《Frontiers in Nutrition》：Celery seed extract attenuates sarcopenic obesity and age-related sarcopenia by reducing intramuscular lipid accumulation in mice
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背景与目的：肌少症以骨骼肌质量和功能的进行性丧失为特征，日益被认为是受衰老和肥胖相关代谢紊乱影响的一种疾病。肌内脂质蓄积已成为连接代谢功能障碍与骨骼肌退化的关键病理特征。芹菜籽提取物（CSE）具有抗肥胖、抗炎和抗氧化特性；然而，其在骨骼肌代谢中的潜在作用尚未得
背景与目的：肌少症以骨骼肌质量和功能的进行性丧失为特征，日益被认为是受衰老和肥胖相关代谢紊乱影响的一种疾病。肌内脂质蓄积已成为连接代谢功能障碍与骨骼肌退化的关键病理特征。芹菜籽提取物（CSE）具有抗肥胖、抗炎和抗氧化特性；然而，其在骨骼肌代谢中的潜在作用尚未得到充分研究。本研究旨在确定CSE是否通过调节肌内脂质蓄积及相关代谢通路来减轻与肥胖和衰老相关的骨骼肌退化。方法：采用饮食诱导的肥胖小鼠和自然衰老小鼠评价CSE补充的效果。通过生化、分子和组织学分析评估骨骼肌质量、握力、肌肉形态、肌内脂质含量、线粒体代谢信号、炎症反应和肌肉蛋白质转换通路。结果：CSE补充显著改善了肥胖和衰老小鼠的骨骼肌质量、握力和肌纤维横截面积。这些改善伴随肌内甘油三酯和胆固醇蓄积的减少。机制上，CSE通过激活AMPK–PGC-1α通路和增加线粒体氧化磷酸化蛋白来改善线粒体代谢信号。此外，CSE抑制了炎症信号通路（包括MAPK激活和NLRP3炎症小体信号），并通过增强生肌调节因子同时降低MuRF1、Atrogin-1和肌生成抑制蛋白等蛋白水解因子的表达来改善肌肉蛋白质稳态。相关性分析进一步表明，肌内脂质蓄积与线粒体功能障碍、炎症激活和肌肉萎缩密切相关。结论：这些发现表明，CSE通过减少肌内脂质蓄积并改善线粒体代谢、炎症反应和肌肉蛋白质转换，减轻了肥胖和衰老相关肌少症中的骨骼肌退化。因此，靶向肌内脂质蓄积可能代表一种预防代谢和衰老相关应激所致肌少症的有前景的营养策略。
一、研究背景与科学问题
肌少症是一种进行性、全身性的骨骼肌疾病，以肌肉质量和功能丧失为特征，包括肌力和身体活动能力下降。欧洲老年人肌少症工作组（EWGSOP）将其定义为低肌肉质量伴随肌力受损或身体活动能力下降，反映骨骼肌的结构性和功能性退化。随着社会老龄化加剧，肌少症已成为重大临床问题，因其与残疾、活动能力受损、跌倒风险增加、丧失独立性和死亡等不良结局密切相关。流行病学研究表明，肌少症患病率随年龄增长显著升高，影响60岁以上人群的相当比例，给公共卫生系统带来沉重负担。因此，阐明肌少症的发病机制并确定有效预防或减轻骨骼肌丢失的策略，已成为临床营养和代谢研究的重要优先事项。
传统上肌少症被视为年龄相关疾病，但越来越多的证据表明肥胖同样促进骨骼肌退化。过度肥胖与肌肉质量和功能降低并存的状态被称为肌少性肥胖，其代谢异常、功能障碍、残疾和死亡风险高于单独任何一种情况。肥胖诱导的脂肪组织功能障碍以脂肪细胞肥大、免疫细胞浸润和脂肪因子分泌失调为特征，促进慢性低度炎症，对骨骼肌代谢产生不利影响。此外，脂肪组织释放的过量脂肪酸可在骨骼肌内异位蓄积为肌细胞内脂质，导致脂毒性、线粒体功能障碍、胰岛素抵抗和炎症信号传导，从而促进肌肉萎缩和肌肉性能受损。
衰老和肥胖均促进骨骼肌内异位脂质沉积，即肌内脂质蓄积。这一过程包括肌纤维内脂质蓄积以及肌束间和肌束内的脂肪浸润，导致肌肉组成和代谢功能改变。骨骼肌脂肪浸润增加与老年人肌肉质量下降、活动能力受损和功能衰退风险增加相关。机制上，过量脂质蓄积诱导脂毒性应激、线粒体功能障碍和慢性低度炎症，从而破坏代谢稳态并损害氧化代谢。脂肪酸转运失调和线粒体脂肪酸氧化受损进一步促进骨骼肌炎症信号传导和代谢功能障碍。这些发现表明，肌内脂质蓄积是代谢功能障碍与骨骼肌退化之间的关键病理联系。
肌内脂质蓄积可破坏调节骨骼肌稳态的关键代谢通路。特别是AMP活化蛋白激酶（AMPK）-过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1-α（PGC-1α）信号轴（线粒体生物发生和氧化代谢的中枢调节因子）的损伤与骨骼肌功能障碍和萎缩有关。该通路活性降低与衰老和肥胖中的线粒体功能障碍及氧化代谢受损相关。人类研究证实，衰老过程中骨骼肌线粒体DNA丰度、氧化酶活性和ATP生成下降。脂质蓄积还可通过激活NOD样受体家族含pyrin结构域蛋白3（NLRP3）炎症小体等先天免疫信号通路促进慢性低度炎症。白细胞介素（IL）-6等炎症细胞因子升高与老年人功能衰退风险增加相关，并可直接诱导骨骼肌萎缩。慢性炎症信号进一步促进泛素-蛋白酶体系统等分解代谢通路的激活，增加atrogin-1和肌肉环指蛋白-1（MuRF1）等萎缩相关基因的表达，最终导致蛋白水解增强和肌肉萎缩。
芹菜（Apium graveolens L.）是伞形科植物，长期用于传统医学，因其多种生物活性而受到关注。芹菜含有黄酮类、酚酸和挥发油成分等多种植物化学物质，具有抗氧化和治疗特性。据报道，芹菜籽提取物（CSE）具有抑制脂肪细胞脂肪生成和脂质蓄积、通过抑制炎症介质发挥抗炎活性等有益代谢作用。尽管具有这些良好特性，CSE对骨骼肌代谢和肌肉退化的影响在很大程度上仍未得到探索。特别是CSE是否能调节肌内脂质蓄积以及导致肌肉萎缩的相关代谢和炎症通路尚不清楚。
因此，本研究旨在探讨CSE是否能减轻肥胖和衰老相关的骨骼肌退化。研究人员使用饮食诱导的肥胖小鼠和自然衰老小鼠，检验CSE补充是否能减少肌内脂质蓄积并改善骨骼肌代谢稳态，重点评估CSE是否调节参与肌肉代谢和萎缩的关键分子通路，包括AMPK–PGC-1α信号轴、线粒体氧化代谢、炎症反应和蛋白水解通路。通过识别肥胖和年龄相关肌肉功能障碍的共同代谢机制，本研究试图确定CSE是否可代表一种改善由共同代谢紊乱驱动的肌少症的潜在营养策略。
二、主要技术方法
本研究采用两种互补的动物模型：饮食诱导的肥胖模型（雄性C57BL/6J小鼠喂食高脂饮食HFD，40% kcal来自脂肪，共12周）和自然衰老模型（55-56周龄中年小鼠与7周龄年轻对照YC比较，共12周）。CSE由HuonsN公司（韩国城南）提供，以50、100、200 mg/kg体重剂量每日口服灌胃给药；肥胖模型中用奥利司他（20 mg/kg）作为阳性对照，衰老模型中用羟甲烯龙（OXM，50 mg/kg）作为阳性对照。研究采用多种技术手段：使用数字测力计测量前肢握力，使用数字卡尺测量后肢肌肉厚度；通过H&E染色评估肌肉形态，天狼星红染色评估胶原沉积，免疫组化检测胰岛素样生长因子-1（IGF-1）和肌生成抑制蛋白；采用改良Folch法提取肌内脂质并用酶法比色试剂盒定量甘油三酯（TG）和总胆固醇（TC）；Western blot检测信号通路蛋白表达；实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测基因表达；对肝脏和附睾白色脂肪组织进行转录组测序和基因集富集分析（GSEA）。所有动物实验均经大邱庆北医学创新基金会临床前研究中心动物护理与使用委员会批准。
三、主要研究结果
（一）CSE改善肥胖和衰老诱导的肌少症
在肥胖模型中，HFD喂养显著增加最终体重，同时导致总骨骼肌质量、握力、大腿厚度和肌肉蛋白含量显著降低，肌纤维横截面积减小。CSE处理显著改善了这些参数，CSE200剂量显著恢复股四头肌和腓肠肌质量，达到与奥利司他治疗相当的水平。在衰老模型中，与YC小鼠相比，AC小鼠表现为体重增加伴随肌肉质量、握力、大腿厚度和肌肉蛋白含量显著下降。CSE处理显著改善了这些肌肉参数，部分恢复肌纤维形态，恢复程度与OXM治疗相当。
（二）CSE减少肌内脂质蓄积并改善AMPK–PGC-1α信号和线粒体代谢
HFD喂养和自然衰老均显著增加骨骼肌TG和TC水平，CSE处理显著降低两种模型中的肌内脂质含量。机制层面，CSE增加AMPK磷酸化并上调PGC-1α蛋白表达，同时提高多种线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）复合物蛋白的表达水平，表明线粒体代谢信号得到改善。
（三）CSE抑制骨骼肌炎症信号和NLRP3炎症小体激活
在肥胖模型中，HFD显著增加TLR4、NF-κB、TNF-α、IL-1β、IL-6和MCP-1等炎症标志物的mRNA表达，并增加JNK和p38磷酸化及TNF-α、NLRP3和IL-18蛋白表达。CSE处理显著抑制这些炎症反应。在衰老模型中，AC小鼠表现出更高的循环TNF-α和IL-6水平，肌纤维周围胶原沉积增加（提示纤维化重塑），骨骼肌中JNK和p38磷酸化及炎症蛋白表达升高。CSE处理显著降低血浆炎症细胞因子水平、减少胶原蓄积并抑制骨骼肌炎症信号。
（四）CSE促进生肌信号并抑制蛋白水解通路
在肥胖模型中，HFD降低Myf5、MyoD、Myf6和肌细胞生成素等生肌标志物的表达，同时增加Atrogin-1和MuRF1的mRNA和蛋白表达。CSE处理增强了生肌因子的表达并降低了肌生成抑制蛋白、MuRF1和Atrogin-1的水平。在衰老模型中，CSE恢复了肌细胞生成素、MyoD和Myf5的表达，增加IGF-1阳性肌纤维面积，减少肌生成抑制蛋白阳性区域，并降低Atrogin-1、MuRF1和肌生成抑制蛋白的表达。
（五）肌内脂质蓄积与线粒体功能障碍、炎症和肌肉萎缩相关
相关性分析显示，肌内TG和TC水平与PGC-1α表达呈负相关，与肌纤维横截面积和握力呈负相关；NLRP3表达与MuRF1、TNF-α水平与Atrogin-1之间呈正相关。这些结果表明肌内脂质蓄积与线粒体调节通路受损、炎症激活增强、肌纤维尺寸减小和肌肉功能下降密切相关。
四、讨论与结论
讨论部分指出，肌内脂质蓄积是连接肥胖和衰老相关骨骼肌功能障碍的共同代谢特征。在两种模型中，肌肉内脂质沉积增加伴随线粒体氧化代谢受损、炎症信号通路激活和肌肉蛋白质转换失调。CSE补充显著降低肌内TG和胆固醇蓄积，增加AMPK–PGC-1α信号和线粒体氧化磷酸化蛋白表达，抑制MAPK依赖性炎症信号和NLRP3炎症小体激活，同时增强生肌调节因子并减少萎缩相关因子的表达。CSE的保护作用可能部分归因于芹菜籽中天然存在的多种生物活性植物化学物质，特别是黄酮类化合物如芹菜素，已有研究显示其可改善肥胖相关的骨骼肌功能障碍和年龄相关的肌肉萎缩。
本研究存在以下局限性：实验采用小鼠模型，可能无法完全概括人类肌少症的复杂性；未进行全面肥胖表型评估；55-56周龄小鼠代表中老年过渡阶段而非晚期肌少症；相关分析未建立直接因果关系；转录组分析限于代谢组织而非骨骼肌；未研究mTOR介导的合成代谢信号等其他疾病特异性通路。
研究结论：CSE减轻了肥胖和衰老相关肌少症条件下的骨骼肌退化。CSE改善了骨骼肌质量、力量和结构完整性，同时减少肌内脂质蓄积。这些保护作用与改善线粒体代谢相关信号（伴随AMPK–PGC-1α信号增加）、抑制脂毒性炎症反应（包括MAPK信号和NLRP3炎症小体激活）以及通过增强生肌调节因子和减少蛋白水解信号重新平衡肌肉蛋白质转换有关。重要的是，该研究将肌内脂质蓄积确定为连接肥胖和衰老与骨骼肌功能障碍的共同代谢机制，为肌内脂质蓄积在肌少症中的作用提供了机制性见解，提示靶向肌内脂质代谢可能代表一种缓解代谢和衰老相关应激所致骨骼肌衰退的有前景的营养策略。该论文发表于《Frontiers in Nutrition》。
