肌肉減少症是一種普遍存在的與(yǔ)年齡(líng)相(xiāng)關的疾(jí)病，其(qí)特征為肌(jī)肉質量，力(lì)量和(hé)功能(néng)逐漸(jiàn)下(xià)降(jiàng)。通常(cháng)，個(gè)體(tǐ)在(zài)40歲左(zuǒ)右(yòu)就可(kě)能(néng)開始出(chū)現(xiàn)相關症狀，而在75歲之(zhī)後，病情進展會加(jiā)速(sù)（Roubenoff & Hughes, 2000）。肌(jī)肉減少(shǎo)症(zhèng)對(duì)老(lǎo)年人群影響重大(dà)，會(huì)導致殘疾，虛(xū)弱(ruò)，並降(jiàng)低生(shēng)活質量（Rong等(děng)人, 2020; Manrique-Espinoza等人(rén), 2017）。該(gāi)疾病的(dí)潛(qián)在(zài)病因(yīn)較為(wéi)復雜，涉及多(duō)種因(yīn)素(sù)。信(xìn)號(hào)通(tōng)路(lù)失調，尤其是綫(xiàn)粒體(tǐ)穩態(tài)的(dí)破壞(huài)，會(huì)損(sǔn)害肌(jī)肉細胞的能量生(shēng)成能力，這(zhè)與(yǔ)肌(jī)肉減少(shǎo)症的(dí)發(fā)病有關(guān)（Boengler等人(rén), 2017; Yin等人, 2021）。盡管肌肉(ròu)減少(shǎo)症對老年(nián)人群影(yǐng)響顯(xiǎn)著，但(dàn)目前尚無專門針(zhēn)對該疾病的(dí)獲批藥物幹預措施。這(zhè)凸(tū)顯了(liǎo)迫(pò)切需要(yào)尋找(zhǎo)其(qí)他方法(fǎ)來(lái)預(yù)防(fáng)或減緩(huǎn)肌(jī)肉減(jiǎn)少症的(dí)進展。
南昌大學(xué)生(shēng)命(mìng)科學(xué)學院聯合中科院昆(kūn)明動(dòng)物(wù)所在(zài)《Aging Cell》發表文章“Histone β-hydroxybutyrylation is critical in reversal of sarcopenia"，通(tōng)過綫蟲(chóng)和(hé)小鼠模型(xíng)研(yán)究(jiū)發(fā)現，β -羥基(jī)丁(dīng)酸（β -HB）可(kě)誘(yòu)導組蛋(dàn)白β -羥(qiǎng)基丁酰(xiān)化（Kbhb），提升(shēng)綫(xiàn)粒體(tǐ)功能，進而改(gǎi)善肌(jī)肉和運動(dòng)功(gōng)能，為治(zhì)療肌肉(ròu)減(jiǎn)少症(zhèng)提(tí)供了(liǎo)新方向(xiàng)。
研(yán)究(jiū)背景(jǐng)：
肌(jī)肉(ròu)減(jiǎn)少症與(yǔ)衰老相(xiāng)關，會導致(zhì)肌肉(ròu)質(zhì)量(liáng)和功能下降(jiàng)，目(mù)前(qián)缺乏有效藥物(wù)治療。熱量限(xiàn)製（CR），生(shēng)酮(tóng)飲(yǐn)食(shí)（KD）和運動(dòng)等(děng)幹預(yù)措施可緩解肌(jī)肉減少症，且(qiě)會(huì)提高β -HB水(shuǐ)平，但(dàn)β -HB在(zài)其中的作用尚不明確(què)。
研(yán)究(jiū)內(nèi)容(róng)與結論:
1， β -HB與肌(jī)肉質(zhì)量的(dí)關係(xì)：分析BXD小鼠(shǔ)品(pǐn)係(xì)發現(xiàn)，β -HB生成(chéng)能(néng)力與肌肉質(zhì)量呈正(zhèng)相關，且隨年齡增長，小鼠，靈(líng)長類(lèi)和人(rén)類的β -HB生(shēng)成能(néng)力下(xià)降。
2， β -HB對體外肌(jī)肉(ròu)減少症(zhèng)變化的(dí)影響：在體外實驗(yàn)中(zhōng)，β -HB可(kě)劑(jì)量(liáng)依賴性(xìng)地預(yù)防TNF -α誘(yòu)導的(dí)C2C12肌管MyHC蛋(dàn)白水平下降，抑製體外肌(jī)肉減少(shǎo)症(zhèng)變化。
3， β -HB對老(lǎo)年小(xiǎo)鼠(shǔ)肌肉(ròu)功(gōng)能和(hé)纖(xiān)維(wéi)的影響：給(gěi)23月齡小(xiǎo)鼠(shǔ)補充(chōng)β -HB，可增強其(qí)運動(dòng)耐力和(hé)協調(tiáo)能力，增加(jiā)腓腸肌相(xiāng)對(duì)重量和(hé)橫截麵(miàn)積(jī)，改善(shàn)肌肉功能和(hé)纖維結(jié)構。
4， β -HB對(duì)老年綫(xiàn)蟲運動功(gōng)能和肌纖(xiān)維(wéi)完整性(xìng)的影響(xiǎng)：在老年(nián)綫蟲(chóng)實(shí)驗中，β -HB能劑(jì)量依(yī)賴(lài)性(xìng)地(dì)改善其運(yùn)動功能(néng)，增加肌(jī)纖(xiān)維中(zhōng)myo3蛋(dàn)白水平(píng)，改善肌(jī)絲完(wán)整性。
5， 提(tí)高(gāo)內源性(xìng)β -HB生(shēng)成(chéng)能力的影(yǐng)響：過表達綫(xiàn)蟲中(zhōng)β -HB生(shēng)成的限速(sù)酶HMGS - 1，可改善老年綫蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)功能(néng)，表(biǎo)明提(tí)高(gāo)內(nèi)源性(xìng)β -HB生(shēng)成能(néng)力(lì)有助於改善(shàn)肌肉減(jiǎn)少症(zhèng)。
6， β -HB對(duì)綫粒體(tǐ)功能(néng)的影響(xiǎng)：β -HB可(kě)增強(qiáng)綫(xiàn)粒(lì)體(tǐ)相(xiāng)關(guān)基因(yīn)轉錄(lù)，提(tí)高C2C12肌(jī)管(guǎn)的耗氧率，改善(shàn)老(lǎo)年(nián)綫蟲綫(xiàn)粒體數(shù)量(liáng)和(hé)形態(tài)，提(tí)升綫(xiàn)粒(lì)體功(gōng)能(néng)。
7， 組蛋白(bái)β -羥基丁酰(xiān)化(huà)的作用：β -HB可誘(yòu)導(dǎo)C2C12肌管(guǎn)中組蛋白(bái)Kbhb修飾增加，ChIP - seq結(jié)果(guǒ)顯(xiǎn)示(shì)，H3K9bhb修飾(shì)可顯(xiǎn)著增加綫(xiàn)粒(lì)體相關(guān)基(jī)因(yīn)位(wèi)點的(dí)富(fù)集，抑製p300（組(zǔ)蛋(dàn)白Kbhb轉(zhuǎn)移酶）會消除β -HB對綫(xiàn)粒體相(xiāng)關基(jī)因表達(dá)的(dí)上(shàng)調(tiáo)作用，表明β -HB通過(guò)誘(yòu)導Kbhb - 依賴的表觀遺(yí)傳修飾(shì)，增(zēng)強綫(xiàn)粒體(tǐ)相關基(jī)因轉錄。
8， 組蛋白Kbhb在逆(nì)轉肌(jī)肉減少(shǎo)症中(zhōng)的(dí)作(zuò)用(yòng)：抑(yì)製或沉默(mò)p300會(huì)消除β -HB對(duì)C2C12肌(jī)管MyHC表達的(dí)保(bǎo)護作(zuò)用(yòng)，在老(lǎo)年(nián)綫蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)中，抑(yì)製組蛋白Kbhb也會消(xiāo)除β -HB和(hé)過表達HMGS - 1對運動功(gōng)能(néng)和肌肉纖維(wéi)結構(gòu)的改(gǎi)善作用，說明組(zǔ)蛋白Kbhb在β -HB逆轉肌肉減少(shǎo)症中至關重(zhòng)要(yào)。
9， CR與(yǔ)組蛋(dàn)白(bái)Kbhb的(dí)關(guān)係(xì)：對小鼠進行CR飲食幹預，發現(xiàn)其(qí)可降低(dī)體重和脂肪質(zhì)量比，增(zēng)加(jiā)瘦肉質(zhì)量比和相(xiāng)對(duì)骨骼肌質量，提(tí)高β -HB水平，同(tóng)時增(zēng)加小鼠(shǔ)骨(gǔ)骼肌中H3K9bhb水(shuǐ)平和下遊基因表達(dá)，表(biǎo)明(míng)CR對骨骼肌和肌肉減(jiǎn)少症的有益作用可(kě)能(néng)部分通過(guò)提高β -HB和骨骼肌(jī)組蛋(dàn)白Kbhb水平實(shí)現。
實驗(yàn)中使(shǐ)用設備(bèi)：
跑(pǎo)步(bù)機測(cè)試(shì)
小(xiǎo)鼠(shǔ)跑步機(jī)測試使用KW - PT小(xiǎo)動物(wù)跑(pǎo)步機（南京(jīng)卡(qiǎ)爾(ěr)文(wén)生物(wù)科技有限(xiàn)公司），跑步機(jī)運(yùn)動帶後方(fāng)裝有帶(dài)電金(jīn)屬(shǔ)格柵，若(ruò)小(xiǎo)鼠(shǔ)停(tíng)止(zhǐ)跑(pǎo)步(bù)，格柵會(huì)對其(qí)施(shī)加電擊(jī)。測(cè)試時，小鼠(shǔ)置於跑(pǎo)步(bù)機(jī)上，初始傾斜角度為(wéi)10°。跑步(bù)機速(sù)度逐(zhú)漸增(zēng)加，起始速度為8 m/min，10分鐘(zhōng)後提升至(zhì)16 m/min，20分(fēn)鐘後(hòu)提(tí)升至24 m/min，30分鐘時停(tíng)止測試。記錄小鼠(shǔ)在(zài)30分鐘測(cè)試期間受(shòu)到(dào)的電擊次(cì)數，並(bìng)繪製(zhì)跑(pǎo)步(bù)距(jù)離與力竭(jié)時(shí)間的關係(xì)圖。
轉棒(bàng)測(cè)試
實(shí)驗所用(yòng)小(xiǎo)鼠轉棒(bàng)疲(pí)勞(láo)儀(yí)為(wéi)KW - 6C型（南(nán)京(jīng)卡爾(ěr)文生物(wù)科(kē)技有限(xiàn)公司(sī)），配備自(zì)動(dòng)計時器和掉(diào)落(là)傳感(gǎn)器。測(cè)試(shì)時，將小(xiǎo)鼠置(zhì)於轉(zhuǎn)棒(bàng)儀上(shàng)，初始速度設定為6 m/min，隨後轉(zhuǎn)棒(bàng)速度以(yǐ)2 m/min的幅度逐漸增加(jiā)，直至小(xiǎo)鼠疲勞掉落。記錄(lù)小鼠(shǔ)掉(diào)落前在(zài)轉(zhuǎn)棒上堅持的(dí)時(shí)間和(hé)距離，以此(cǐ)衡(héng)量(liáng)其(qí)運動協調(tiáo)能力和耐力。
抓力(lì)測量
使(shǐ)用(yòng)小鼠(shǔ)抓力計(jì)KW-ZL-1，（南京卡(qiǎ)爾(ěr)文生物科技(jì)有限(xiàn)公司）評估小(xiǎo)鼠上(shàng)肢抓力(lì)。測試(shì)時，抓(zhuā)住小(xiǎo)鼠尾(wěi)巴將(jiāng)其提起(qǐ)，引導小(xiǎo)鼠抓住(zhù)連接數(shù)字測力(lì)計(jì)的堅(jiān)固網格，然後輕輕(qīng)向後拉小鼠尾巴(bā)，直至(zhì)其(qí)鬆(sōng)開抓(zhuā)握，此時數字測(cè)力(lì)計上(shàng)顯(xiǎn)示的拉(lā)力(lì)讀數(shù)即為抓力。每(měi)隻小(xiǎo)鼠(shǔ)連續進(jìn)行5次測(cè)試(shì)，計算其肢(zhī)體(tǐ)肌肉(ròu)平(píng)均最大(dà)抓力值(zhí)（單位：克(kè)）。
研究局(jú)限(xiàn)與(yǔ)展(zhǎn)望：
研究(jiū)存(cún)在(zài)局限性(xìng)，如短(duǎn)期研(yán)究無法(fǎ)評估β -HB補(bǔ)充(chōng)劑(jì)的長(cháng)期副(fù)作(zuò)用，動物實(shí)驗結果需(xū)在人(rén)體中(zhōng)驗(yàn)證(zhèng)，且未充(chōng)分(fēn)評(píng)估飲(yǐn)食(shí)，運(yùn)動和個體代謝差異(yì)的影響。未來(lái)需(xū)開展(zhǎn)長期研究(jiū)，臨(lín)床(chuáng)實驗以(yǐ)進一步(bù)探究β -HB的(dí)作(zuò)用 。
