運動對肌少癥肌衛(wèi)星細胞通路的影響研究

廖錦雯，房冬梅

1 肌少癥研究現(xiàn)狀

1.1 肌少癥的定義、診斷與危害

隨著人們對衰老的認識不斷加深，1989年Rosenberg首次提出一種與增齡相關(guān)的骨骼肌病癥——肌少癥[1]。肌少癥又稱少肌癥、肌肉減少癥、骨骼肌衰減癥等，是一種與增齡相關(guān)的進行性老年活動障礙綜合征，表現(xiàn)為全身肌肉質(zhì)量減少、肌肉力量下降和肌肉生理功能減退。亞洲肌少癥工作組（Asian sarcopenia Working Group，AWGS）將肌少癥定義為在肌量減少的同時存在肌肉力量下降和/或軀體功能下降[2]。根據(jù)AWGS 2019定義，診斷肌少癥需要測量肌肉質(zhì)量、力量和軀體功能。骨骼肌量推薦使用DXA和BIA結(jié)合身高校正進行診斷，DXA以男性肌量＜7.0kg/m2、女性＜5.4kg/m2為下降截點；BIA男性肌量≤7 kg/m2、女性≤5.7 kg/m2為下降截點。肌肉力量推薦使用握力進行診斷，以男性握力＜28 kg、女性＜18 kg為下降截點。身體功能可使用6m步速、SPPB或5次座椅進行診斷，以步速＜1 m/s、SPPB≤9分或5次起坐時間≥12s為下降截點。骨骼肌是人體最主要的運動器官，當骨骼肌質(zhì)量減少時，肌肉力量和軀體功能會開始衰退，進而對日常生活能力、運動能力以及免疫能力等造成影響，出現(xiàn)站立困難、步履緩慢、容易跌倒骨折等現(xiàn)象，嚴重時甚至危及生命。據(jù)調(diào)查推算，全球現(xiàn)約有5000萬人患有肌少癥，預計30年后患此癥人數(shù)可達5億[3]。因此如何預防和治療肌少癥已成為重大全球性公共衛(wèi)生安全問題。

1.2 肌少癥的發(fā)病機制

肌少癥的發(fā)病是由多因素所致，它不僅與年齡相關(guān)，同時也受遺傳與環(huán)境的共同影響。它的發(fā)生涉及多種機制，包括缺乏運動、內(nèi)分泌激素不足、營養(yǎng)不良、炎癥與氧化應激水平提升等[1，3，4]。其中，年齡是誘發(fā)肌少癥最重要的因素，由增齡引起的運動神經(jīng)元退化、生理調(diào)節(jié)因子紊亂以及炎癥因子增加等，會帶來以Ⅱ型肌纖維為主肌纖維數(shù)量和橫截面積的丟失，從而導致肌肉質(zhì)量和功能的衰退。Rachel等[5]通過測量健康成年男性和老年男性的腿部肌肉生理橫截面積發(fā)現(xiàn)，老年男性的股四頭肌生理橫斷面明顯小于年輕男性，而這主要是Ⅱ型肌纖維尺寸衰退帶來的差異。而肌纖維數(shù)量和橫截面積丟失的主要原因可歸結(jié)于衰老進程中肌衛(wèi)星細胞數(shù)量和機能下降使得肌纖維的修復和再生能力降低。Verdijk等[6]研究人體生長發(fā)育過程中肌纖維大小和肌衛(wèi)星細胞含量的變化，發(fā)現(xiàn)進入中年后，隨著年齡的增長Ⅱ型肌纖維大小與Ⅱ型肌衛(wèi)星細胞含量逐漸衰退。Snijders等[7]通過對比健康年輕男性和老年男性在一次抗阻運動后肌衛(wèi)星細胞的激活狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，在運動后恢復的72小時內(nèi)，年輕人與老年人的肌衛(wèi)星細胞均被激活并開始增殖分化，但老年人肌衛(wèi)星細胞的激活程度較弱，且增殖分化狀態(tài)有所延遲?？梢?，衰老過程中肌衛(wèi)星細胞數(shù)量和機能逐漸衰退，且激活難度增加，使得肌纖維修復和再生能力降低，出現(xiàn)以Ⅱ型肌纖維為主肌纖維數(shù)量和橫截面積的丟失，從而引發(fā)肌少癥。

2 肌衛(wèi)星細胞研究現(xiàn)狀

肌衛(wèi)星細胞是一種位于骨骼肌肌膜和基底膜之間的肌源性干細胞，具有增殖分化和自我更新能力。人出生后骨骼肌細胞的合成、修復和維持都是通過肌衛(wèi)星細胞的增殖分化來實現(xiàn)的[8]。一般情況下，肌衛(wèi)星細胞處于靜息狀態(tài)，當受到運動、機械牽拉、衰老等生理刺激或激光照射、營養(yǎng)不良等病理刺激后被激活，并遷移到損傷部位參與修復[9]。激活后的肌衛(wèi)星細胞開始分裂、增殖、生成成肌前體細胞，之后再與原有的肌纖維融合在一起形成新的肌纖維[8]。

2.1 肌衛(wèi)星細胞激活的機制

研究表明，NO/HGF/c-Met是激活肌衛(wèi)星細胞的重要信號通路[10，11]。當骨骼肌受到刺激時，會提高骨骼肌的一氧化氮合酶（nitric oxide synthetase，NOS）的活性，增強骨骼肌生成一氧化氮（nitric oxide，NO）的能力，以介導肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）和HGF受體（c-Met）。隨后，HGF通過與c-met相結(jié)合激活磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）和絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）等信號通路和下調(diào)肌肉生長抑制素（myostatin，MSTN）的表達，正向誘導肌衛(wèi)星細胞的激活。且無論在體外還是在體內(nèi)HGF均可激活靜息狀態(tài)的肌衛(wèi)星細胞，但HGF的釋放依賴NO的生成。其次，機械生長因子（mechanical growth factor，MGF）——被認為是驅(qū)動肌衛(wèi)星細胞增殖的因素——具有激活肌衛(wèi)星細胞并促進其增殖的作用[12]。當肌纖維受損時，MGF會先于衛(wèi)星細胞的激活發(fā)生并持續(xù)到肌衛(wèi)星細胞表達至最大值，并能促進衛(wèi)星細胞的增殖[13]。第三，骨骼肌受損后，會引起炎癥反應，而一定數(shù)量的炎性細胞可促進肌衛(wèi)星細胞的激活[12]。而隨著衰老的進行，HGF、MGF等的含量和表達能力會逐漸衰退，使得肌衛(wèi)星細胞的激活難度增加。

2.2 肌衛(wèi)星細胞增殖與分化的機制

2.2.1 肌衛(wèi)星細胞增殖與分化的相關(guān)信號通路

調(diào)控肌衛(wèi)星細胞增殖分化的信號通路主要是Notch信號通路和Wnt信號通路，當肌衛(wèi)星細胞被激活后，這兩條信號通路相互作用，共同調(diào)控肌衛(wèi)星細胞增殖、分化間的平衡[14-16]。（1）Notch信號通路，是調(diào)節(jié)衛(wèi)星細胞增殖和自我更新的主要信號通路，參與肌衛(wèi)星細胞的初始增殖。當Notch信號通路被激活后，使得生肌調(diào)節(jié)因子（myogenic differentiation，MyoD）表達上調(diào)，以促進肌衛(wèi)星細胞增殖并抑制分化。當人體逐漸開始衰老后，Notch信號通路的表達水平會隨著年齡的增長而下降。（2）Wnt信號通路，具有抑制肌衛(wèi)星細胞增殖并促進肌衛(wèi)星細胞分化成為融合態(tài)肌細胞，是調(diào)節(jié)肌細胞肥大的重要通路。隨著年齡的增長，Notch信號通路減弱而Wnt信號通路逐漸增強，這兩條通路隨著衰老變化的共同作用使得肌衛(wèi)星細胞的增殖分化機能隨年齡的增長而下降[8]。

2.2.2 肌衛(wèi)星細胞增殖與分化的相關(guān)細胞因子

調(diào)控肌衛(wèi)星細胞增殖、分化的細胞因子主要有成肌調(diào)節(jié)因子（myogenic regulatory factors，MRFs）、成纖維細胞生長因子（Fibroblast Growth Factors，F(xiàn)GFs）、胰島素樣生長因子（insulinlike growth factor-1，IGF-1）、白血病抑制因子（Leukemia Inhibitory Factor，LIF）、TGF-β和MSTN等[10，17]。（1）MRFs，其家族主要有Myo D、Myf5、Myogenin和MRF4。肌衛(wèi)星細胞被激活后MyoD會率先表達，然后與Myf5激活Myogenin，最終促進肌衛(wèi)星細胞分化。（2）IGF-1，是生長激素（growth hormone，GH）的下游因子，其表達可調(diào)節(jié)肌衛(wèi)星細胞增殖、促進衛(wèi)星細胞分化為肌纖維以及通過其合成代謝作用促進骨骼肌肥大，是促進肌衛(wèi)星細胞增殖、分化和促進肌肉肥大的重要生長因子。（3）MGF，是IGF-1的剪接變構(gòu)體，不僅有激活肌衛(wèi)星細胞的作用，還能促進肌衛(wèi)星細胞的增殖，達到修復受損肌纖維的作用。（4）TGF-β，可雙向調(diào)節(jié)肌衛(wèi)星細胞的增殖分化，但主要通過抑制肌細胞生成素的表達和加速MyoD的降解抑制成肌細胞的終末分化。（5）MSTN，是肌衛(wèi)星細胞增殖、分化的負調(diào)控因子，通過下調(diào)Pax7和MyoD基因的表達使肌衛(wèi)星細胞處于靜止狀態(tài)來抑制肌衛(wèi)星細胞的增殖和分化，從而抑制骨骼肌生長發(fā)育。隨著年齡的增長，MRFs、IGF-1和MGF等促進肌衛(wèi)星細胞增殖分化細胞因子的分泌逐漸衰退，而TGF-β、MSTN等抑制肌衛(wèi)星細胞增殖分化細胞因子的分泌卻增強，這些激素隨年齡變化的相互作用使得肌衛(wèi)星細胞的數(shù)量減少、機能下降。

3 運動對肌少癥肌衛(wèi)星細胞通路的影響

衰老進程中，肌衛(wèi)星細胞激活難度增加，數(shù)量和機能逐漸衰退，考慮到其在肌纖維修復中的關(guān)鍵作用，可能會造成機體內(nèi)未修復細胞與組織的積累而導致肌少癥[17]。在預防和治療肌少癥中，運動是不可替代的重要途徑之一。運動對促進肌肉健康的機制是多方面的，而肌衛(wèi)星細胞數(shù)量和機能的改善就是最明顯的機制之一[18]。首先，運動是激活肌衛(wèi)星細胞并促進其增殖分化的有效刺激。有研究表明，運動本身、運動誘導局部超微結(jié)構(gòu)損傷或節(jié)段纖維損傷以及運動誘導釋放炎癥因子和生長因子都可激活肌衛(wèi)星細胞[18]。Snijders等[19]研究運動對老年人肌衛(wèi)星細胞的影響發(fā)現(xiàn)，單一的抗阻運動和耐力運動后的夜間恢復期間肌衛(wèi)星細胞都有被激活，且總量呈上升趨勢。Nederveen等[20]對14名年輕男性進行了16周的抗阻力量，發(fā)現(xiàn)16周訓練后肌衛(wèi)星細胞的含量顯著增加，且激活狀態(tài)增強。其次，激活后的肌衛(wèi)星細胞在增殖分化過程中又被運動所促進。陳彩珍等[21]分別對雄性老年小鼠進行了8周的抗阻訓練和耐力訓練，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不管是抗阻訓練還是耐力訓練都能刺激并促進肌衛(wèi)星細胞的增殖分化，但抗阻訓練的效果更佳?？梢?，運動帶來的肌衛(wèi)星細胞的數(shù)量和活性的提高是刺激骨骼肌持續(xù)肥大的必要條件。

3.1 抗阻運動對肌少癥肌衛(wèi)星細胞通路的影響

抗阻運動是一種已知的可誘導老年群體肌肉肥大的刺激，對提高肌肉質(zhì)量、力量和身體功能方面效果顯著，是預防和治療肌少癥的重要干預手段?？棺柽\動在刺激肌肉肥大的同時，伴隨著肌衛(wèi)星細胞含量的增加。Snijders等[22]讓22名健康老年男性進行為期24周全身性抗阻訓練，訓練前訓練者的Ⅱ型肌纖維尺寸和肌衛(wèi)星細胞含量均顯著小于Ⅰ型肌纖維尺寸和肌衛(wèi)星細胞含量；經(jīng)過24周的抗阻訓練后，訓練者的Ⅱ型肌纖維尺寸和肌衛(wèi)星細胞含量顯著增加，且此時Ⅱ型肌衛(wèi)星細胞含量已與Ⅰ型肌衛(wèi)星細胞含量差別不大。且經(jīng)過訓練后，訓練者的骨骼肌毛細血管含量增加，肌衛(wèi)星細胞與毛細血管的距離縮短，從血管運輸方面提高肌衛(wèi)星細胞的機能。Verdijk等[6]研究健康老年人在抗阻運動后肌纖維和肌衛(wèi)星細胞含量的變化發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過12周的抗阻訓練后老年人的Ⅱ型肌纖維尺寸增加了20%左右，同時伴隨著Ⅱ型肌衛(wèi)星細胞含量的顯著增長，認為長時間的抗阻力量訓練可逆轉(zhuǎn)Ⅱ型肌纖維和肌衛(wèi)星細胞隨年齡的增長的變化。Tatiana等[23]讓19名老年人進行為期12周的漸進抗阻訓練，12周訓練后老年人的Ⅱ型肌纖維的橫斷面積及肌衛(wèi)星細胞面積顯著增加，Ⅱ型肌纖維分布頻率從51±18%增加到58±15%。Fawzi等[24]研究90天大強度抗阻訓練對老年人肌衛(wèi)星細胞的影響發(fā)現(xiàn)，抗阻訓練30天后肌衛(wèi)星細胞含量就會顯著增加，繼續(xù)訓練可使肌衛(wèi)星細胞含量進一步增加；并且在停止訓練的60天內(nèi)肌衛(wèi)星細胞含量仍顯著高于訓練前。Snijders等[7]發(fā)現(xiàn)老年男性進行了一次抗阻運動后體內(nèi)的MSTN就會顯著減弱。

綜上所述，抗阻運動能有效對抗衰老帶來的肌肉流失，在提高Ⅱ型肌纖維尺寸的同時改善了肌衛(wèi)星細胞的含量和機能。在正常生理條件下，肌衛(wèi)星細胞的激活與增殖分化是肌肉肥大先決條件。Ⅱ型肌纖維數(shù)量及肌衛(wèi)星細胞含量的提高會相應提高肌纖維的適應性，減緩或逆轉(zhuǎn)與年齡相關(guān)的肌肉衰退。

3.2 耐力運動對肌少癥肌衛(wèi)星細胞通路的影響

在運動與肌衛(wèi)星細胞的研究中，大多以抗阻運動為主，對于耐力運動與肌衛(wèi)星細胞關(guān)系的研究較少。并且迄今為止，耐力運動對肌衛(wèi)星細胞的影響并未徹底闡明。而研究表明耐力運動也可影響肌衛(wèi)星細胞的激活和增殖分化。Abreu等研究了耐力運動對年輕成年小鼠肌衛(wèi)星細胞功能、分化的影響發(fā)現(xiàn)，耐力運動對其肌肉質(zhì)量影響不大，但促進了肌衛(wèi)星細胞的激活與自我更新能力，改善和加快了肌肉再生效率[25]。Kurosaka等研究不同強度和持續(xù)時間的耐力訓練對大鼠骨骼肌衛(wèi)星細胞池的影響發(fā)現(xiàn)，任意強度和持續(xù)時間的耐力訓練對大鼠肌肉質(zhì)量和平均肌纖維面積都影響不大，但能顯著提高肌衛(wèi)星細胞含量，其中高強度組的改善效果顯著優(yōu)于其他組，認為耐力運動對增加肌衛(wèi)星細胞含量的作用在于運動強度而不是持續(xù)時間[26]。Charifi通過研究耐力運動對肌衛(wèi)星細胞含量的影響發(fā)現(xiàn)：11名健康老年男性在進行14周的耐力訓練后肌衛(wèi)星細胞含量顯著增加，Ⅱa型肌纖維含量適度增加，并且發(fā)現(xiàn)耐力訓練后，VO2max和檸檬酸合酶顯著性增加，表明肌衛(wèi)星細胞機能的變化與有氧肌適能可能存在關(guān)系，但其作用還未被證實[27]。由此可見，耐力運動對肌肉質(zhì)量的改善效果不大，但可誘導肌衛(wèi)星細胞含量增加，促進肌衛(wèi)星細胞自我更新，同樣可作為促進肌肉健康的有效干預措施。

4 小結(jié)與展望

隨著年齡的增長，衰老過程中肌衛(wèi)星細胞的激活難度增加，數(shù)量和機能衰退，使得肌纖維修復和再生能力降低，出現(xiàn)以Ⅱ型肌纖維為主肌纖維數(shù)量和橫截面積的丟失。當肌纖維丟失不斷累積，肌肉質(zhì)量衰退到一定程度時，就會導致肌少癥的發(fā)生。但肌衛(wèi)星細胞數(shù)量和機能隨年齡的變化是可以通過干預來減緩或逆轉(zhuǎn)的。運動不僅可以激活肌衛(wèi)星細胞，對肌衛(wèi)星細胞的增殖分化也起到促進作用。其中，抗阻運動不僅能刺激和促進肌衛(wèi)星細胞增殖分化，提高肌衛(wèi)星細胞含量和機能，還能有效增大Ⅱ型肌纖維尺寸，促進肌肉肥大，對治療和預防肌少癥具有重要意義。而耐力運動對肌肉質(zhì)量改善的作用不大，但能促進肌衛(wèi)星細胞自我更新，提高肌衛(wèi)星細胞的含量，能有效防止肌衛(wèi)星細胞的丟失，同樣是對抗衰老進程中骨骼肌流失的有效手段。對此，建議老年群體盡早進行以抗阻運動為主的運動干預，以增強肌衛(wèi)星細胞含量和機能，達到減緩或逆轉(zhuǎn)肌肉衰退的效果。