在nNOS缺陷小鼠中进行的骨骼肌转录组分析表明，硝酸盐可诱导肌肉发育相关通路的激活

《Skeletal Muscle》：Transcriptomic profiling of skeletal muscle in nNOS-deficient mice implies nitrate-induced activation of muscle development pathways

　　

摘要

背景

一氧化氮（NO）是一种强效的血管扩张剂，在调节线粒体呼吸过程中起着至关重要的作用，对骨骼肌的正常功能至关重要。在骨骼肌中，神经元型一氧化氮合成酶（nNOS）产生NO并调控硝酸盐/亚硝酸盐的还原途径。nNOS通过 dystrophin 复合物锚定在骨骼肌的肌膜上。当 nNOS 从细胞膜上脱离时（例如在杜氏肌营养不良症中），它就无法再发挥其对肌肉功能和血液流调节的保护作用。我们测试了高硝酸盐饮食是否能够增加 nNOS 剔除（KO）小鼠骨骼肌中的 NO 含量的假设。我们利用基因表达分析来识别在缺乏 nNOS 的小鼠中，与野生型（WT）小鼠相比，7 天高硝酸盐饮食后可能参与增加 NO 产生的其他潜在途径。

方法

我们给 WT 小鼠和 nNOS KO 小鼠提供常规饲料以及含有标准或高浓度硝酸盐（1 g/L）的水，持续七天。处理结束后，我们收集了股四头肌组织并提取了 RNA，随后进行了大规模 RNA 测序（Illumina）。我们使用 DEseq2 进行差异基因表达分析，然后利用 ShinyGO 丰富分析方法识别出差异表达基因（DEGs）相关的途径。最后，我们通过 qPCR 验证了潜在富集基因途径中的候选基因。

结果

差异基因表达（DEGs）的富集分析发现了 3 个潜在的富集基因途径，这些途径与 NO 的产生以及骨骼肌的发育和功能有关：(I) 肌肉系统过程，(II) 细胞对内源性刺激的反应，以及 (III) 组织发育。qPCR 验证表明，硝酸盐补充改变了骨骼肌发育和功能的关键标志物的基因表达，可能逆转了 nNOS KO 小鼠的缺陷。虽然 nNOS KO 对照组小鼠的 Ryr1 和 Dmd 基因表达下调，但在 nNOS KO 小鼠中添加硝酸盐后，这些基因及其他候选基因（包括 Pax7、Myc、Notch1 和 Vangl2）的表达增加。

结论

我们的研究结果表明，与对照组小鼠相比，饮食中的硝酸盐可以调节 nNOS 缺乏小鼠骨骼肌发育与维持相关的关键途径。硝酸盐补充可能通过上调与肌肉功能相关的基因程序来支持肌肉稳态，并为治疗以 nNOS 功能障碍为特征的疾病提供潜在的分子基础。

背景

一氧化氮（NO）是一种强效的血管扩张剂，在调节线粒体呼吸过程中起着至关重要的作用，对骨骼肌的正常功能至关重要。在骨骼肌中，神经元型一氧化氮合成酶（nNOS）产生 NO 并调控硝酸盐/亚硝酸盐的还原途径。nNOS 通过 dystrophin 复合物锚定在骨骼肌的肌膜上。当 nNOS 从细胞膜上脱离时（例如在杜氏肌营养不良症中），它就无法再发挥其对肌肉功能和血液流调节的保护作用。我们测试了高硝酸盐饮食是否能够增加 nNOS 剔除（KO）小鼠骨骼肌中的 NO 含量的假设。我们利用基因表达分析来识别在缺乏 nNOS 的小鼠中，7 天高硝酸盐饮食后可能参与增加 NO 产生的其他潜在途径。

方法

我们给 WT 小鼠和 nNOS KO 小鼠提供常规饲料以及含有标准或高浓度硝酸盐（1 g/L）的水，持续七天。处理结束后，我们收集了股四头肌组织并提取了 RNA，随后进行了大规模 RNA 测序（Illumina）。我们使用 DEseq2 进行差异基因表达分析，然后利用 ShinyGO 丰富分析方法识别出差异表达基因（DEGs）相关的途径。最后，我们通过 qPCR 验证了潜在富集基因途径中的候选基因。

结果

差异基因表达（DEGs）的富集分析发现了 3 个潜在的富集基因途径，这些途径与 NO 的产生以及骨骼肌的发育和功能有关：(I) 肌肉系统过程，(II) 细胞对内源性刺激的反应，以及 (III) 组织发育。qPCR 验证表明，硝酸盐补充改变了骨骼肌发育和功能的关键标志物的基因表达，可能逆转了 nNOS KO 小鼠的缺陷。虽然 nNOS KO 对照组小鼠的 Ryr1 和 Dmd 基因表达下调，但在 nNOS KO 小鼠中添加硝酸盐后，这些基因及其他候选基因（包括 Pax7、Myc、Notch1 和 Vangl2）的表达增加。

结论

我们的研究结果表明，与对照组小鼠相比，饮食中的硝酸盐可以调节 nNOS 缺乏小鼠骨骼肌发育与维持相关的关键途径。硝酸盐补充可能通过上调与肌肉功能相关的基因程序来支持肌肉稳态，并为治疗以 nNOS 功能障碍为特征的疾病提供潜在的分子基础。