貢 歌，楊 翔，殷 建，張興虎，張 瑗，萬(wàn)文輝

1中國(guó)人民解放軍南京總醫(yī)院干部病房一科，南京 210002 2南京醫(yī)科大學(xué)附屬江寧醫(yī)院骨科，南京 211100

隨著老齡化人口的比例不斷上升，提高老年人壽命及生活質(zhì)量成為老年科醫(yī)生甚至整個(gè)社會(huì)對(duì)老年人醫(yī)療保健一個(gè)重大挑戰(zhàn)。老年人?；加卸喾N老年綜合征，其中營(yíng)養(yǎng)不良、抑郁、跌倒等原因?qū)е率芑虿糠质?，可?yán)重影響老年人的生活質(zhì)量。肌少癥是一種與年齡相關(guān)的骨骼肌質(zhì)量和功能進(jìn)行性下降的老年病，發(fā)病率較高，目前臨床上尚沒(méi)有確切的預(yù)防或治療藥物。自噬與凋亡是目前生命科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，有研究表明兩者在肌少癥的發(fā)生及發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，本文總結(jié)了自噬和凋亡在肌少癥中的研究進(jìn)展，以期為其臨床研究及治療提供參考。

肌少癥的病因及發(fā)病機(jī)制

骨骼肌的進(jìn)行性丟失有多種原因，除了生理學(xué)老化之外，其他還包括運(yùn)動(dòng)、營(yíng)養(yǎng)、遺傳因素、內(nèi)分泌因素及炎癥等[1]。肌少癥病理生理機(jī)制較為復(fù)雜，目前研究較多的包括線粒體功能障礙、凋亡的過(guò)度激活、自噬的調(diào)節(jié)異常、衛(wèi)星細(xì)胞功能的下降、活性氧產(chǎn)生增加等，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及應(yīng)激反應(yīng)途徑的改變也可以影響肌少癥的發(fā)生發(fā)展[2]。

肌肉蛋白質(zhì)合成代謝途徑合成骨骼肌蛋白質(zhì)的主要途徑是蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)/雷帕霉素(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號(hào)通路和其下游靶分子，其中，p70核糖體蛋白S6激酶(p70 ribosomal protein S6 kinase，p70S6K)和磷酸化熱酸穩(wěn)定蛋白1(phosphorylated heat-and acid-stable protein，PHAS- 1)/4E結(jié)合蛋白1(4E-binding protein 1，4E-BP1)的活化是參與調(diào)節(jié)骨骼肌纖維大小的關(guān)鍵信號(hào)分子，另外通過(guò)磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylino-sitol 3-kinase，PI3K)/Akt信號(hào)通路激活mTOR可能是肌纖維生長(zhǎng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑[3]。影響骨骼肌合成代謝途徑的有胰島素生長(zhǎng)因子- 1(insulin-like growth factors- 1，IGF- 1)、支鏈氨基酸和睪酮，這些因素都可以激活此通路，增加蛋白質(zhì)合成[4]。

肌肉蛋白質(zhì)分解代謝途徑調(diào)控骨骼肌蛋白質(zhì)分解的主要途徑是通過(guò)叉形頭轉(zhuǎn)錄因子O(forkhead box-containing protein O，F(xiàn)ox- O)和核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear transcription factor kappa B，NF-κB)激活泛素蛋白酶體通路和溶酶體半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspases)[5]。當(dāng)然，合成及分解代謝途徑是互相關(guān)聯(lián)和制約的。這兩條代謝途徑的調(diào)節(jié)失衡，將導(dǎo)致肌肉細(xì)胞凋亡增加和活性降低、自噬/溶酶體活性增加、線粒體功能降低、在肌肉修復(fù)起重要作用的衛(wèi)星細(xì)胞減少[1]。

自噬在肌少癥中的研究進(jìn)展

自噬是通過(guò)自噬體將細(xì)胞組分(細(xì)胞器、細(xì)胞質(zhì)部分和錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì))自降解的進(jìn)化保守過(guò)程，降解產(chǎn)物被遞送到溶酶體，從而防止細(xì)胞代謝廢物的積累。在不同的衰老模型中都可以觀察到此過(guò)程的發(fā)生[6- 7]。細(xì)胞自噬是在嚴(yán)格調(diào)控下發(fā)生的，參與促進(jìn)自噬的蛋白分子有PI3K、mTOR、氨基酸、激素、胰高血糖素等，抑制自噬的有胰島素、哺乳動(dòng)物p70核糖體蛋白S6(p70 ribosomal protein S6，p70S6)等。

自噬的適度激活通過(guò)多種信號(hào)途徑介導(dǎo)可能對(duì)骨骼肌減少有著顯著抑制作用，包括PI3K/AKT通路、肌肉生長(zhǎng)抑制素、蛋白酶體和自噬溶酶體途徑。自噬對(duì)骨骼肌細(xì)胞的調(diào)節(jié)在不同情況下有不同作用。然而，過(guò)度和過(guò)少的自噬都對(duì)骨骼肌有不同程度損傷：過(guò)度可激活抑制蛋白質(zhì)降解，導(dǎo)致肌肉萎縮；過(guò)少可導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集和異常細(xì)胞器積累，引起肌纖維變性[8]。肌少癥是一種過(guò)程，其中骨骼肌纖維逐漸喪失適應(yīng)變化環(huán)境的能力，并且由于蛋白降解過(guò)程(包括自噬途徑)的整體減少而呈現(xiàn)受損產(chǎn)物的積累，而功能良好的自噬是有機(jī)體健康和長(zhǎng)壽的根本[9]。Pagano等[10]研究證實(shí)了自體衰老小鼠骨骼肌中自噬的激活，且在犬中報(bào)道了類似的結(jié)果。Russ等[11]則發(fā)現(xiàn)，與成年F344/BN大鼠相比，老年大鼠骨骼肌中自噬特異性蛋白微管相關(guān)蛋白輕鏈3(microtubule-associated protein light chain 3，LC3)表達(dá)降低。因此，在衰老動(dòng)物模型中，與衰老相關(guān)的自噬的變化仍存在爭(zhēng)論。

既往的研究對(duì)老年動(dòng)物骨骼肌中泛素-蛋白酶體系統(tǒng)活性的報(bào)道也出現(xiàn)矛盾的結(jié)果。Altun等[12]在老年動(dòng)物的肌肉中發(fā)現(xiàn)泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的激活，而有一些學(xué)者在肌少癥中沒(méi)有觀察到此系統(tǒng)的激活[13]。Sato等[14]研究認(rèn)為自噬的激活在SAMP8小鼠肌少癥的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。線粒體融合蛋白2(mitofusin 2，Mfn2)是抑制自噬和線粒體質(zhì)量控制的決定因素，其在肌少癥中被抑制，損傷的線粒體積累后可導(dǎo)致肌肉細(xì)胞凋亡和活性降低[15]。Carnio 等[6]在關(guān)于肌肉衰老及神經(jīng)肌肉接頭的研究中發(fā)現(xiàn)，肌肉中自噬的特異性抑制神經(jīng)肌肉突觸功能和肌肉力量可影響小鼠和人的生活質(zhì)量或壽命。

骨骼肌的再生能力依賴于長(zhǎng)壽的肌肉干細(xì)胞(或稱為衛(wèi)星細(xì)胞)，這些細(xì)胞一般處于靜息狀態(tài)，在組織受損的時(shí)候激活，生成肌纖維或者進(jìn)行自我更新。Garcia-Prat 等[16]關(guān)于肌肉干細(xì)胞的研究顯示，自噬是一個(gè)決定性的干細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控者。隨著年齡增長(zhǎng)，肌肉干細(xì)胞數(shù)量逐漸減少，功能日益減退。在肌少癥中，衛(wèi)星細(xì)胞從靜息狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗ダ蠣顟B(tài)，老化的骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞由靜息狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗ダ蠣顟B(tài)，衛(wèi)星細(xì)胞活性丟失，無(wú)法完成骨骼肌的自我更新。而自噬是肌肉衛(wèi)星細(xì)胞維持活性的關(guān)鍵。

然而自噬介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解對(duì)骨骼肌減少過(guò)程的影響仍有爭(zhēng)議，這可能與自噬的功能狀態(tài)或老化過(guò)程中骨骼肌自噬和凋亡之間的相對(duì)比例高度相關(guān)。作為抵抗不同形式應(yīng)力的保護(hù)機(jī)制，自噬的基礎(chǔ)激活對(duì)于細(xì)胞穩(wěn)態(tài)是必需的[17]。如先前的討論，在生理?xiàng)l件下的自噬對(duì)于細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定是重要的，適當(dāng)誘導(dǎo)自噬對(duì)于在正常衰老過(guò)程中清除“垃圾”是有益的，并且用于減少由功能障礙自噬導(dǎo)致的肌肉減少和其他肌病的潛在策略[18-19]。然而需要指出的是，當(dāng)自噬活動(dòng)在病理事件下觸發(fā)或嚴(yán)重誘導(dǎo)時(shí)，該過(guò)程可以促進(jìn)自噬細(xì)胞死亡和疾病進(jìn)展。目前的證據(jù)表明，自噬的過(guò)度激活也可導(dǎo)致骨骼肌萎縮[20]，這可能是老化相關(guān)的骨骼肌損失的因素[9]。自噬是保護(hù)還是有害似乎由自噬過(guò)程的水平和持續(xù)時(shí)間決定。雖然自噬過(guò)程的適當(dāng)誘導(dǎo)和正常調(diào)節(jié)是需要維持骨骼肌質(zhì)量，但基本分子機(jī)制仍在很大程度上未知。

凋亡在肌少癥的研究進(jìn)展

細(xì)胞凋亡是有許多基因參與的細(xì)胞結(jié)束其生命的過(guò)程，有著非常復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制，Argiles等[21]已經(jīng)提出凋亡信號(hào)傳導(dǎo)在肌肉萎縮期間蛋白質(zhì)降解中具有重要意義。在存在促凋亡因素(例如老化或肌肉負(fù)荷)的情況下，骨骼肌細(xì)胞可產(chǎn)生抗凋亡因子來(lái)抵抗肌肉損失[22-23]。

有研究表明可以通過(guò)以下方式來(lái)減少大鼠肌肉細(xì)胞凋亡，通過(guò)終身熱量限制可以促進(jìn)白細(xì)胞介素(interleukin，IL)- 15的表達(dá)，其中IL- 15是肌肉合成代謝途徑中的細(xì)胞因子，可以減緩老年大鼠的肌肉消耗和細(xì)胞凋亡，作者認(rèn)為這種效應(yīng)是通過(guò)抑制腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α引發(fā)的細(xì)胞凋亡，而在自由進(jìn)食的老年大鼠中觀察到TNF-α、caspase- 8 和 caspasea- 3升高[24]。TNF-α信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)主要通過(guò)激活泛素-蛋白酶體途徑，促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞中蛋白質(zhì)分解的能力[25]。訓(xùn)練后，大鼠的腓腸肌質(zhì)量及體質(zhì)量，Bcl- 2和SIRT1等蛋白表達(dá)明顯增加。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以抑制年齡誘導(dǎo)的骨骼肌細(xì)胞凋亡，從而防止衰老大鼠的肌肉減少[26]。有研究證實(shí)，褪黑激素在骨骼肌細(xì)胞中有抗氧化劑和抗細(xì)胞凋亡分子的能力[27]。氧化應(yīng)激是在骨骼肌及其他組織中引發(fā)凋亡性細(xì)胞死亡的主要參與者之一，褪黑激素提供對(duì)抗氧化應(yīng)激的保護(hù)，這歸功于其可直接作為自由基清除劑起作用的能力。另外在C2C12小鼠骨骼肌細(xì)胞中，在氧化應(yīng)激期間凋亡途徑上游的p53、JNK等被激活，而睪酮治療后減少p53磷酸化，抑制細(xì)胞凋亡，保護(hù)氧化應(yīng)激下的骨骼肌細(xì)胞[28]。目前已有研究表明，有些降壓藥[血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑(angiotension-converting enzyme inhibitors，ACEI)、血管緊張素受體阻斷劑(angiotensin receptor blocker，ARB)]、降糖藥(噻唑烷二酮類、雙胍類)、降尿酸藥(別嘌醇)、維生素D等藥物可能有預(yù)防或治療肌少癥的作用[29]，但這些證據(jù)并不充分，需要更進(jìn)一步研究。

小 結(jié)

肌少癥的病因及發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，其中自噬和凋亡在肌少癥中發(fā)揮重要作用。以往研究顯示，抑制骨骼肌細(xì)胞凋亡具有保護(hù)肌肉的作用。而自噬則具有兩面性，適當(dāng)自噬對(duì)正常衰老過(guò)程中的肌肉組織具有保護(hù)作用，過(guò)度激活的自噬對(duì)肌肉則具有損傷作用。所以如何調(diào)控好自噬的強(qiáng)度及在何時(shí)調(diào)控，在肌少癥中具有重要意義。自噬和凋亡都可通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路進(jìn)行調(diào)控，二者具有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，弄清兩者之間的相關(guān)影響和作用方式，對(duì)臨床上尋找預(yù)防或治療肌少癥的藥物具有重要意義。

[1] Ali S，Garcia JM. Sarcopenia，cachexia and aging：diagnosis，mechanisms and therapeutic options-a mini-review [J]. Gerontology，2014，60(4)：294- 305. DOI：10.1159/000356760.

[2] Merlini L，Bonaldo P，Marzetti E. Editorial：Pathophysiological mechanisms of sarcopenia in aging and in muscular dystrophy：a translational approach [J]. Front Aging Neurosci，2015，7：153. DOI：10.3389/fnagi.2015.00153.

[3] Bodine SC，Stitt TN，Gonzalez M，et al. Akt/mTOR pathway is a crucial regulator of skeletal muscle hypertrophy and can prevent muscle atrophyinvivo[J]. Nat Cell Biol，2001，3(11)：1014- 1019. DOI：10.1038/ncb1101- 1014.

[4] 吳佳佳，邢學(xué)農(nóng). 肌少癥研究進(jìn)展 [J]. 醫(yī)學(xué)綜述，2016，22(4)：753- 756. DOI：10.3969/j.issn.1006- 2084.2016.04.037.

[5] Sandri M. Signaling in muscle atrophy and hypertrophy [J]. Physiology (Bethesda)，2008，23：160- 170. DOI：10.1152/physiol.00041.2007.

[6] Carnio S，LoVerso F，Baraibar MA，et al. Autophagy impairment in muscle induces neuromuscular junction degeneration and precocious aging [J]. Cell Rep，2014，8(5)：1509- 1521. DOI：10.1016/j.celrep.2014.07.061.

[7] Rubinsztein DC，Marino G，Kroemer G. Autophagy and aging [J]. Cell，2011，146(5)：682- 695. DOI：10.1016/j.cell.2011.07.030.

[8] Bonaldo P，Sandri M. Cellular and molecular mechanisms of muscle atrophy [J]. Dis Model Mech，2013，6(1)：25- 39. DOI：10.1242/dmm.010389.

[9] Wenz T，Rossi SG，Rotundo RL，et al. Increased muscle PGC-1alpha expression protects from sarcopenia and metabolic disease during aging [J]. Proc Natl Acad Sci USA，2009，106(48)：20405- 20410. DOI：10.1073/pnas.0911570106.

[10] Pagano TB，Wojcik S，Costagliola A，et al. Age related skeletal muscle atrophy and upregulation of autophagy in dogs [J]. Vet J，2015，206(1)：54- 60. DOI：10.1016/j.tvjl.2015.07.005.

[11] Russ DW，Boyd IM，McCoy KM，et al. Muscle-specificity of age-related changes in markers of autophagy and sphingolipid metabolism [J]. Biogerontology，2015，16(6)：747- 759. DOI：10.1007/s10522- 015- 9598- 4.

[12] Altun M，Besche HC，Overkleeft HS，et al. Muscle wasting in aged，sarcopenic rats is associated with enhanced activity of the ubiquitin proteasome pathway [J]. J Biol Chem，2010，285(51)：39597- 39608. DOI：10.1074/jbc.M110.129718.

[13] Sakuma K，Kinoshita M，Ito Y，et al. p62/SQSTM1 but not LC3 is accumulated in sarcopenic muscle of mice [J]. J Cachexia Sarcopenia Muscle，2016，7(2)：204- 212. DOI：10.1002/jcsm.12045.

[14] Sato T，Ito Y，Nagasawa T. L-Lysine suppresses myofibrillar protein degradation and autophagy in skeletal muscles of senescence-accelerated mouse prone 8 [J]. Biogerontology，2017，18(1)：85- 95. DOI：10.1007/s10522- 016- 9663- 7.

[15] Sebastian D，Zorzano A. When MFN2 (mitofusin 2) met autophagy：A new age for old muscles [J]. Autophagy，2016，12(11)：2250-2251. DOI：10.1080/15548627. 2016.1215383.

[16] Garcia-Prat L，Martinez-Vicente M，Perdiguero E，et al. Autophagy maintains stemness by preventing senescence [J]. Nature，2016，529(7584)：37-42. DOI：10.1038/nature16187.

[17] Kroemer G，Marino G，Levine B. Autophagy and the integrated stress response [J]. Mol Cell，2010，40(2)：280- 293. DOI：10.1016/j.molcel.2010.09.023.

[18] Grumati P，Coletto L，Sabatelli P，et al. Autophagy is defective in collagen VI muscular dystrophies，and its reactivation rescues myofiber degeneration [J]. Nat Med，2010，16(11)：1313- 1320. DOI：10.1038/nm.2247.

[19] Vainshtein A，Grumati P，Sandri M，et al. Skeletal muscle，autophagy，and physical activity：the menage a trois of metabolic regulation in health and disease [J]. J Mol Med (Berl)，2014，92(2)：127- 137. DOI：10.1007/s00109- 013- 1096-z.

[20] Sandri M. Autophagy in skeletal muscle [J]. FEBS Lett，2010，584(7)：1411- 1416. DOI：10.1016/j.febslet.2010.01.056.

[21] Argiles JM，Lopez-Soriano FJ，Busquets S. Apoptosis signalling is essential and precedes protein degradation in wasting skeletal muscle during catabolic conditions [J]. Int J Biochem Cell Biol，2008，40(9)：1674- 1678. DOI：10.1016/j.biocel.2008.02.001.

[22] Dirks AJ，Leeuwenburgh C. Aging and lifelong calorie restriction result in adaptations of skeletal muscle apoptosis repressor，apoptosis-inducing factor，X-linked inhibitor of apoptosis，caspase- 3，and caspase- 12 [J]. Free Radic Biol Med，2004，36(1)：27- 39. DOI：10.1016/j.freeradbiomed.2003.10.003.

[23] Siu PM，Pistilli EE，Butler DC，et al. Aging influences cellular and molecular responses of apoptosis to skeletal muscle unloading [J]. Am J Physiol Cell Physiol，2005，288(2)：C338-C349. DOI：10.1152/ajpcell.00239.2004.

[24] Marzetti E，Carter CS，Wohlgemuth SE，et al. Changes in IL- 15 expression and death-receptor apoptotic signaling in rat gastrocnemius muscle with aging and life-long calorie restriction [J]. Mech Ageing Dev，2009，130(4)：272- 280.

[25] Sharples AP，Polydorou I，Hughes DC，et al. Skeletal muscle cells possess a ‘memory’ of acute early life TNF-alpha exposure：role of epigenetic adaptation [J]. Biogerontology，2016，17(3)：603- 617. DOI：10.1007/s10522- 015- 9604-x.

[26] Li FH，Yu HT，Xiao L，et al. Response of BAX，Bcl- 2 Proteins，and SIRT1/PGC- 1alpha mRNA expression to 8-week treadmill running in the aging rat skeletal muscle [J]. Adv Exp Med Biol，2016，923：283- 289. DOI：10.1007/978- 3- 319- 38810- 6_38.

[27] Salucci S，Baldassarri V，Canonico B，et al. Melatonin behavior in restoring chemical damaged C2C12 myoblasts [J]. Microsc Res Tech，2016，79(6)：532- 540. DOI：10.1002/jemt.22663.

[28] Pronsato L，Milanesi L. Effect of testosterone on the regulation of p53 and p66Shc during oxidative stress damage in C2C12 cells [J]. Steroids，2016，106：41- 54. DOI：10.1016/j.steroids.2015.12.007.

[29] Campins L，Camps M，Riera A，et al. Oral drugs related with muscle wasting and sarcopenia. a review [J]. Pharmacology，2017，99(1- 2)：1- 8. DOI：10.1159/000448247.