《The Journal of Physiology》：Structural determinants of quadriceps atrophy following ACL injury: Evidence for fibre atrophy without fibre loss or overt peripheral denervation
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股四头肌萎缩是前交叉韧带（ACL）损伤的一个公认的后果，但驱动这一过程的机制仍不明确。具体而言，目前尚不清楚萎缩是否反映了肌纤维横截面积（CSA）或肌纤维数量的减少，以及伴随ACL损伤的神经抑制是否延伸至外周神经肌肉接头。利用非侵入性ACL损伤大鼠模型和全肌肉
股四头肌萎缩是前交叉韧带（ACL）损伤的一个公认的后果，但驱动这一过程的机制仍不明确。具体而言，目前尚不清楚萎缩是否反映了肌纤维横截面积（CSA）或肌纤维数量的减少，以及伴随ACL损伤的神经抑制是否延伸至外周神经肌肉接头。利用非侵入性ACL损伤大鼠模型和全肌肉组织学分析，研究人员量化了股外侧肌在损伤后早期时间点的肌纤维CSA、肌纤维数量、肌纤维类型分布以及NMJ完整性和功能的变化。损伤后7天，两性所有Type II亚型的肌纤维CSA均显著减少，且该缺陷持续至14天。总肌纤维数量保持不变，表明全肌肉萎缩主要由肌纤维CSA的减少而非肌纤维丧失所驱动。损伤后3天，未观察到NMJ神经支配和复合肌肉动作电位振幅有显著差异，表明早期萎缩之前并未发生外周去神经支配。跑步机行走期间肌电图振幅和站立持续时间的减少表明损伤后肌肉激活和肢体负荷下降。还观察到肌纤维类型分布向Type IIb转变。这项工作阐明了ACL损伤后早期股四头肌萎缩的结构基础，表明股四头肌萎缩之前可能未发生外周去神经支配，且主要以肌纤维CSA减少为特征。这些发现支持针对肌纤维生长的康复策略，但患者股四头肌萎缩的持续性表明，当前的方法可能是不充分的，需要进一步优化。
前交叉韧带（ACL）损伤是一种常见且代价高昂的损伤，会导致包括持续性股四头肌萎缩在内的众多并发症，这种肌肉体积的减少通常会持续数月至数年，严重影响了患者的关节健康和生活质量。此前对股四头肌萎缩的理解主要集中在全肌肉层面，例如使用磁共振成像量化全肌肉体积或超声评估肌肉厚度，但这些测量手段无法确定全肌肉萎缩的潜在细胞机制。根据去神经支配或年龄相关肌肉萎缩的研究经验，全肌肉体积的减少可能反映两种主要机制：肌纤维横截面积（CSA）减小或肌纤维数量丢失。区分这两种机制至关重要，因为肌纤维CSA减小通常反映了经典萎缩通路的激活及蛋白质合成受抑，而肌纤维数量丢失则多源于去神经支配和再神经支配受损。尽管活检研究一致报告ACL损伤后肌纤维CSA减少，但受限于采样区域，难以判断萎缩是否在所有肌纤维类型中均匀发生以及性别差异的具体表现。此外，虽然已知ACL损伤伴随复杂的神经事件抑制股四头肌激活，并且检测到了神经肌肉接头（NMJ，运动神经末梢与骨骼肌纤维之间的突触结构）不稳定的标志物，但目前尚不清楚这些神经改变是否延伸至外周NMJ并导致肌纤维丧失。因此，研究人员开展了一项全肌肉组织学分析研究，以明确早期损伤后NMJ完整性和功能是否得以保留，并探究持续的股四头肌萎缩是由肌纤维大小减小、数量减少或两者共同引起。这项研究为针对肌纤维生长的康复策略提供了结构基础支持，指出当前常规康复方法可能仍需进一步优化。该论文发表在《The Journal of Physiology》。
样本队列来源于88只16周龄的Long Evans大鼠，实验方案获密歇根大学机构动物护理与使用委员会批准。研究人员采用非侵入性单次胫骨压缩法构建大鼠ACL损伤模型。通过定量磁共振评估身体成分，并测量湿肌重量（WMW）。使用针对肌球蛋白重链异构体的免疫组织化学染色结合Cellpose高通量肌纤维分割与特征提取技术，对全肌肉横截面进行肌纤维形态、数量和分类分析。通过在股外侧肌（VL）埋置肌电图（EMG）电极评估跑步机行走时的肌肉激活和肢体负荷。采用电生理系统记录复合肌肉动作电位（CMAPs）评估NMJ功能，并通过免疫荧光共聚焦成像评估NMJ形态完整性。
Body composition
通过定量磁共振测量发现，损伤后7天雌鼠体重和瘦体重显著下降，雄鼠体重和脂肪量下降；至损伤后14天，雄鼠体重、瘦体重和脂肪量均显著增加，而雌鼠无显著变化。
WMW
通过称量湿肌肉重量比较发现，在损伤后7天和14天，雌雄大鼠受累肢体的VL均发生显著萎缩，湿肌重量显著低于对侧肢体，证实了ACL损伤后早期全肌肉质量的下降。
VL fibre CSA is significantly reduced following ACL injury
通过线性混合效应模型分析全肌肉切片发现，受累VL的肌纤维CSA显著小于对侧肢体。在损伤后7天，两性均表现出明显的肌纤维CSA下降；在损伤后14天，雌鼠的萎缩程度有所缓解，而雄鼠的萎缩持续存在。
Reductions in CSA after ACL injury are observed across Type IIa, IIx and IIb fibres
通过进一步区分肌纤维类型分析发现，在损伤后7天，两性大鼠的Type IIa、IIx和IIb肌纤维CSA均显著减少。相对百分比损失模型表明，萎缩在各肌纤维类型间呈比例均匀减少，没有单一肌纤维类型表现出不成比例的萎缩现象。
VL fibre number is unchanged after ACL injury
通过对全肌肉横截面进行总肌纤维计数发现，在损伤后7天和14天，受累VL的肌纤维总数与对侧肢体相比均无显著差异。这提供了直接的结构证据，表明早期全肌肉萎缩并非由肌纤维数量的丧失引起。
Affected VLs exhibit a Type IIb-shifted fibre-type composition by 14 days post-injury
通过分析肌纤维类型分布比例发现，在损伤后14天，受累VL中Type IIb型肌纤维的比例显著增加，呈现出向更糖酵解表型转变的趋势，这与肌肉失用和负荷减少时的表现一致。
VL activation and stance duration are altered during treadmill walking after ACL injury
通过步态分析和EMG记录发现，在损伤后6小时，大鼠的站立持续时间和峰值均方根EMG振幅显著降低，表明损伤后早期出现了肌肉激活减少和肢体负荷降低，随后这些指标在数天内逐渐恢复。
NMJ function is preserved early after ACL injury
通过电生理记录CMAP振幅发现，在损伤后3天，受累肢体的CMAP振幅与健康对照组相比无显著差异，表明NMJ的神经肌肉传递功能在早期并未受损。
VL atrophy is not preceded by overt peripheral denervation early after ACL injury
通过免疫荧光染色评估NMJ完整性发现，在损伤后3天，受累VL中完全神经支配的NMJ比例与对侧相比无显著差异，表明早期肌纤维萎缩发生之前，并未出现明显的外周去神经支配。
讨论部分总结指出，本研究利用非侵入性临床前模型结合全肌肉组织学分析，证实了ACL损伤后早期股四头肌萎缩主要由肌纤维CSA的广泛减少而非肌纤维丧失所驱动。由于在萎缩发生前未观察到NMJ结构和功能的明显破坏，外周去神经支配不太可能是引发早期明显萎缩的始动因素。相反，萎缩更可能源于中枢介导的肌肉激活抑制，进而通过抑制蛋白质合成和激活经典萎缩通路导致肌纤维体积缩小。此外，肌纤维类型向Type IIb转变的现象反映了收缩活动减少带来的表型重塑。在临床意义上，明确萎缩是由肌纤维体积缩小而非数量丧失引起，突出了通过恢复收缩活动和机械应力来逆转萎缩的潜力，并支持了旨在促进肌纤维生长的靶向神经肌肉康复策略。
研究结论部分翻译如下：这些发现表明，ACL损伤后的早期股四头肌重塑以广泛的肌纤维CSA减少为特征，且没有外周去神经支配的明显证据。通过在全肌肉水平解析这些适应过程，该工作阐明了ACL损伤后早期股四头肌功能障碍的结构基础。
