肌肉收缩产出力量中分子的深度探究-拜谱有限公司

肌肉收缩产出力量中分子的深度探究

在我们全力迈向2024年之际，探索小鼠肌肉力量产生的分子基础的研究开辟了功能性肌肉研究的道路。从肌肉收缩过程中的钙动力学，到肌营养不良症的肌肉损伤，以及在肌营养不良症小鼠模型中跑步对肌肉质量的影响，一月对肌肉功能和调节的新见解对我们了解肌肉生理学和健康具有重要意义。

小鼠完整骨骼肌纤维动态收缩过程中的 Ca2+ 和力量

肌肉收缩对细胞膜钙离子的依赖性已得到证实，钙离子在肌肉活动中的关键作用由此得到巩固。在分子水平上，肌浆去极化引发钙离子释放，钙离子与肌钙蛋白结合，有效暴露肌动蛋白位点。这使得肌球蛋白头与肌动蛋白结合，形成肌动蛋白交叉桥，从而导致肌肉收缩。这样，当肌浆去极化频率增加时，细胞膜钙离子浓度也会增加，从而使肌肉细胞收缩的力量不断增强。

尽管多项研究一致报告称，在等长收缩中需要 100 赫兹才能诱发最大力量，但对动态收缩中力量-频率关系的研究仍然严重不足。因此， Fukutani et al. (2024) 试图在完整的小鼠单根屈指肌（FDB）纤维中研究力和胞质游离钙浓度（[Ca2+]i）之间的相互作用。为此，将纤维安装在极光科学公司的 801C 小型完整肌肉仪上，并将其放置在倒置显微镜上。该肌肉系统与 403A 力传感器和 315C 高速长度控制器配合使用，可以测量纤维在等长和动态收缩时施加的力。

有趣的是，虽然不同收缩类型的肌张力[Ca2+]i 保持相似，但却观察到明显的力量差异。具体来说，在 30 赫兹刺激下获得的力量相对于 100 赫兹刺激下获得的力量，同心收缩小于等长收缩。综上所述，这些研究结果表明，肌纤维钙敏感性，而不是[Ca2+]I的变化，是导致肌肉动态收缩时力量变化的原因。

维拉帕米减轻肌营养不良小鼠模型的氯离子和钙离子双通道病变

肌营养不良症 1 型（DM1）是一种常染色体显性遗传疾病，以肌无力和进行性肌无力为特征。在基因层面上，DM1 是由于 DMPK 基因中胞嘧啶-胸腺嘧啶-鸟嘌呤 (CTG) 的不稳定三核苷酸重复扩增，导致有毒 RNA 的积累而引起的。这种有毒的 RNA 会有效地破坏细胞功能，导致替代剪接失调和 RNA 处理紊乱。

虽然已经研究了单个剪接缺陷来解码 DM1 表型，但基本上还不知道是什么导致了患者共有的进行性肌无力。因此，Cisco et al. (2024)试图通过对小鼠肌肉兴奋-收缩耦合相关基因进行外显子或核苷酸缺失来描述肌肉表型。他们使用 Aurora Scientific 的 1200A 系统进行了体内外 EDL 肌肉收缩测量，以评估功能性力量缺陷。经过测试，他们发现模拟氯离子和钙离子双通道病症会导致小鼠寿命明显缩短、肌张力障碍、行动不便和呼吸障碍。有趣的是，在使用一种名为维拉帕米的钙通道阻滞剂并对小鼠进行重新评估后，他们发现小鼠的存活率、肌力生成、肌张力和呼吸功能都有明显改善。这些发现表明，Ca2+/Cl-双通道病变导致了DM1的肌肉损伤，而这些肌肉损伤有可能通过临床可用的钙通道阻滞剂得到改善。

通过激活自噬通量和抑制泛素降解，跑步可提高 mdx 小鼠的肌肉质量

杜兴氏肌营养不良症（DMD）是一种严重的进行性疾病，由位于 X 染色体上的肌营养蛋白基因突变引起。这些突变导致功能性肌营养不良蛋白的缺失或功能障碍，最终导致肌肉退化和无力。

在该领域，mdx 小鼠已被广泛用于研究 DMD 的分子机制；然而，多年来一直有关于运动对肌肉功能的不同影响的报道。为了解决这个问题，Zhou et al. (2024)研究了为期 10 周的跑步机训练对对照组和 mdx 小鼠骨骼肌的影响。他们使用 Aurora Scientific 的 1300A 全动物系统测量了小鼠在实施疲劳方案前后的最大等长扭矩。有趣的是，他们的研究结果表明，跑步运动能显著提高mdx小鼠的肌肉质量、力量、耐力和抗疲劳能力，有效逆转骨骼肌损伤的病理状态，促进再生。在分子水平上，跑步抑制了肌肉蛋白的泛素化和降解，抑制了AKT的激活，降低了磷酸化的FoxO1和FoxO3a，恢复了自噬通量。此外，他们还观察到快肌和慢肌纤维的全面提升，这表明跑步在功能上增强了肌肉的力量和耐力。总之，这些研究结果表明，渐进式、低中速和低频率的跑步可以抑制肌肉蛋白质降解，促进蛋白质的再利用和积累，并改善mdx小鼠的骨骼肌质量。

结论

肌肉生理学的最新进展揭示了肌肉力量产生的分子因素。Fukutani 等人（2024 年）、Cisco 等人（2024 年）和 Zhou 等人（2024 年）的这些研究从分子角度深入探讨了钙、氯化物和钙双通道病变以及运动在肌肉健康和疾病的不同情况下的作用。他们的研究结果有助于我们了解肌肉生理学，以及通过干预肌肉损伤而改善功能的前景。