老年人骨骼肌中睫状神经营养因子以及减重和有氧训练的影响

《Metabolites》：Ciliary Neurotrophic Factor in Skeletal Muscle of Older Adults and the Effects of Weight Loss and Aerobic Training

　　

背景/目标：睫状神经营养因子（CNTF）是一种具有中枢和外周作用的多效性细胞因子，与肥胖、胰岛素抵抗和衰老有关，但其在骨骼肌和心脏代谢健康中的作用尚不清楚。本研究检查了老年人骨骼肌CNTF mRNA表达与肥胖和葡萄糖耐量的关系，并评估了为期六个月的减重（WL）和有氧运动训练（AEX）干预对其表达的影响。方法：67名成人（年龄，60.75±7.58）接受了股外侧肌活检、最大摄氧量（VO₂max）测试、双能X射线吸收测定法（DXA）扫描、静息代谢率（RMR）和底物氧化评估，以及3小时口服葡萄糖耐量测试，并计算葡萄糖和胰岛素曲线下面积（AUC）。一部分受试者完成了为期6个月的WL计划（n=21）或每周3次监督AEX干预（n=20）。结果：在基线时，骨骼肌CNTF表达与RMR、脂肪氧化、3小时葡萄糖AUC和胰岛素AUC呈负相关，但与BMI、体脂百分比或VO₂max无关。WL降低了体重、脂肪量、葡萄糖AUC、胰岛素AUC和基础肌肉CNTF表达，而AEX增加了VO₂max并减少了脂肪量，但未改变体重、葡萄糖AUC、胰岛素AUC或基础CNTF。胰岛素刺激的CNTF表达在WL和AEX后均增加，且干预引起的葡萄糖处置速率（M）变化与胰岛素刺激CNTF的变化呈正相关。结论：在老年人中，骨骼肌CNTF与葡萄糖不耐受相关，但与身体成分或有氧适能无关。胰岛素敏感性的改善与高胰岛素血症期间肌肉CNTF的增加相关。需要进一步研究来确定减重和运动训练后高胰岛素血症期间肌肉CNTF变化的机制，及其在老年人葡萄糖代谢和肥胖中的作用。

睫状神经营养因子（CNTF）是一种多效性细胞因子，在中枢和外周均发挥作用，调节能量代谢和神经存活。在动物模型中，CNTF通过结合CNTFα受体，驱动糖蛋白130（gp130）和白血病抑制因子受体（LIFR）的异二聚化，激活JAK/STAT、PI3K/Akt和Ras-MAPK通路，从而减少肝脏和骨骼肌中脂质积累相关的炎症信号，并增加骨骼肌对葡萄糖的摄取。CNTF也被认为具有肌营养作用，在饮食诱导肥胖小鼠模型中给药一周可促进肌肉生长和能量消耗。在人类中，肥胖患者（无论是否患有糖尿病）血浆CNTF水平高于健康正常体重对照。此外，老年人（约60岁）循环CNTF水平与BMI、空腹血糖、空腹胰岛素、胰岛素抵抗稳态模型评估（HOMA指数）以及C反应蛋白（CRP）和白介素-6（IL-6）等炎症标志物相关。尽管早期临床试验显示重组人CNTF变体（Axokine）可减轻非糖尿病肥胖成人的体重，但近90%的参与者产生了中和抗体。因此，改变CNTF水平的非药物替代策略值得考虑。骨骼肌已成为重要的内分泌器官，分泌影响免疫代谢和葡萄糖稳态的肌因子。与广泛研究的其他肌因子相比，CNTF受到的关注较少。衰老与肌肉质量、线粒体功能和慢性炎症信号的变化有关，这些都可能影响肌因子表达。CNTF发挥代谢效应的机制之一是通过激活骨骼肌中的AMP活化蛋白激酶（AMPK）。AMPK作为细胞能量传感器，检测AMP/ADP与ATP的比率，当ATP水平下降、AMP水平上升时，AMPK被激活，通过上调ATP生成途径（包括线粒体脂肪酸氧化和葡萄糖摄取）恢复能量平衡。因此，AMPK激活可能是CNTF改善外周胰岛素敏感性并逆转肥胖和糖尿病模型中胰岛素抵抗的主要机制。年龄可能影响CNTF水平，因为年轻健康成人（n=15）的肌肉CNTF mRNA表达高于老年人（n=16），且老年人在急性抗阻运动后CNTF表达未改变，表明衰老导致运动反应受损。在另一项由同一研究小组进行的、唯一检查人类肌肉CNTF的运动研究中，小样本（n=8）受试者完成36次抗阻训练后，腿部伸展力量的增益与基线和训练后骨骼肌CNTF基因表达显著相关。因此，关于人类试验中运动或减重如何影响骨骼肌CNTF，目前知之甚少。本研究的目的是确定老年人在基础状态和体内胰岛素刺激条件下骨骼肌CNTF mRNA表达及其与肥胖、能量利用和胰岛素敏感性的关系，并在部分受试者中研究为期六个月的减重（WL）和有氧运动训练（AEX）干预对其表达的影响。中心假设是骨骼肌CNTF与葡萄糖代谢和能量消耗相关，并在减重或有氧训练干预后降低。

研究人员招募了年龄>45岁、体重指数（BMI）>25 kg/m²但<50 kg/m²、不吸烟、未使用胰岛素、降糖药、抗炎药或激素替代疗法、体重稳定（过去一年体重变化<2 kg）且久坐（每周<20分钟结构化有氧活动）的参与者。方法和程序经马里兰大学医学院机构审查委员会和VA研究与发展委员会批准。每位参与者签署知情同意书，并通过体格检查、病史和空腹血液检查进行筛选。主要关键技术方法包括：1）使用双能X射线吸收测定法（iDXA，LUNAR Radiation Corp.，Madison, WI, USA）测量身体成分（体脂百分比、脂肪量、瘦体重或去脂体重FFM）；2）通过连续跑步机测试方案测量最大摄氧量（VO₂max）评估有氧适能；3）进行3小时口服葡萄糖耐量测试（75g葡萄糖），计算葡萄糖和胰岛素曲线下面积（AUC）；4）通过间接测热法（COSMED Quark PFT Ergo）测量静息代谢率（RMR）和底物氧化（脂肪、碳水化合物氧化）；5）进行3小时高胰岛素-正常血糖钳夹（80 mU·m^-2·min^-1），在基础状态和钳夹120分钟时行股外侧肌活检，测定骨骼肌CNTF mRNA表达（qPCR，以36B4为内参）；6）干预措施：WL组遵循美国心脏协会（AHA）饮食，减少250-350 kcal/天，每周参加由注册营养师主导的减重课程，持续6个月；AEX组在电动跑步机上步行，从第1周50-60%心率储备（HRR）30-40分钟逐渐增加至第5-8周70-80% HRR 50分钟，每周3次，持续6个月。样本来源：67名参与者（30男，37女）来自马里兰大学医学院，平均年龄约61岁，肥胖（BMI）且低有氧适能（VO₂max）。其中41人完成干预（WL组n=21，AEX组n=20）。

研究结果如下：

**基线关联分析**：在67名参与者中，骨骼肌CNTF mRNA表达与年龄、BMI、体脂百分比、VO₂max、去脂体重（FFM）均无显著相关性。但CNTF与静息代谢率（RMR）呈负相关（r=-0.417，p=0.013），与脂肪氧化（g/d）呈负相关（r=-0.359，p=0.034）。此外，CNTF表达与3小时胰岛素AUC（r=-0.289，p=0.04）和3小时葡萄糖AUC（r=-0.287，p=0.03）呈负相关，但与葡萄糖处置速率（M）或胰岛素敏感性仅呈趋势性正相关（r=0.229，p=0.08）。在基础状态与高胰岛素血症下，肌肉CNTF表达无显著变化（6.46±2.84 vs. 6.67±2.22 AU，n=60，p=0.42）。CNTF与血浆炎症因子（CRP、IL-6等）无显著相关性。

**干预效果**：WL组和AEX组在基线特征上无显著差异。干预后，两组间体重、BMI、VO₂max变化存在组间差异（p<0.001）：WL组体重和BMI显著降低（p<0.001），AEX组VO₂max显著增加（p<0.001）。WL组体脂百分比、葡萄糖AUC和胰岛素AUC均显著降低（p<0.01）。AEX组体脂百分比降低（p<0.05），但体重、葡萄糖AUC和胰岛素AUC无显著变化。RMR在AEX组增加（p<0.05），在WL组无变化（p=0.28）。脂肪氧化百分比在WL组增加（p=0.006），AEX组脂肪利用（g/min）有增加趋势（p=0.06）。两组碳水化合物氧化无显著变化。M（葡萄糖处置速率）在WL组（p<0.01）和AEX组（p<0.01）均显著增加，组间无差异。

**干预前后CNTF对高胰岛素血症的反应**：在干预前，两组基础与胰岛素刺激下的肌肉CNTF均无显著差异（AEX p=0.31，WL p=0.14）。干预后，AEX组（n=17，p=0.053）和WL组（n=19，p=0.006）在胰岛素刺激下肌肉CNTF表达均有增加趋势或显著增加，导致CNTF对高胰岛素血症的反应（胰岛素-基础差值）在干预后显著改变（AEX Δ pre vs. Δ post p=0.024，WL p=0.011）。在全部完成干预的受试者中，M的变化与胰岛素刺激后肌肉CNTF的变化呈正相关（r=0.36，p=0.046）。

**讨论与结论**：讨论部分指出，研究结果表明老年人骨骼肌CNTF与葡萄糖不耐受相关，但与身体成分或有氧适能无关。口服葡萄糖耐量测试（OGTT）检测到葡萄糖不耐受，CNTF与葡萄糖和胰岛素AUC呈负相关，这与动物研究中CNTF改善葡萄糖摄取和降低血糖的结果一致。使用高胰岛素-正常血糖钳夹（胰岛素敏感性金标准）发现，CNTF与M呈趋势性正相关，提示较高骨骼肌CNTF者具有更好的葡萄糖耐量、血糖控制和β细胞功能，胰岛素抵抗更少。在干预前，CNTF表达未在高胰岛素血症期间改变，但干预后CNTF随高胰岛素血症期间肌肉葡萄糖摄取增加而增加，且其变化与M改善相关，表明肌肉CNTF可能在减重和运动引起的葡萄糖代谢变化中发挥作用。CNTF与RMR和脂肪氧化呈负相关，这与动物模型中CNTF增强脂肪酸氧化的结果相反，但AEX后RMR增加，WL后无变化。研究未发现循环炎症标志物与肌肉CNTF水平相关。由于肌肉活检的侵入性，直接测量骨骼肌CNTF较为困难，仅有少数研究测量了运动训练后的肌肉CNTF。一项近期研究表明血清CNTF在BMI较高者和女性中更高，而肌肉CNTF表达无性别差异；经6个月有氧、抗阻或联合运动后，血浆CNTF显著降低，但骨骼肌中男性CNTF表达较女性降低。本研究因样本量限制无法检查性别差异。局限性包括未测量循环CNTF或蛋白水平，样本为超重/肥胖成人，小样本量及多重检验存在I类错误风险。优势包括直接测量骨骼肌CNTF、体内胰岛素刺激下的检测以及广泛的参与者表型分析。结论：骨骼肌CNTF mRNA表达与葡萄糖耐量相关，但与身体成分或有氧适能无关。CNTF基因表达与葡萄糖耐量的关系可能帮助老年人肌肉更有效地响应胰岛素，从而影响餐后血糖峰值。此外，胰岛素敏感性改善与高胰岛素血症期间肌肉CNTF增加相关联，提示CNTF在预防或延缓糖尿病发作中可能发挥作用，并可能支持老年人肌肉维持和功能，但需进一步研究。尽管肌肉CNTF mRNA表达在减重后降低，仍需确定其对老年人葡萄糖代谢和肥胖的影响。该论文发表在《Metabolites》。