于春霞 傅力

天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)與病理生理學(xué)系（天津 300070）

運動介導(dǎo)CRTC2調(diào)節(jié)骨骼肌代謝研究進展

于春霞 傅力

天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)與病理生理學(xué)系（天津 300070）

運動；骨骼??；CRTC2

研究發(fā)現(xiàn)，單次高強度運動下中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過釋放兒茶酚胺激活蛋白激酶A（Protein kinase A，PKA）誘導(dǎo)機體產(chǎn)生能量分解代謝反應(yīng)[1-3]。然而，長期運動訓(xùn)練后骨骼肌細胞能量儲存反而逆行增加。與之相似的是，給予小鼠骨骼肌長期注射擬交感神經(jīng)藥（β-受體激動劑，模擬機體長期運動效應(yīng)）也發(fā)現(xiàn)小鼠骨骼肌合成代謝增加。因此，推測長期高強度運動過程中血液腎上腺素水平的升高（β-受體激動劑）可能通過活化環(huán)磷酸腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄共激活因子2（cAMP responsive element-binding protein regulated transcription coactivator2，CRTC2）或 CRTC3 誘 導(dǎo)cAMP效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP responsive elementbinding protein，CREB）所介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄，實現(xiàn)肌肉重塑過程。此外，在轉(zhuǎn)基因小鼠的橫紋肌或原代肌管細胞中條件性過表達CREB輔激活物可引起小鼠肌纖維橫截面積明顯增大且肌細胞內(nèi)糖原及甘油三酯的含量顯著增加。這提示 CRTC/CREB轉(zhuǎn)錄復(fù)合物可能是中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控骨骼肌對運動應(yīng)激產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)的重要靶點。因此，本文對高強度運動下CRTC2在骨骼肌表型改變過程中的潛在作用進行綜述，為揭示CRTC2作為改善肌肉萎縮，提高運動能力的潛在靶點提供理論參考。

1 高強度運動與CREB輔激活因子的信號調(diào)控

研究發(fā)現(xiàn)，CREB能夠在多種信號刺激下發(fā)生磷酸化反應(yīng)，但僅在部分情況下其靶點基因的轉(zhuǎn)錄才會有所增加[1]。研究證實，CREB的功能效應(yīng)部分程度上與CRTC（又名TORC，transducer of regulated CREB）相一致。因此CREB的磷酸化和CRTC的去磷酸化反應(yīng)能夠說明在不同的條件刺激下激活物與輔激活物之間的同源性差異[1]。哺乳動物體內(nèi)共有3種CREB轉(zhuǎn)錄調(diào)控共激活因子，包括CRTC1、CRTC2和CRTC3[1]。其中CRTC1主要表達于腦組織，而CRTC2和CRTC3主要表達于骨骼肌和肝臟中[2]。研究發(fā)現(xiàn)，CRTC2和CRTC3的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)依賴于CREB[3]。原代肌細胞中用異丙腎上腺素干預(yù)或轉(zhuǎn)染可表達CRTC2或CRTC3的腺病毒后可有效增加CRTC/CREB效應(yīng)基因孤核受體Nr4a1（Nuclear receptor subfamily 4，group A，member 1），孤核受體Nr4a3及鹽誘導(dǎo)激酶（Salt inducible kinase 1，Sik1）的表達[3-5]。

Kanzleiter等[5]的研究發(fā)現(xiàn)，小鼠高強度運動至力竭后，股四頭肌和血漿中除了腎上腺素和去甲腎上腺素含量較對照組顯著增加外，其細胞內(nèi)cAMP的含量也明顯增加。同時，高強度運動不僅提高了骨骼肌內(nèi)CREB和轉(zhuǎn)錄激活因子1（Activating transcription factor 1，Atf1）的磷酸化水平，也促使CRTC2和CRTC3發(fā)生脫磷酸化反應(yīng)。為進一步驗證CRTC/CREB轉(zhuǎn)錄復(fù)合物受中樞神經(jīng)系統(tǒng)-腎上腺信號旁路的調(diào)節(jié)，Bruno等[6]將β受體抑制劑（心得安）注射到運動后過氧化物酶體增殖物受體γ共激活因子-1α（Peroxisome proliferator activated receptor γ coactivator-lα，PGC-1α）和Sik1高表達的小鼠脛骨前肌中，發(fā)現(xiàn)二者表達水平顯著下降。隨后將CRTC3電穿孔導(dǎo)入小鼠脛骨前肌后又逆轉(zhuǎn)了心得安對基因表達的抑制效應(yīng)。因此，Pearen等[3]認為，β激動劑能夠激活CRTC/CREB轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，過表達CRTC2或CRTC2可規(guī)避β腎上腺受體的激活，模擬腎上腺素直接對CRTC/CREB轉(zhuǎn)錄復(fù)合物實現(xiàn)誘導(dǎo)激活。

2 CRTC2與骨骼肌表型

基因組學(xué)動態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，小鼠在運動30分鐘后，其股四頭肌CRTC/CREB效應(yīng)基因Nr4a1，Nr4a3，Pgc-1α和Sik1 mRNA的表達顯著增加，運動后1到2小時內(nèi)效應(yīng)基因的表達水平達到峰值，而運動后4～8小時內(nèi)又恢復(fù)至靜息水平[5]。為進一步探究CRTC2對骨骼肌表型的影響，Bruno等[6]將多西環(huán)素（Doxycycline，Dox）注射到轉(zhuǎn)基因小鼠肌肉組織，構(gòu)建了雙轉(zhuǎn)基因小鼠（Double transgenic mice，DTg）模型，可誘導(dǎo)骨骼肌表達持續(xù)活化狀態(tài)的CRTC2，即CRTC2tm。在四環(huán)素效應(yīng)元件（Tetracycline-Responsive Elements，TRE）的參與下，TRE-Crtc2tm因帶有一個含3個突變位點（S171A，S275A，K625A） 的ORF結(jié)構(gòu)，顯著增加了CRTC2的活性及穩(wěn)定性[7，8]。多西環(huán)素注射到轉(zhuǎn)基因小鼠橫紋肌中可誘導(dǎo)CRTC2表達水平增至原來的2～5倍，且在3～7天后，CRTC2的累積量仍很明顯。相比于野生型小鼠，DTg小鼠腓腸肌和比目魚肌的組織量顯著增大且腓腸肌纖維橫截面積明顯增加[6]。此外，Bruno等[6]又將CRTC3電轉(zhuǎn)導(dǎo)入DTg小鼠的脛骨前肌中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠脛骨前肌的重量也有所增加。進一步在小鼠骨骼肌中過表達顯性負突變CREB（A dominantnegative Creb molecule，A-Creb）后，發(fā)現(xiàn)小鼠出現(xiàn)嚴重的肌營養(yǎng)不良癥[6]。為進一步探究CRTC/CREB復(fù)合物對骨骼肌表型的影響，研究者將可表達CRTC2或CRTC3的腺病毒轉(zhuǎn)染到原代肌管細胞中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，過表達CRTC2或CRTC3的肌管細胞體積明顯增大，細胞肌球蛋白重鏈（Myosin Heavy Chain，MHC）蛋白含量顯著增加且肌管細胞中總蛋白與DNA的比值明顯升高[6]。實驗證明，轉(zhuǎn)基因小鼠無論過表達CRTC2還是CRTC3均會出現(xiàn)類似長期注射β激動劑而產(chǎn)生的骨骼肌增生效應(yīng)[9，10]。此外，Rahnert等[11]在小鼠萎縮的骨骼肌細胞中發(fā)現(xiàn)PGC-1α的mRNA及蛋白表達水平均顯著降低，而CRTC2又是PGC-1α的一種正向調(diào)控因子。因而，研究者推測，CRTC2的減少可能也是造成肌肉萎縮的重要原因之一。雖然當(dāng)前運動對CRTC2活性調(diào)節(jié)的研究尚無報道，但有理由推測，未來對CRTC2的干預(yù)可能會成為肌萎縮防治的潛在作用靶點。

3 CRTC2與骨骼肌能量代謝

長期運動訓(xùn)練可增加肌肉糖原及甘油三酯的儲存量，因而骨骼肌內(nèi)二者含量可作為評定機體運動能力的重要指標(biāo)[12，13]。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠骨骼肌和肌管細胞中過表達CRTC2可有效促進合成代謝反應(yīng)。甘油二酯酰基轉(zhuǎn)移酶（Diacylglycerol O-acyltransferase 1，Dgat1）是催化甘油三酯合成的關(guān)鍵酶[14，15]。轉(zhuǎn)基因小鼠骨骼肌內(nèi)注射多西環(huán)素后，DTg小鼠腓腸肌內(nèi)Dgat1的表達量顯著增加，且腓腸肌中甘油三酯水平較對照組也明顯升高。同樣，離體實驗中，肌纖維中過表達CRTC2能有效促進Dgat1的mRNA及蛋白的表達水平[6]。運動訓(xùn)練主要以肌肉內(nèi)的葡萄糖為主要能源物質(zhì)，PKA的活化能有效促進骨骼肌內(nèi)糖原合成。在Bruno等的實驗中，DTg小鼠骨骼肌內(nèi)糖原含量明顯增加，但這種效應(yīng)在雙氯醇胺（β受體激動劑）干預(yù)30分鐘后又會恢復(fù)至正常水平[6]。這也進一步證明了CRTC2能產(chǎn)生類似機體運動后骨骼肌的代謝效應(yīng)，因此，未來對CRTC2的功能研究可能在改善機體能量代謝方面具有重要意義。

4 CRTC2與機體運動能力

前期實驗證明，骨骼肌細胞過表達CRTC2能夠產(chǎn)生多種類似運動后肌肉內(nèi)的能量代謝效應(yīng)[6]。因此，研究者推測，DTg小鼠可能對運動應(yīng)激有更強的適應(yīng)能力。Bruno等將DTg小鼠與對照組小鼠進行2周的逐級增速跑步訓(xùn)練后對其運動能力進行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DTg小鼠運動速度顯著高于對照組，且運動20分鐘后DTg小鼠血乳酸含量也顯著低于對照組[6]。這一發(fā)現(xiàn)提示在相同的訓(xùn)練條件下，DTg小鼠的運動能力顯著高于對照組小鼠，同時DTg小鼠對運動應(yīng)激的耐受能力也顯著提高。

5 結(jié)論與展望

β受體激動劑或運動干預(yù)能夠誘導(dǎo)機體骨骼肌肥大，將來可能用于各種原因所致肌肉萎縮的預(yù)防。實驗證明，β受體激動劑或運動刺激對骨骼肌表型的影響很可能是通過激活CRTC/CREB信號通路實現(xiàn)的。CRTC2過表達可顯著增加骨骼肌纖維橫截面積、提高肌細胞內(nèi)甘油三酯和肌糖原的儲存，同時過表達CRTC2的轉(zhuǎn)基因小鼠最大運動能力也顯著提高，但CRTC2對骨骼肌產(chǎn)生的效應(yīng)在雙氯醇胺的作用下會發(fā)生逆轉(zhuǎn)。盡管有研究證實，CRTC2或CRTC3過表達可模擬腎上腺素作用對CRTC/CREB轉(zhuǎn)錄復(fù)合物產(chǎn)生激活效應(yīng)，但由于針對運動調(diào)控CRTC2基因表達研究的欠缺，其具體機制目前尚未明確。

因此，深入開展對CRTC2的作用機制研究、進一步探討運動與CRTC2間的潛在關(guān)系將有望為未來防治肌萎縮、調(diào)節(jié)骨骼肌能量代謝、提高機體運動能力提供新思路。

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2017.02.12

國家自然科學(xué)基金面上項目（31571220，31671237）資助

第1作者：于春霞，Email：1217451960@qq.com；

傅力，Email：lifu@tmu.edu.cn