L-肉碱调控 AMPK 信号通路以逆转体外 IL-6 诱导的肌肉萎缩并缓解 MC38 肿瘤恶病质

《Food Bioscience》：L-carnitine regulates AMPK signaling to reverse IL-6- induced muscle atrophy in vitro and relieve MC38 tumor cachexia

　　

摘要
白细胞介素 -6 (IL-6) 在癌症恶病质 (CC) 的发病机制中起着关键作用。我们先前的研究表明，左旋肉碱 (LC) 能改善 TNF-α诱导的恶病质模型中的骨骼肌萎缩，但其对 IL-6 诱导的消耗效应尚不清楚。本研究探讨了 LC 对 IL-6 诱导的 CC 相关萎缩的疗效，并确定了可能的机制。在体外，LC 呈浓度依赖性逆转了 IL-6 诱导的 C2C12 肌管萎缩并恢复了细胞活力。在雌性小鼠 CC 模型中，与 MC38 组相比，LC 使腓肠肌横截面积增加了 28.70% (P<0.05)，无瘤体重增加了 32.37% (P<0.05)，并改善了瘦体重和肌肉功能，降低了血清 IL-6 水平。在机制上，LC 下调了 IL-6 和萎缩相关蛋白 (MuRF1, Atrogin-1)，抑制了 FOXO1 活性和 AMPK 磷酸化，并促进了 mTOR 磷酸化。综上所述，这些发现表明 LC 减轻了雌性小鼠 IL-6 相关的肌肉萎缩，尽管其在雄性受试者中的疗效有待进一步研究。本研究表明，LC 可能通过涉及 AMPK/mTOR 和 AMPK/FOXO1 信号轴调控的机制改善 CC，突显了其对 CC 的潜在治疗潜力。

引言
恶病质是一种多因素综合征，其特征是严重的体重减轻、肌肉消耗和整体健康状况下降，常见于癌症、心力衰竭和慢性阻塞性肺疾病 (COPD) 等慢性疾病患者 (Ferrer et al., 2023; Xie et al., 2024)。癌症患者中恶病质的患病率可达 80%，显著影响其生活质量和生存率 (Baracos et al., 2018)。与主要由于骨骼肌合成与分解之间失衡引起的少肌症相比，恶病质的发病机制主要由全身炎症反应和代谢紊乱驱动 (Ji et al., 2024; Wang et al., 2025)。特别是在癌症恶病质中，肿瘤细胞和肿瘤微环境释放的炎症因子（如肿瘤坏死因子 -α、白细胞介素 -6 等）是介导肌肉消耗、脂肪分解和全身代谢异常的关键病理因素 (Paval et al., 2022)。我们团队之前的多中心队列研究表明，高炎症状态是癌症恶病质患者生存期缩短的独立预测因子 (Zhang et al., 2021)。

白细胞介素 -6 (IL-6) 是一种促炎细胞因子，在癌症恶病质 (CC) 的发病机制中起着关键作用。IL-6 水平升高与肌肉降解增加和全身炎症相关，这导致受要个体的身体功能和生活质量恶化 (Agca & Kir, 2024)。在 CC 中，IL-6 可能放大全身炎症反应，并与 IL-1β和 TNF-α协同放大全身炎症反应 (Paval et al., 2022)。除了其促炎作用外，IL-6 在细胞增殖、分化和凋亡等多个细胞过程中发挥多种生物学功能 (Belizário et al., 2016; Mu?oz-Cánoves et al., 2013)。具体而言，据报道 IL-6 通过多种信号通路介导 CC 诱导的骨骼肌萎缩，包括 AMP 活化蛋白激酶 (AMPK)、PI3K/AKT 和 JAK/STAT 通路 (Belizário et al., 2016; Sims, 2016)。尽管 IL-6 传统上通过 JAK/STAT 通路信号传导，但本研究专注于以 AMPK 为中心的信号传导，因为 AMPK/mTOR 和 AMPK/FOXO1 通路直接参与骨骼肌蛋白质周转和能量代谢，这是恶病质相关肌肉消耗的核心。

特别地，AMPK 信号的异常激活与骨骼肌萎缩的发展密切相关 (Pan et al., 2023)。AMPK 与雷帕霉素机制靶标 (mTOR) 通路相互作用以调节蛋白质代谢 (White et al., 2013)。mTOR 通过磷酸化其下游靶标 p70 核糖体蛋白 S6 激酶 (p70S6K) 来促进蛋白质合成，使其成为细胞生长、增殖和代谢的关键调节因子 (Miyamoto et al., 2016; Yang et al., 2022)。此外，AMPK 通过叉头框 O1 (FOXO1) 通路调节脂质代谢。FOXO1 是连接细胞信号传导与肌肉蛋白质降解的关键介质，并通过上调萎缩相关分子（包括 Atrogin-1 和肌肉 RING 指蛋白 1 (MuRF1)）的表达来促进蛋白水解 (Smith et al., 2010; Vilchinskaya et al., 2022)。值得注意的是，据报道 AMPK/FOXO1 信号通路在肌肉萎缩期间对骨骼肌重塑发挥调节作用 (Liu et al., 2017)。

目前，营养支持被认为是缓解 CC 的金标准，因为具有基础性和可及性 (Faiad et al., 2025)。然而，常规营养干预策略（如补充蛋白质和维生素）只能延缓肌肉流失的进展，而不能逆转它，需要解决根本原因以防止进一步恶化。因此，探索特定营养素的调节作用已成为 CC 管理领域的一个关键研究方向。欧洲姑息治疗研究中心对多种营养素（包括矿物质、维生素和氨基酸）的系统分析显示，LC 表现出独特的治疗潜力。它不仅显著增加了胰腺癌患者的瘦体重，还缩短了住院时间 (Mochamat et al., 2017)。

人类通过内源性生物合成和饮食摄入获得 LC。内源性方面，LC 由赖氨酸和蛋氨酸合成，但饮食摄入约占人体组织总 LC 池的 75% (Steiber et al., 2004)。LC 广泛存在于动物源性食品中，特别是肉类和乳制品，红肉是最丰富的饮食来源之一 (Demarquoy, 2024)。除了在动物源性食品中的天然存在外，LC 也可通过植物基材料的微生物发酵产生或富集，例如少孢根霉发酵野山参和植物乳杆菌发酵玉竹 (Lee et al., 2020; Wang et al., 2023)。用于回收和鉴定 LC 的方法已从常规的水提或酸提随后进行脱蛋白和色谱检测发展为更绿色、更敏感的方法，包括深共晶溶剂辅助提取系统和基于 HPLC–MS/MS 或 CE-C4D 的定量方法 (Jurdáková et al., 2025; Pormsila et al., 2011)。作为天然食品成分和内源性代谢调节因子，LC 具有抗炎、抗氧化和代谢调节特性。其主要功能是促进长链脂肪酸运输到线粒体进行β-氧化，从而维持细胞能量稳态和脂质代谢 (Gnoni et al., 2020)。最近的研究表明，少肌症、癌症患者的营养状况和血清 LC 浓度之间存在强相关性 (Takagi et al., 2022)。我们之前的临床前研究表明，LC 补充剂能有效缓解实验性恶病质模型中与恶病质相关的肌肉萎缩和骨骼肌纤维化 (Lu et al., 2024; Wu et al., 2021)。

尽管先前的研究已确立 IL-6 是 CC 的重要介质，并指出 AMPK/mTOR 和 FOXO1 相关信号在恶病质期间肌肉蛋白质合成和降解的调节中的作用 (White et al., 2013)，但尚不清楚 LC 是否可以通过以 AMPK 为中心的信号传导对抗 IL-6 驱动的骨骼肌萎缩。我们假设 LC 减轻 IL-6 诱导的骨骼肌萎缩，且这种保护作用与 AMPK 激活减少、恢复 mTOR 介导的合成信号以及抑制 FOXO1 相关的蛋白水解信号有关。为了验证这一假设，我们在体外 IL-6 刺激的肌管模型中验证了 LC 的抗萎缩活性，并将这一观察结果扩展至 MC38 荷瘤恶病质小鼠，同时剖析了两个系统中 AMPK/mTOR 和 AMPK/FOXO1 信号轴的改变。通过关注还原论细胞因子模型和肿瘤驱动恶病质模型中 IL-6 相关的肌肉消耗，本研究扩展了我们之前的发现，并提供了在癌症恶病质相关不同炎症背景下 LC 保护作用的更全面观点。

章节片段
细胞培养与癌症恶病质细胞模型
C2C12 细胞购自中国科学院细胞库（中国上海），重组冻干 IL-6 粉末购自 ABclonal Technology Co., Ltd.（中国），左旋肉碱购自 Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。为构建模型，将 C2C12 细胞 (3 × 10^5 cells) 接种于 T-25 烧瓶中，并在 37 °C、5% CO2 条件下维持于补充有 10% 胎牛血清 (FBS) 的 Dulbecco 改良 Eagle 培养基 (DMEM) 中。为诱导分化，

IL-6 在癌症恶病质中发挥重要作用
对从 GEO 数据库 (GSE281701) 获得的癌症恶病质 (CC) 和正常对照组骨骼肌样本进行了转录组差异基因分析和 GO 富集，以调查 CC 条件下骨骼肌中的代谢和信号通路改变。结果显示，癌症恶病质个体肌肉组织中的基因表达谱发生了显著变化，包括肌肉特异性 E3 泛素连接酶基因的上调

讨论
IL-6 是肿瘤诱导恶病质的公认介质，并在癌症进展过程中促进骨骼肌消耗、全身炎症和代谢功能障碍 (Agca & Kir, 2024)。在本研究中，我们使用 IL-6 刺激建立了细胞因子诱导的肌管萎缩模型，并进一步评估了 LC 在 MC38 荷瘤恶病质小鼠中的保护作用。我们发现 LC 在体外减轻了 IL-6 诱导的肌管萎缩，并在体内减轻了骨骼肌流失

未来研究与局限性
癌症恶病质期间的骨骼肌重塑不仅涉及肌纤维，还涉及非肌纤维细胞群，包括巨噬细胞、内皮细胞和成纤维细胞。这些细胞可能参与炎症、血管生成、纤维化和组织修复。然而，本研究未直接评估巨噬细胞浸润或极化、内皮功能障碍、成纤维细胞活化或与纤维化相关重塑。因此，LC 是否调节非肌纤维细胞群

结论
总之，LC 减轻了 IL-6 诱导的骨骼肌萎缩，并改善了雌性小鼠癌症恶病质模型中的肌肉功能。这些改善与 IL-6 表达减少以及 AMPK/mTOR/FOXO1 相关信号的调节相关，为进一步研究体内因果机制提供了有力基础。这些发现表明，LC 补充剂可能代表一种管理癌症恶病质相关肌肉消耗的潜在策略。

CRediT 作者贡献声明
童宁：可视化。霍振宇：软件，形式分析。徐红霞：资金获取，概念化。李娜：项目管理。卢宗良：写作 – 审查与编辑，监督，调查，概念化。陈诗翘：验证，软件，形式分析。王丽：写作 – 原始草稿，软件，调查，形式分析

利益冲突
作者报告无利益冲突。

资金资助
本研究得到重庆市科技卫生联合医学研究项目重点项目（编号：2024DBXM005）、重庆市自然科学基金 (CSTB2022NSCQ-MSX1069) 和解放军陆军军医中心人才创新能力培养计划（编号：ZXZYTSLC05）的支持。

竞争利益声明
我声明，我没有已知的竞争财务利益或个人关系，可能影响本论文报告的工作。

卢宗良 | 王丽 | 陈诗翘 | 霍振宇 | 童宁 | 李娜 | 徐红霞
陆军军医大学（第三军医大学）大坪医院临床营养科，中国重庆