《Experimental & Molecular Medicine》：N-terminal thrombospondin-1 enhances muscle function and tissue-specific metabolic adaptation in response to exercise and cold exposure
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运动和冷暴露通过不同机制诱导部分重叠的代谢适应。研究人员试图鉴定这些刺激所共享的循环因子。研究人员发现，运动和冷暴露上调骨骼肌和棕色脂肪组织（BAT）中血小板反应蛋白-1（TSP1）表达，并诱导其N末端片段（N-TSP1）释放。在高脂饮食诱导的肥胖小鼠中，N-
运动和冷暴露通过不同机制诱导部分重叠的代谢适应。研究人员试图鉴定这些刺激所共享的循环因子。研究人员发现，运动和冷暴露上调骨骼肌和棕色脂肪组织（BAT）中血小板反应蛋白-1（TSP1）表达，并诱导其N末端片段（N-TSP1）释放。在高脂饮食诱导的肥胖小鼠中，N-TSP1给药增强肌力、增加能量消耗，并减轻胰岛素抵抗和肝脏脂肪变性。N-TSP1还提高骨骼肌线粒体呼吸和氧化代谢，并刺激棕色脂肪细胞产热标志基因表达。在老年小鼠中，N-TSP1给药显著改善体能表现，并伴随组织特异性代谢重塑。在人类中，血浆N-TSP1水平与肌肉量和体能表现呈正相关。综上，这些发现支持N-TSP1作为一种运动和冷响应循环因子，调节骨骼肌功能和组织特异性代谢适应，对肥胖及年龄相关功能下降具有潜在意义。
研究背景方面，运动是非药物健康衰老干预手段，可增强骨量、降低心血管病、抑郁、部分癌症与痴呆风险并改善健康寿命；冷暴露可改善循环、代谢与免疫，并通过激活棕色脂肪组织（BAT）中线粒体解偶联提升葡萄糖与脂质摄取，提高能量消耗和胰岛素敏感性。运动则通过缩小脂肪细胞、增强线粒体活性、诱导白色脂肪组织（WAT）褐变改善全身代谢。运动和冷暴露均可诱导收缩相关循环因子释放，如12,13-diHOME、irisin等。已有文献显示TSP1具止血、伤口愈合、血管生成作用，但其蛋白水解片段功能不同；TSP1全长与N末端片段（N-TSP1）功能可能相反。当前问题是：运动和冷暴露是否共享新的分泌因子，该因子能否调节肌肉与代谢适应仍不清楚。因此研究人员整合人骨骼肌转录组、人冷适应转录组与运动小鼠血浆蛋白质组，锁定TSP1，并进一步验证N-TSP1功能。
该论文发表在《Experimental & Molecular Medicine》。
主要关键技术方法方面，研究人员使用三类组学样本：人股外侧肌急性运动及12周骑行训练转录组、人10天14—15°C冷适应股外侧肌转录组、运动5周小鼠血浆蛋白质组；人队列包括10名年轻活跃男性（抗阻与耐力运动前后采血）和14名老年女性血浆样本；动物为C57BL/6J年轻与20—23月龄老年小鼠，喂普通饲料或高脂饮食（HFD）；体外用C2C12肌管、原代SVF分化脂肪细胞、棕色脂肪细胞；体内采用跑台运动、4°C冷暴露、腹腔注射N-TSP1、抓力与耗尽时间等行为学检测、糖耐量（GTT）与胰岛素耐量（ITT）、耗氧与呼吸交换比代谢笼分析、Western blot与定量PCR、免疫染色与组织学染色。
研究结果如下。Exercise and cold exposure upregulate thrombospondin-1：研究人员整合三套数据集，筛选分泌蛋白编码基因，发现TSP1和tenascin-C（TNC）在运动与冷暴露中一致上调；TSP1在人股外侧肌冷暴露后显著升高，在运动训练小鼠血浆中升高，故作为核心候选。Exercise and cold exposure induce TSP1 release and proteolytic processing：体外用钙离子载体ionomycin、电脉冲刺激（EPS）、异丙肾上腺素（ISO）证明肌管与棕色脂肪细胞上调TSP1；体内跑台运动使小鼠血浆全长TSP1（F-TSP1）与N-TSP1在30分钟升高，人急性耐力运动后血浆N-TSP1显著升高，抗阻运动轻度升高；4°C冷暴露6小时提高小鼠血浆F-TSP1、C-TSP1与N-TSP1，说明运动和冷暴露促进TSP1分泌与蛋白水解生成N-TSP1。Exercise and cold exposure upregulate TSP1 expression in skeletal muscle and brown adipose tissue：运动30分钟与冷暴露均选择性上调胫骨前肌、腓肠肌、比目鱼肌、趾长伸肌和BAT中Tsp1 mRNA与蛋白，不改变Tsp2—Tsp5，证明TSP1是运动与冷暴露的特异性响应分子。N-terminal TSP1 fragment exhibits bioactivity on brown adipocytes and myotubes in vitro：研究人员构建N-TSP1（aa 19—259）、M-TSP1、C-TSP1片段，发现N-TSP1上调SVF脂肪细胞Ucp1、Prdm16、Cpt1b等产热与脂肪酸氧化基因，剂量依赖升UCP1，快速活化p38；在C2C12肌管中唯一提高基础与最大耗氧（OCR），活化AKT-p70S6K蛋白合成信号，并促进人原代肌管融合、横截面积与肌核数增加。N-TSP1 ameliorates metabolic dysfunction in a high-fat-diet mouse model：HFD小鼠每日腹腔注射N-TSP1 8周，体重与WAT重量不变，BAT减轻；空腹血糖降低，GTT与ITT改善，能量消耗升高，呼吸交换比下降；抓力增强，股四头肌氧化磷酸化（OXPHOS）复合体ATP5A、UQCRC2、MTCO1升高；血浆胆固醇与HDL降低；肝脏H&E与Oil Red O显示脂滴减少，Fasn、Gpam、Srebf1表达下降，说明N-TSP1缓解肥胖相关糖脂代谢异常与肝脂肪变性。N-TSP1 improves muscle function and promotes metabolic remodelling in aged mice：23月龄小鼠注射15天，胫骨前肌质量增加，抓力与跑台耗尽距离/时间改善；老年女性血浆N-TSP1与握力、膝伸肌力和附肢骨骼肌量/身高平方正相关；比目鱼肌MyHC I纤维横截面增大，股四头肌Ppargc1α、Tfam、Glut4等线粒体与氧化基因上调，OXPHOS升高；ingWAT中UCP1、PPARγ上调，BAT中p38/CREB磷酸化与UCP1升高、PPARγ Ser273磷酸化下降，显示衰老中N-TSP1促成肌肉与脂肪组织特异性代谢重塑。
讨论部分总结：TSP1是情境依赖的基质细胞蛋白，全长具抗血管生成、纤维化、炎症与衰老相关作用，而N-TSP1功能不同于抗血管生成TSP1模拟肽。运动与冷暴露下TSP1被蛋白酶切，运动可上调中性粒细胞弹性蛋白酶（ELANE）表达，但确切酶与切点未定。TSP1敲除鼠毛细血管增多且抗HFD胰岛素抵抗，但片段功能不能被敲除模型涵盖；N-TSP1促内皮迁移与产热标志，但不通过FAK/Src整合素信号。全长TSP1经C端结合CD47抑制一氧化氮与灌注，N-TSP1缺C端CD47结合域，可能经未知受体起效。血小板也储存TSP1，运动与冷暴露时血小板活化对循环TSP1有贡献，但肌肉与BAT是主要来源。N-TSP1在肌肉与脂肪分别增强ATP生成相关呼吸和UCP1产热，汇聚于线粒体代谢适应。
研究结论部分翻译：TSP1是组织与情境特异性基质细胞蛋白，与受体、生长因子和细胞外基质蛋白互作。TSP1在血管生成、炎症、肿瘤生长、纤维化和衰老中具多面作用。此前TSP1来源模拟肽作为抗血管生成剂进入临床，但其抗血管生成轴通过type 1 repeat与CD36互作，和本研究N-TSP1的肌肉骨骼及代谢适应轴不同。研究人员发现，受运动与冷暴露刺激的肌肉和BAT分泌TSP1，截断的N-TSP1在骨骼肌与脂肪组织发挥作用；但切割TSP1的蛋白酶未鉴定，运动特异性上调Elane，ELANE可在体外切出N-TSP1，然运动与冷暴露中具体蛋白酶与氨基酸位点仍需研究。TSP1缺失鼠显示其内源性抑制血管生成并防止心机与骨骼肌过度血管形成，且抵抗HFD胰岛素抵抗与肌纤维化；但片段功能相反，N-TSP1促管形成、增内皮侵袭、在脂肪细胞促产热标志、在肌管增线粒体呼吸。TSP1为二硫键连接三聚体，切割改变构象与结合可及性。N-TSP1可与整合素α3β1、α4β1、α6β1、α9β1互作，α6β1关乎肌纤维组织，β1整合素失活致脂肪组织胰岛素抵抗；但N-TSP1不活化C2C12中FAK/Src，其受体未明。相较全长TSP1—CD47抑制血管与一氧化氮，N-TSP1缺C端CD47域，可能经新受体避开血管抑制代价，但高血管风险下是否误触CD47通路需查。血小板α颗粒释TSP1，运动与冷暴露伴血小板活化，肌肉、BAT与血小板对循环TSP1贡献需分清。脂肪产热靠UCP1解偶联产热，肌肉呼吸靠质子梯度合成ATP，二者虽同用电子传递链，但分别服务产热与做功，N-TSP1在此两端均增强代谢适应。
