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動物跑步機在研究改善肌肉萎縮和運動功能試驗中的應用

瀏覽次數(shù):358 發(fā)布日期:2025-2-28  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責任自負

Aging Cell \ β -羥基丁酸可誘導組蛋白β -羥基丁酰化,改善肌肉萎縮和運動功能,治療肌肉減少癥。

文章介紹:
肌肉減少癥是一種普遍存在的與年齡相關(guān)的疾病,其特征為肌肉質(zhì)量、力量和功能逐漸下降。通常,個體在40歲左右就可能開始出現(xiàn)相關(guān)癥狀,而在75歲之后,病情進展會加速(Roubenoff & Hughes, 2000)。肌肉減少癥對老年人群影響重大,會導致殘疾、虛弱,并降低生活質(zhì)量(Rong等人, 2020; Manrique-Espinoza等人, 2017)。該疾病的潛在病因較為復雜,涉及多種因素。信號通路失調(diào),尤其是線粒體穩(wěn)態(tài)的破壞,會損害肌肉細胞的能量生成能力,這與肌肉減少癥的發(fā)病有關(guān)(Boengler等人, 2017; Yin等人, 2021)。盡管肌肉減少癥對老年人群影響顯著,但目前尚無專門針對該疾病的獲批藥物干預措施。這凸顯了迫切需要尋找其他方法來預防或減緩肌肉減少癥的進展。

南昌大學生命科學學院聯(lián)合中科院昆明動物所在《Aging Cell》發(fā)表文章“Histone β-hydroxybutyrylation is critical in reversal of sarcopenia”,通過線蟲和小鼠模型研究發(fā)現(xiàn),β -羥基丁酸(β -HB)可誘導組蛋白β -羥基丁;↘bhb),提升線粒體功能,進而改善肌肉萎縮和運動功能,為治療肌肉減少癥提供了新方向。

研究背景:
肌肉減少癥與衰老相關(guān),會導致肌肉質(zhì)量和功能下降,目前缺乏有效藥物治療。熱量限制(CR)、生酮飲食(KD)和運動等干預措施可緩解肌肉減少癥,且會提高β -HB水平,但β -HB在其中的作用尚不明確。

研究內(nèi)容與結(jié)論
1, β -HB與肌肉質(zhì)量的關(guān)系:分析BXD小鼠品系發(fā)現(xiàn),β -HB生成能力與肌肉質(zhì)量呈正相關(guān),且隨年齡增長,小鼠、靈長類和人類的β -HB生成能力下降。

2, β -HB對體外肌肉減少癥變化的影響:在體外實驗中,β -HB可劑量依賴性地預防TNF -α誘導的C2C12肌管MyHC蛋白水平下降,抑制體外肌肉減少癥變化。

 

3, β -HB對老年小鼠肌肉功能和纖維的影響:給23月齡小鼠補充β -HB,可增強其運動耐力和協(xié)調(diào)能力,增加腓腸肌相對重量和橫截面積,改善肌肉功能和纖維結(jié)構(gòu)。

4, β -HB對老年線蟲運動功能和肌纖維完整性的影響:在老年線蟲實驗中,β -HB能劑量依賴性地改善其運動功能,增加肌纖維中myo3蛋白水平,改善肌絲完整性。

 

5, 提高內(nèi)源性β -HB生成能力的影響:過表達線蟲中β -HB生成的限速酶HMGS - 1,可改善老年線蟲運動功能,表明提高內(nèi)源性β -HB生成能力有助于改善肌肉減少癥。

6, β -HB對線粒體功能的影響:β -HB可增強線粒體相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄,提高C2C12肌管的耗氧率,改善老年線蟲線粒體數(shù)量和形態(tài),提升線粒體功能。

 

7, 組蛋白β -羥基丁;淖饔茫β -HB可誘導C2C12肌管中組蛋白Kbhb修飾增加,ChIP - seq結(jié)果顯示,H3K9bhb修飾可顯著增加線粒體相關(guān)基因位點的富集,抑制p300(組蛋白Kbhb轉(zhuǎn)移酶)會消除β -HB對線粒體相關(guān)基因表達的上調(diào)作用,表明β -HB通過誘導Kbhb - 依賴的表觀遺傳修飾,增強線粒體相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄。 

8, 組蛋白Kbhb在逆轉(zhuǎn)肌肉減少癥中的作用:抑制或沉默p300會消除β -HB對C2C12肌管MyHC表達的保護作用,在老年線蟲實驗中,抑制組蛋白Kbhb也會消除β -HB和過表達HMGS - 1對運動功能和肌肉纖維結(jié)構(gòu)的改善作用,說明組蛋白Kbhb在β -HB逆轉(zhuǎn)肌肉減少癥中不可或缺。

9, CR與組蛋白Kbhb的關(guān)系:對小鼠進行CR飲食干預,發(fā)現(xiàn)其可降低體重和脂肪質(zhì)量比,增加瘦肉質(zhì)量比和相對骨骼肌質(zhì)量,提高β -HB水平,同時增加小鼠骨骼肌中H3K9bhb水平和下游基因表達,表明CR對骨骼肌和肌肉減少癥的有益作用可能部分通過提高β -HB和骨骼肌組蛋白Kbhb水平實現(xiàn)。

 

實驗中使用設(shè)備:
跑步機測試
小鼠跑步機測試使用KW - PT跑步機(南京卡爾文生物科技有限公司),跑步機運動帶后方裝有帶電金屬格柵,若小鼠停止跑步,格柵會對其施加電擊。測試時,小鼠置于跑步機上,初始傾斜角度為10°。跑步機速度逐漸增加,起始速度為8 m/min,10分鐘后提升至16 m/min,20分鐘后提升至24 m/min,30分鐘時停止測試。記錄小鼠在30分鐘測試期間受到的電擊次數(shù),并繪制跑步距離與力竭時間的關(guān)系圖。

轉(zhuǎn)棒測試
 實驗所用轉(zhuǎn)棒儀為KW - 6C型(南京卡爾文生物科技有限公司),配備自動計時器和掉落傳感器。測試時,將小鼠置于轉(zhuǎn)棒儀上,初始速度設(shè)定為6 m/min,隨后轉(zhuǎn)棒速度以2 m/min的幅度逐漸增加,直至小鼠疲勞掉落。記錄小鼠掉落前在轉(zhuǎn)棒上堅持的時間和距離,以此衡量其運動協(xié)調(diào)能力和耐力。

抓力測量
使用抓力計KW-ZL-1,(南京卡爾文生物科技有限公司)評估小鼠上肢抓力。測試時,抓住小鼠尾巴將其提起,引導小鼠抓住連接數(shù)字測力計的堅固網(wǎng)格,然后輕輕向后拉小鼠尾巴,直至其松開抓握,此時數(shù)字測力計上顯示的拉力讀數(shù)即為抓力。每只小鼠連續(xù)進行5次測試,計算其肢體肌肉平均抓力值(單位:克)。

研究局限與展望:
研究存在局限性,如短期研究無法評估β -HB補充劑的副作用,動物實驗結(jié)果需在人體中驗證,且未充分評估飲食、運動和個體代謝差異的影響。未來需開展研究、臨床實驗以進一步探究β -HB的作用 。

來源:南京卡爾文生物科技有限公司
聯(lián)系電話:15365125607
E-mail:884904391@qq.com

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