启动同步[70,71]。成肌转录程序的激活通过表观遗传重塑进一步得到加强。AMPK依赖的ten-eleven translocation甲基胞嘧啶双加氧酶2（TET2）磷酸化促进关键成基因位点的DNA去甲基化，从而增加染色质可及性并促进肌肉再生所需基因的转录[72,73]。重要的是，这一机制突出了细胞代谢与染色质状态之间的关键联系。在再生早期，p38 MAPK磷酸化MyoD，从而调节肌细胞生成素启动子的激活，并通过背景依赖的转录抑制防止过早分化。更广泛地说，p38 MAPK通路的激活对于从静止状态有效退出以及MuSCs进入细胞周期是必不可少的[74,75]。值得注意的是，卫星细胞在增殖阶段保留配对盒7蛋白（PAX7）的表达；然而，在分化的最后阶段，当细胞转化为肌细胞时，该标志物的表达丢失[8,9]。MuSC池的维持取决于显著的功能异质性。虽然Pax7
+/Myf5
+细胞优先承诺进行成肌分化，但Pax7
+/Myf5
?亚群作为负责长期组织维持的自我更新干细胞库。持续的Pax7过表达抑制肌细胞生成素的诱导并延迟终末分化，从而保留干细胞特性[76,77]。该储备细胞群的可逆静止由Sprouty1介导的成纤维细胞生长因子信号抑制来维持[78]。然而，衰老逐渐减少了这些祖细胞的数量和功能能力，尽管它们保留了包括成肌、成骨和成脂命运在内的多谱系分化潜力[79]。这种衰退因与年龄相关的骨桥蛋白（osteopontin）积累而进一步加剧，后者显著抑制再生活性[80]。干细胞微环境的额外调控由神经元型一氧化氮合酶（nNOS）提供，其在贝克尔肌营养不良症中定位被破坏，并在衰老过程中改变，以及由共同调节再生效率的全身内分泌信号提供[81,82,83,84]。控制MuSC命运的一个核心调控事件是Notch和Wnt信号之间的动态转变。在静止的卫星细胞中，由重组信号结合蛋白免疫球蛋白κ J区（RBP-J）和microRNA-708（miR-708）介导的Notch信号对于维持干性和防止自发分化至关重要。该通路的遗传破坏导致卫星细胞池的快速耗竭[85,86,87,88]。随着再生进展，Notch活性下降伴随着Wnt信号增加，从而驱动向终末成肌分化的承诺。而相对较低的经典Wnt活性支持增殖性扩增，更强的激活则促进分化和肌纤维形成。同时，非经典Wnt7a通路建立平面细胞极性并刺激MuSC池的对称扩增，允许组织再生而不耗尽干细胞库[24,25,89]。在衰老过程中，这种严格调控的信号平衡逐渐恶化。经典Wnt信号的持续激活，连同升高的全身性TGF-β1，将肌肉祖细胞从成肌命运转向纤维化命运。β-catenin依赖性转录的激活诱导肌成纤维细胞相关基因的表达，包括α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA），导致细胞外基质过度沉积、进行性纤维化以及正常骨骼肌结构的破坏[90,91,92,93]。
3.5. 干细胞微环境的纤维化重塑：纤维-脂肪生成祖细胞与肌肉生长抑制素-卵泡抑素轴
瞬时纤维生成不仅仅是组织损伤的副产品，而是成功再生的必要组成部分。药理学抑制这种早期纤维化反应，例如使用尼罗替尼（nilotinib），会显著损害肌肉修复，表明在进行功能性组织结构重建之前需要受控的细胞外基质沉积。同时，2型免疫信号，特别是通过IL-4，促进生理性FAP活性，而骨形态发生蛋白3B（BMP3B）的分泌有助于维持间充质稳态并防止与年龄相关的肌少症[15,94,95,96,97]。在缺乏FAP凋亡且缺乏适当促再生信号（如IL-4）的环境中，FAP分化为脂肪细胞和成纤维细胞的过程得到促进[15,26]。后一种细胞类型负责产生过量的胶原蛋白，导致组织僵硬增加，并进一步刺激FAP产生胶原蛋白和TGF-β[23]。结果，尽管初始损伤得到修复，但进行性瘢痕形成得到促进[23,26]。最终，肌肉组织的机械性能受损，其再生能力逐渐减弱[16,23]。由凋亡受损导致的持续FAP积累也负面影响MuSC功能[8,26]。细胞外基质变得越来越致密和僵硬，限制了卫星细胞的迁移、分化和融合[23,26]。在衰老和慢性肌肉疾病过程中，这种严格调控的再生程序逐渐崩溃。FAPs没有被凋亡，而是在组织中持续存在、过度增殖，并越来越多地分化为成熟的脂肪细胞和肌成纤维细胞，最终用纤维化的细胞外基质和异位脂肪沉积取代功能性收缩组织[26,98,99]。这种病理转变由若干相互关联的信号通路调控，包括初级纤毛依赖性信号、miR-22-3p/KLF6/MMP14轴和Wnt5a/GSK3/β-catenin信号，所有这些都在病理条件下促进纤维-脂肪生成分化[100,101,102]。在生理条件下，经典Wnt信号与Notch和TNF-α之间的协同相互作用抑制了FAPs的过度脂肪生成性扩增，从而保留了再生能力[103,104]。然而，在衰老或营养不良的微环境中，TNF-α的慢性升高逐渐减弱NOTCH1活性，破坏这一调控网络，有利于纤维-脂肪变性[105]。衰老还通过减少WISP1（一种重要的MuSC功能激活剂）和白细胞介素-15（IL-15）的产生来损害FAPs的再生分泌组，两者都导致再生能力下降[106,107]。整合这些多细胞相互作用的一个核心分子调节器是肌肉生长抑制素-卵泡抑素轴。肌肉生长抑制素是TGF-β超家族的一员，通过抑制肌生成和促进纤维化重塑充当骨骼肌生长的负调节因子[108,109]。肌肉生长抑制素与其内源性拮抗剂卵泡抑素之间的平衡为FAP活性、纤维化和成肌再生提供了额外联系。卵泡抑素在FAPs中的表达水平高于MuSCs，并在局部拮抗肌肉生长抑制素活性，从而在活跃再生期间支持促肌生成环境[20,110]。相反，在衰老或慢性损伤期间，FAPs的持续存在和肌肉生长抑制素-卵泡抑素平衡的破坏可能有利于纤维化重塑并损害MuSC介导的再生。
3.6. 肌卫星细胞的细胞自主性代谢衰老与p38α/β MAPK的核心作用
与年龄相关的骨骼肌再生衰退不能仅通过周围组织环境的恶化来解释。优雅的移植研究表明，即使移植到年轻的再生微环境中，衰老的MuSCs仍然保留深刻的功缺陷，表明衰老也在干细胞内诱导了稳定的、细胞自主性的改变[111,112]。衰老MuSCs的一个决定性特征是进行性代谢功能障碍。与年轻细胞相比，衰老的成肌祖细胞表现出糖酵解通量受损、葡萄糖摄取减少和代谢灵活性降低，最终损害其快速激活增殖和组织再生所需生物合成程序的能力[113]。这些代谢异常伴随着持续的氧化应激、慢性炎症信号传导以及通常维持干细胞静止和再生能力的细胞内信号网络的进行性破坏。在这些通路中，p38 MAPK家族已成为MuSC衰老的主要分子决定因素之一。在年轻骨骼肌中，p38α和p38β亚型在静止期间大多保持失活，仅在损伤后短暂激活以协调不对称细胞分裂和向成肌分化的承诺。这种严格调控的时间性激活使有效再生成为可能，同时保留自我更新的干细胞池。然而，在衰老过程中，与炎症衰老相关的炎症介质的慢性暴露，连同持续的氧化应激，导致p38α/β信号持续过度激活[112,114]。持续的p38活性并非促进生理性再生，而是驱动不可逆的静止丧失、干细胞区室耗竭以及细胞衰老的建立。从机制上讲，该过程与转录因子Slug（SNAI2）活性降低有关，该因子在生理条件下抑制细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p16
INK4a的表达。因此，Slug介导的抑制丧失使得p16
INK4a积累，加强不可逆的细胞周期停滞并进一步限制再生能力[115]。
4. 骨骼肌记忆的分子基础
从表型上看，这种分子记忆反映在再训练期间肌肉质量和力量恢复速度比初始适应性反应更快[7,116]。表观遗传骨骼肌记忆是指先前生理刺激诱导的分子改变持续存在，从而改变对后续负荷的转录反应。在参与该过程的机制中，DNA甲基化、染色质重塑、组蛋白修饰、转录启动和线粒体表观遗传改变可以在不改变底层DNA序列的情况下改变基因的可及性和反应性[7,117,118,119,120,121,122,123]。重要的是，在肌肉记忆的背景下，关键特征不是表观遗传修饰本身的存在，而是其在原始训练刺激后的持久性以及在后续再训练过程中其功能性的重新激活。所有这些修饰均由特定的酶介导。DNA去甲基化由TET1等酶介导，而DNA甲基化由DNA甲基转移酶催化，包括DNA甲基转移酶3A（DNMT3A）、DNA甲基转移酶3B（DNMT3B）和甲基转移酶1（DNMT1）[117]。新的DNA甲基化模式（从头）由DNMT3A和DNMT3B建立，例如，响应环境信号[120]。这个过程保证了有丝分裂稳定性，同时作为DNA甲基化记忆的基础[117,121]。持久的DNA甲基化变化可能为转录启动提供分子基质，通过这种机制，先前的机械负荷使选定的基因组区域处于一种状态，当后续再次暴露于相同刺激时，可以更快地重新激活。在骨骼肌中，这一概念得到了训练-停训-再训练研究的支持，这些研究表明，一部分运动诱导的低甲基化位点在训练停止后并未完全恢复到基线水平。训练-停训-再训练范式为骨骼肌中持久的表观遗传记忆提供了直接的实验证据。训练后，观察到广泛的DNA甲基化重塑，在与骨骼肌适应相关的位点，低甲基化占主导地位。重要的是，这些位点中的一部分在停训期间保持低甲基化，并在再训练期间表现出进一步的低甲基化或增强的转录，表明表观基因组并未完全恢复到训练前状态[124]。高强度间歇训练（HIIT）后的全基因组DNA甲基化分析显示出骨骼肌表观基因组的广泛重塑，其特点是低甲基化占主导地位，表明转录可及性增加。在停训期间，差异甲基化位置（DMPs）的总数显著减少，但仍高于基线。低甲基化继续占主导地位，而高甲基化位点的数量几乎恢复到训练前水平。再训练后，DMPs的数量再次增加，伴随着低甲基化位点比例的逐步增加。这些发现表明表观基因组转向转录允许状态[124]。观察到ADAM19、FOXK2、INPP5A、MTHFD1L和THEM40的表达逐渐增加。这种升高的表达在整个停训期间持续存在，并在再训练后得以维持或进一步增强。这些变化的一个关键机制是ADAM19、INPP5A、MTHFD1L和CAPN2的启动子和调控区域的稳定低甲基化，无论是否存在训练刺激，这些区域的低甲基化水平都保持升高。这些发现表明，在训练停止后表观基因组并未完全重置，而是保持在一种转录可及性增加的状态，为肌肉记忆提供了分子基础[124]。如前所述，细胞核数量的增加伴随着EGR1表达的升高。有研究表明，EGR1表达在先前未训练的肌肉中迅速升高，但只是短暂的。相反，在先前训练过的肌肉中，其在再训练期间的诱导较晚出现，但持续时间更长[125]。整合的甲基化组和转录组分析已经鉴定出几个基因，这些基因经历训练诱导的表观遗传修饰，并在停训后仍保持转录活性，其表达在再训练期间进一步增加。这些基因包括FLNB、UBR5、SETD3和PLA2G16[7]。尽管肌肉质量
