《Experimental Physiology》：Elevation of body temperature during exercise enhances protection against dexamethasone?induced skeletal muscle atrophy
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长时间暴露于糖皮质激素通过抑制蛋白质合成和激活分解代谢信号通路诱导骨骼肌萎缩。尽管运动可减轻糖皮质激素诱导的肌肉损失，但运动引起的体温升高是否发挥作用尚不清楚。在本研究中，研究人员检测了在不同热环境下运动是否调节糖皮质激素暴露期间的骨骼肌萎缩和细胞内信号传导。
长时间暴露于糖皮质激素通过抑制蛋白质合成和激活分解代谢信号通路诱导骨骼肌萎缩。尽管运动可减轻糖皮质激素诱导的肌肉损失，但运动引起的体温升高是否发挥作用尚不清楚。在本研究中，研究人员检测了在不同热环境下运动是否调节糖皮质激素暴露期间的骨骼肌萎缩和细胞内信号传导。雌性Sprague–Dawley大鼠（n = 48）被分为六组：对照（CON）、地塞米松处理（DEX）、冷环境运动（～5°C；CE）、冷环境运动联合地塞米松（CED）、暖环境运动（25°C；WE）和暖环境运动联合地塞米松（WED）。运动方案相匹配，地塞米松给药5天。地塞米松降低了跖肌质量（降低17%，P < 0.0001）和肌纤维横截面积（降低27%，P < 0.0001）。在地塞米松处理期间，冷环境运动提供部分保护，肌肉质量高于DEX组（P = 0.0476），但肌肉质量和肌纤维横截面积均仍低于CON组（分别为P = 0.0096和P = 0.0215）。相比之下，暖环境运动保留了肌肉质量和肌纤维横截面积（与CON组无差异），且肌肉质量（P = 0.0070）和肌纤维横截面积（P < 0.0001）均高于DEX组。运动诱导的直肠温度升高与Hsp72和Hsp25表达升高、Akt–FoxO3a信号传导的部分保留以及MuRF1表达的降低相关，而冷环境运动表现出最低的热休克蛋白反应和有限的分解代谢信号抑制。这些发现表明，运动诱导的体温升高增强了对糖皮质激素诱导的骨骼肌萎缩的保护作用，并支持热相关细胞应激反应在糖皮质激素暴露期间调节肌肉蛋白质转换中的作用。
**论文解读：运动诱导的体温升高对地塞米松所致骨骼肌萎缩的保护作用及其机制**
**一、研究背景与研究目的**
糖皮质激素（glucocorticoids）是临床上广泛用于治疗类风湿关节炎、脓毒症、慢性心力衰竭和慢性阻塞性肺疾病等多种炎症性疾病的药物。然而，长期大剂量使用糖皮质激素会导致骨骼肌萎缩这一严重不良反应。研究表明，糖皮质激素通过抑制骨骼肌蛋白质合成并激活蛋白质降解通路来促进肌肉萎缩。骨骼肌质量由蛋白质合成与降解之间的动态平衡维持，其中IGF-1–Akt–mTOR通路在调控肌肉蛋白质转换中发挥核心作用，而Akt通过抑制FoxO转录因子来限制泛素-蛋白酶体系统中atrogin相关基因的表达。在地塞米松诱导的肌萎缩模型中，Akt磷酸化水平降低与FoxO3a核转位及泛素-蛋白酶体系统激活相关，从而导致骨骼肌蛋白质分解增强。
运动被公认为预防骨骼肌萎缩的有效干预手段，其保护机制涉及调节肌肉蛋白质合成与降解信号通路、增强抗氧化防御系统和改善线粒体功能等多个方面。然而，运动不可避免地伴随体温升高，这一生理因素是否独立于运动强度而对肌肉蛋白质稳态产生影响，此前尚不清楚。已有的细胞热应激模型研究表明，升高的温度可通过改变核糖体活性和翻译动力学来调节蛋白质合成。此外，全身热应激与抗阻运动联合应用可激活人骨骼肌中的Akt–mTOR信号通路。运动与热应激最一致的细胞反应之一是热休克蛋白（heat shock proteins, Hsps）的诱导，特别是72 kDa亚型Hsp72。Hsp72作为分子伴侣，可维持蛋白质稳定性并增强细胞应激耐受性。研究表明，Hsp72过表达可在糖皮质激素暴露期间维持Akt磷酸化，从而可能限制分解代谢信号传导。此外，小热休克蛋白Hsp25也被认为通过抑制NF-κB介导的MuRF1表达来调节肌肉蛋白质降解。
尽管运动激活多条保护通路，但运动诱导的体温升高在减轻糖皮质激素诱导的骨骼肌萎缩中的相对贡献仍未明确。本研究通过在不同热环境下执行相同的运动方案，诱导不同的体温反应，旨在分离温度相关机制这一因素，评估其对骨骼肌萎缩及细胞内信号通路的调节作用。
**二、关键技术方法**
本研究使用雌性Sprague–Dawley大鼠（n = 48，购自Gazi大学动物设施），随机分为6组：安静对照组（CON）、地塞米松处理组（DEX）、冷环境运动组（～5°C；CE）、冷环境运动联合地塞米松组（CED）、暖环境运动组（25°C；WE）和暖环境运动联合地塞米松组（WED），每组8只。地塞米松（1 mg kg?1）每日皮下注射连续5天诱导肌萎缩。运动组在跑台进行匹配的运动训练（30 m min?1，60 min day?1，共5天）。主要技术方法包括：直肠温度监测以评估运动诱导的体温变化；超高效液相色谱-串联质谱法（UPLC-MS/MS）检测血清皮质酮水平；免疫印迹法（Western blot）检测Hsp25、Hsp72、Akt、磷酸化Akt（Ser473）、FoxO3a、磷酸化FoxO3a（Ser253）和MuRF1蛋白表达；苏木精-伊红（H&E）染色结合图像分析测定跖肌肌纤维横截面积（CSA）。所有动物实验经哈塞特佩大学动物伦理委员会批准（批准号：2019/04-05）。
**三、研究结果**
**3.1 暖环境运动可减轻糖皮质激素诱导的骨骼肌萎缩**
外源性地塞米松给药显著抑制了内源性皮质酮的产生，证实了糖皮质激素处理的有效性。地塞米松组跖肌质量与体重比值较对照组降低约17%（P < 0.0001），肌纤维CSA降低约27%（P < 0.0001）。冷环境运动联合地塞米松组（CED）的肌肉质量仍低于对照组（P = 0.0096，降低约9%），CSA也低于对照组（P = 0.0215，降低约11%），但与DEX组相比有所改善（肌肉质量P = 0.0476）。相比之下，暖环境运动联合地塞米松组（WED）的肌肉质量和CSA均与对照组无显著差异，且显著高于DEX组（肌肉质量P = 0.0070；CSA P < 0.0001）。这表明暖环境运动可完全保留地塞米松处理期间的骨骼肌质量，而冷环境运动仅提供部分保护。
**3.2 体温升高与跖肌中热休克蛋白诱导相关**
暖环境运动组（WE和WED）运动后直肠温度从约37.8°C–37.9°C显著升高至40.1°C–40.2°C（P < 0.0001），而冷环境运动组（CE和CED）运动前后直肠温度无显著变化（约37.9°C至38.3°C–38.4°C）。与体温变化模式一致，WE组（vs. CON，P = 0.0001）和WED组（vs. CON，P < 0.0001）的Hsp72蛋白表达显著升高，而CE和CED组无显著变化。同样，Hsp25表达在WE组升高（vs. CON，P = 0.0001），而CE和CED组无显著差异。这表明体温升高是运动诱导热休克蛋白表达的关键驱动因素。
**3.3 不同热环境运动对Akt–FoxO3a信号通路的影响**
地塞米松处理显著降低了Akt在Ser473位点的磷酸化水平（CON vs. DEX，P < 0.0001），CED组也呈现类似降低（CON vs. CED，P < 0.0001）。WED组的Akt磷酸化水平显著高于DEX组（P = 0.0219）和CED组（P = 0.0234），但仍低于对照组（P < 0.0001）。FoxO3a在Ser253位点的磷酸化在WED组显著高于CON组（P = 0.0065）、DEX组和CED组（P = 0.0002），而DEX与CED之间无显著差异。MuRF1蛋白表达在DEX组较对照组显著升高（P = 0.0099），CED组未见该升高的减弱，而WED组的MuRF1表达升高被显著抑制（DEX vs. WED，P = 0.0039）。这些结果表明，暖环境运动可部分保留Akt–FoxO3a信号传导并减弱地塞米松诱导的MuRF1上调，而冷环境运动未表现出对分解代谢通路的类似调节作用。
**四、讨论与结论**
本研究通过匹配运动强度并在不同环境温度下实施运动方案，成功分离了体温升高这一因素在运动对抗糖皮质激素诱导肌萎缩中的作用。结果表明，暖环境运动通过诱导显著的体温升高，激活了以Hsp72和Hsp25表达升高为标志的热应激反应，部分保留了Akt–FoxO3a信号传导，并抑制了MuRF1的表达，从而更有效地保护了骨骼肌质量。冷环境运动虽然也提供了一定程度的保护，但其保护效果有限，肌肉质量未能完全恢复至对照水平，且未观察到显著的热休克蛋白诱导和分解代谢信号抑制。
值得注意的是，DEX组中磷酸化FoxO3a水平并未降低，但MuRF1表达显著升高，提示可能存在不依赖于FoxO3a的MuRF1调节通路。已有研究表明，NF-κB结合位点在废用性萎缩中MuRF1启动子激活中发挥作用，且糖皮质激素诱导的MuRF1上调与骨骼肌中NF-κB诱导激酶（NIK）表达增加相关。在WED组中，FoxO3a磷酸化升高且MuRF1保持在对照水平，同时伴随Hsp25的显著诱导。既往研究已证明Hsp25/27可抑制NF-κB介导的MuRF1转录而不影响FoxO活性，提示热应激诱导的Hsp25可能通过非FoxO依赖途径调节分解代谢信号。
本研究还存在一些局限性：未采用选择性抑制Hsp72诱导的实验手段，因此无法确立Hsp72上调与肌肉保留之间的直接因果关系；信号分析仅在干预后单一时间点进行，可能遗漏了早期的瞬时信号事件；未评估乳酸积累和肌糖原利用等代谢指标。未来研究需结合遗传或药理学策略直接验证Hsp72的贡献，并进行时间序列分析和代谢指标整合。
总之，本研究表明运动诱导的体温升高是增强运动抗萎缩效果的重要生理调节因素。在糖皮质激素暴露期间，暖环境运动通过诱导热休克蛋白表达、部分维持Akt–FoxO3a信号传导并抑制MuRF1上调，从而更有效地保护骨骼肌质量。该发现为优化运动干预策略以对抗糖皮质激素诱导的骨骼肌萎缩提供了新的理论依据。
