運動和細(xì)胞信號分子的交互作用及骨骼肌肥大調(diào)控機制

金 晶，謝嬌嬌，姜丹陽，馮 燕，盧 健*，陳彩珍

骨骼肌大約占人體總質(zhì)量的40%，保持骨骼肌力量和質(zhì)量具有延緩衰老、保持體形、減少損傷幾率、預(yù)防疾病等諸多益處。然而人口老齡化是世界范圍內(nèi)面臨的重大經(jīng)濟、社會問題（Cruz-Jentoft，2017），隨著年齡遞增的相關(guān)疾病（如骨骼肌衰減癥）無法避免，如何以“最為經(jīng)濟的運動”作為干預(yù)手段，進而延緩和治療相關(guān)疾病將是科學(xué)界亟待解決的關(guān)鍵問題（Brack et al.，2016；Garg et al.，2016；Le Moal et al.，2017）。

運動誘導(dǎo)骨骼肌生理性適應(yīng)肥大機制涉及多種信號傳導(dǎo)途徑，目前普遍公認(rèn)的途徑是雷帕霉素靶體蛋白通路和衛(wèi)星細(xì)胞的激活、增殖后骨骼肌重塑過程（Nederveen et al.，2018；Snijders et al.，2017；Yoon，2017）。骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞除了促進骨骼肌肥大以外，其分化后的融合還能夠修復(fù)骨骼?。˙engal et al.，2017）。運動能有效地調(diào)節(jié)細(xì)胞信號分子的分泌，如生長因子：胰島素樣生長因子（insulin-like growth factor-1，IGF-1）、肝 細(xì) 胞 生 長 因 子（hepatocyte growth factor，HGF）和纖維母細(xì)胞生長因子（fibroblast growth factors，F(xiàn)GFs）；激素：雄激素受體（androgen receptor，AR）；細(xì)胞因子：白細(xì)胞介素-6（interleukin-6，L-6）、myostatin等（Snijders et al.，2017）。細(xì)胞信號分子在運動的干預(yù)下能夠有效地刺激骨骼肌肥大和衛(wèi)星細(xì)胞激活、增殖。

目前尚無完全敲除衛(wèi)星細(xì)胞的實驗個體，僅能做到消除90%的衛(wèi)星細(xì)胞（Egner et al.，2016），而衛(wèi)星細(xì)胞自身會表達多種信號分子（Pawlikowski et al.，2017；Snijders et al.，2015）并調(diào)控骨骼肌功能，因此綜合探討細(xì)胞信號分子對骨骼肌肥大機制的影響有重要理論價值。本文擬從運動和細(xì)胞信號分子的交互作用為切入點，探索骨骼肌肥大機制。

1 運動對細(xì)胞信號分子、骨骼肌肥大的影響

1.1 胰島素樣生長因子（IGF-1）

普遍認(rèn)為，抗阻運動通過IGF-1/磷脂酰肌醇三磷酸激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶 K（Akt）通路激活mTOR，繼而促進骨骼肌的蛋白質(zhì)合成（Hresko et al.，2005）（圖1A）。研究報告，抗阻運動后血清IGF-1下調(diào)或不變。Mangine等（2015）對比高強度與中等強度抗阻運動，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高強度組的血清IGF-1顯著下調(diào)。也有研究發(fā)現(xiàn)，抗阻運動未造成血清IGF-1的改變（Kido et al.，2016；Ogasawara et al.，2013）。

圖1 IGF-1和雄激素對骨骼肌蛋白質(zhì)合成的影響Figure 1.Effects of IGF-1 andAndrogen on Protein Synthesis in Skeletal Muscle

與血清中的變化不同，抗阻運動后骨骼肌中的IGF-1顯著上調(diào)。Kido等（2016）發(fā)現(xiàn)，急性抗阻運動干預(yù)1 h和3 h后骨骼肌的IGF-1顯著上調(diào)；Ogasawara等（2013）的研究結(jié)果與之一致。IGF-1是由肝臟和肌肉分泌的常見生長因子，在肌肉中含有3種亞型，分別為IGF-1Ea、IGF-1Eb和IGF-1Ec，每種都對骨骼肌重塑有特異性作用。有研究報道，IGF-1Ec與衛(wèi)星細(xì)胞的激活有關(guān)，而IGF-1Ea與衛(wèi)星細(xì)胞的分化有關(guān)（Hill et al.，2003）。McKayetal等（2008）發(fā)現(xiàn)，IGF-1Ec與衛(wèi)星細(xì)胞的激活、增殖有非常強的相關(guān)性，離心運動后肌肉恢復(fù)階段的IGF-1Ec mRNA表達上調(diào)；也觀察到IGF-1Ea與肌源性調(diào)節(jié)因子4（myogenic regulatory factor 4，Mrf4）表達量有關(guān)，而Mrf4在衛(wèi)星細(xì)胞分化階段發(fā)揮重要作用。Philippou等（2009）發(fā)現(xiàn)，健康青年受試者運動引起肌肉損傷后，骨骼肌IGF-1Ea mRNA和蛋白表達顯著增加。在動物實驗中，有研究報道，運動損傷24 h后IGF-1Ec mRNA表達顯著升高，IGF-1Ea mRNA在5～10天恢復(fù)階段才得以提升（Hill et al.，2003）。人體骨骼肌急性損傷后，血清中IGF-1沒有變化，但是肌肉中的IGF-1Ea和IGF-1Eb mRNA分別增加4倍和6倍，IGF-1Ec在運動24 h后達到峰值（O’Reilly et al.，2008）。受試者（青年組和老年組）進行60 min功率自行車訓(xùn)練后，股四頭肌中IGF-1Ec mRNA表達顯著增加，而IGF-1Ea mRNA表達沒有發(fā)生變化（Hameed et al.，2008）。另外，亦有關(guān)于IGF-1對衛(wèi)星細(xì)胞數(shù)量影響的報道，如Hellsten等（1996）發(fā)現(xiàn)，青年受試者進行150 km負(fù)重行軍訓(xùn)練（負(fù)重30 kg）后，骨骼肌IGF-1水平升高，衛(wèi)星細(xì)胞增多，IGF-1可調(diào)控衛(wèi)星細(xì)胞的增殖和分化。Grubb等（2014）發(fā)現(xiàn)，急性抗阻運動后IGF-1與Pax7表達高度相關(guān)，支持了運動后IGF-1促進衛(wèi)星細(xì)胞的增加這一觀點。

以上研究提示，IGF-1在骨骼肌損傷中發(fā)揮重要作用，尤其是在衛(wèi)星細(xì)胞的激活、增殖和分化階段。

1.2 肝細(xì)胞生長因子（HGF）

肝細(xì)胞生長因子是從間充質(zhì)干細(xì)胞獲得的生長因子，最初因其在肝臟中促進細(xì)胞有絲分裂的特性而得名。HGF在衛(wèi)星細(xì)胞激活的過程中必不可少，具有促進衛(wèi)星細(xì)胞增殖和遷徙等作用，通過與細(xì)胞外基質(zhì)上的分子結(jié)合，進而參與骨骼肌重塑過程（Gonzalez et al.，2017）。HGF可通過自分泌/旁分泌機制調(diào)控衛(wèi)星細(xì)胞，使衛(wèi)星細(xì)胞進入細(xì)胞循環(huán)周期（Suetta et al.，2013）。

當(dāng)組織損傷或運動刺激后，HGF的前體多肽絲氨酸蛋白酶激酶HGFA，從酶源形式被激活，通過結(jié)合其位于衛(wèi)星細(xì)胞膜上的受體c-Met進行激活（Suetta et al.，2013）。與血清IGF-1下降或不變恰好相反，運動或損傷后的血清HGF顯著提升。O’Reilly等（2008）通過人體實驗證實，一次離心運動4 h后，血清中HGF蛋白顯著升高。Suzuki等（2002）發(fā)現(xiàn)，小鼠肌肉損傷后HGF mRNA和蛋白表達量在非肌肉組織中顯著提高。然而，對于運動后血清HGF增加并沒有一致的結(jié)論，一種觀點認(rèn)為，HGF可以輸送衛(wèi)星細(xì)胞進入受傷位點，產(chǎn)生一定數(shù)量的炎癥反應(yīng)修復(fù)肌纖維損傷（Ohnishi et al.，2006）；另一種觀點認(rèn)為，運動或損傷后，骨骼肌細(xì)胞膜發(fā)生損壞，HGF及其受體因膜結(jié)構(gòu)發(fā)生泄漏進入血液循環(huán)中，進而提升血清中HGF含量。因此有待更多的實驗證實HGF與肌纖維損傷修復(fù)的具體機制。

將HGF注射入動物骨骼肌中，激發(fā)衛(wèi)星細(xì)胞肌分化因子（myogenic differentiation，MyoD+或溴脫氧核苷尿嘧啶（bromodeoxyuridine，BrdU+）的濃度增加（Hauerslev et al.，2014；Miller et al.，2000），推測HGF可刺激衛(wèi)星細(xì)胞的激活和增殖，但是不能促進衛(wèi)星細(xì)胞的分化。與運動前和運動4 h后相比，運動24 h后的人體肌肉組織中HGF增多，同時還伴有肌核數(shù)量的顯著增加（O’Reilly et al.，2008）。通過HGF注射處理后，可激發(fā)Akt/mTOR/P70核蛋白S6激酶（70 kDa ribosomal S6 kinase，p70S6K）蛋白合成通路和上調(diào)MyoD，而且激活狀態(tài)的衛(wèi)星細(xì)胞數(shù)量增加了3倍（ Hauerslev et al.，2014；Miller et al.，2000）。除此之外，HGF可改變細(xì)胞外基質(zhì)的成分，HGF可激發(fā)基質(zhì)金屬蛋白酶 2（matrix metalloproteinase 2，MMP2）的活性，誘導(dǎo)人類成肌細(xì)胞激活絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）通路，因而能夠誘導(dǎo)人體成肌細(xì)胞發(fā)生遷徙（Gonzalez et al.，2017）。

1.3 纖維母細(xì)胞生長因子（FGFs）

運動或骨骼肌損傷可刺激纖維母細(xì)胞生長因子激活，進而促進骨骼肌肥大，因此其在損傷后的修復(fù)中發(fā)揮重要作用（Hanssen et al.，2013）。FGFs共有22個家族成員，在骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞中已經(jīng)檢測到4種常見的成員，分別為FGF-1、FGF-2、FGF-4和FGF-6。這些亞型亦發(fā)現(xiàn)于培養(yǎng)的衛(wèi)星細(xì)胞中，F(xiàn)GF-1和FGF-4在單根肌纖維和肌肉發(fā)育過程中均有表達。骨骼肌損傷可誘導(dǎo)表達FGF-1，但其在骨骼肌重塑或衛(wèi)星細(xì)胞中的功能仍不清楚，而已經(jīng)有文獻報道FGF-2和FGF-6在衛(wèi)星細(xì)胞中有激活的功能（Pawlikowski et al.，2017）。

FGF-2可以由多種細(xì)胞（如成肌細(xì)胞、肌纖維細(xì)胞和衛(wèi)星細(xì)胞）分泌，有助于衛(wèi)星細(xì)胞參與細(xì)胞周期，但目前尚不能確定FGF-2的功能。已有結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF-2可促進骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的增殖和有絲分裂的發(fā)生（Chakkalakal et al.，2012；Yablonka-Reuveni et al.，2015）。另外，在骨骼肌萎縮和衰老等條件下，F(xiàn)GF-2的表達量顯著提升，而抗阻運動可以顯著降低衰老人體的血清FGF-2水平（Amir et al.，2007）。有學(xué)者認(rèn)為，過多刺激FGF-2的表達，會耗盡衛(wèi)星細(xì)胞，將導(dǎo)致骨骼肌丟失和重塑能力下降（Lacraz et al.，2015；Kim et al.，2016）。FGF-6在肌纖維和成體骨骼肌組織中都有表達，且在不同肌纖維間有差異，F(xiàn)GF-6由快肌分泌，損傷后FGF-6的表達量顯著增多（Floss et al.，1997）。

FGF-2可以直接影響人類和嚙齒動物骨骼肌的肥大和血管生成（Kim et al.，2016；Pawlikowski et al.，2017）。研究發(fā)現(xiàn)，11周的抗阻運動可以顯著提升年輕組骨骼肌中FGF-2的水平（Hanssen et al.，2013）。與FGF-6相似，F(xiàn)GF-2在不同肌纖維中的表達亦有差異性。對健康老年人進行為期12周的抗阻運動后發(fā)現(xiàn)，與年輕組相比，F(xiàn)GF-2在比目魚肌中表達顯著增高，而在脛骨前肌中卻沒有變化，結(jié)果表明，抗阻運動可有效地調(diào)控FGF-2在衰老機體中的表達量，進而阻礙骨骼肌凋亡的發(fā)生速率（Kim et al.，2016）。

1.4 雄激素（androgen）

雄激素屬于類固醇激素，必須與其受體即雄激素受體（androgen receptor，AR）相結(jié)合（圖1B）。雄激素和AR在性發(fā)育和調(diào)控整體身體成分中發(fā)揮關(guān)鍵作用，尤其是影響骨骼肌質(zhì)量和力量（Fuxjager et al.，2017；MacKrell et al.，2015）。

雄激素對骨骼肌發(fā)生作用主要通過兩個途徑：1）雄激素與其受體AR結(jié)合后進入細(xì)胞核內(nèi)與DNA上的雄激素應(yīng)答元件（androgen responsive element，ARE）結(jié)合，進而發(fā)揮功能（Li et al.，2009）；2）雄激素通過第二信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，增加細(xì)胞內(nèi)Ca+濃度，激活A(yù)kt、ERK1/2等，快速發(fā)揮效應(yīng)（圖1B）。由于IGF-1/IGF-1R的基因序列上均有ARE，因此，有研究認(rèn)為，AR促進骨骼肌肥大是通過IGF-1通路完成的（Liao et al.，2013；Michels et al.，2008）。雄激素在機體中有多個靶點基因，為了進一步探究其功能，國內(nèi)外利用AR阻斷劑和AR基因敲除等方式進行探究。李荀等（2015a，2015b）發(fā)現(xiàn)，阻斷AR能明顯抑制對ERK1/2的激活作用，與對照組比較，AR阻斷后大鼠趾長伸肌質(zhì)量和橫截面積顯著下降。利用Cre/loxP系統(tǒng)，可以在全身或特定組織中進行基因敲除，目前通過該系統(tǒng)共獲得5種AR基因敲除小鼠（Rana et al.，2014）。Dubois等（2014）發(fā)現(xiàn)，AR特異性敲除小鼠的肢體力量下降約7%，而且比目魚肌中肌纖維的類型IIa也較對照組下降10%。

不同強度和方式的運動均可引起血清睪酮、骨骼肌AR表達的變化（Fuxjager et al.，2017），無論急性運動還是長期中等強度的游泳運動均可提升股四頭肌中AR結(jié)合容量，且長期游泳者其增加幅度大于一次運動（陸一帆等，1998）。運動刺激睪酮的升高，進而促進骨骼肌細(xì)胞的增殖和蛋白合成，以及抑制骨骼肌降解從而增加肌肉質(zhì)量（Dubois et al.，2012）。AR通過調(diào)控骨骼肌快肌、慢肌的比例及增加骨骼肌肌球蛋白重鏈來提高肌肉的收縮力（李荀等，2015a）；還能通過增加骨骼肌糖原的含量，提供骨骼肌纖維收縮所需的能量影響機體的運動能力（Dubois et al.，2016）。另外，雄激素對衛(wèi)星細(xì)胞的影響也不容忽視（Hughes et al.，2016）。Chen等（2005）報道，雄激素直接調(diào)控衛(wèi)星細(xì)胞的增殖、分化，使衛(wèi)星細(xì)胞數(shù)量增加，外源性補充雄激素的舉重運動員衛(wèi)星細(xì)胞數(shù)量可增加5倍。

1.5 白細(xì)胞介素-6（IL-6）

白細(xì)胞介素-6，又叫白介素-6，是一種常見的炎癥細(xì)胞因子，在運動中刺激骨骼肌而產(chǎn)生，所以也被稱為“肌肉激素”。運動誘導(dǎo)IL-6大量提升，有助于加強脂肪酸氧化、促進胰島素刺激葡萄糖攝取以及發(fā)生抗炎癥反應(yīng)（Pedersen et al.，2008）。運動能促進IL-6的表達，如小鼠上坡跑運動（10 m/min，坡度 5°，30 min和 60 min）刺激IL-6 mRNA表達顯著升高（宋超等，2015）。國外研究發(fā)現(xiàn)，靜息狀態(tài)或未損傷的骨骼肌中幾乎檢測不到IL-6的含量，而經(jīng)過一次離心運動后IL-6的表達量顯著提升，在運動干預(yù)后的第3天達到峰值，這種短暫而迅速的激增被認(rèn)為有利于骨骼肌的增長（McKay et al.，2009；Toth et al.，2011）。研究發(fā)現(xiàn)，短期的局部提升IL-6，對促進肌肉健康、擴大葡萄糖攝取量和提高肌肉干細(xì)胞的功能有積極作用，但是也有學(xué)者觀察到，慢性提升循環(huán)系統(tǒng)中的IL-6，對骨骼肌蛋白質(zhì)的合成和骨骼肌質(zhì)量產(chǎn)生消極影響（Haddad et al.，2005）。

國內(nèi)探索運動后骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖、分化與IL-6關(guān)系的研究較少。SD大鼠經(jīng)過抗阻運動后能夠促進骨骼肌中IL-6的表達，且增殖標(biāo)志物MyoD和生肌決定因子（myogenic factor 5，Myf5）蛋白表達均顯著提升。運動后IL-6表達增加對衛(wèi)星細(xì)胞調(diào)控肌纖維增長發(fā)揮重要作用，并且在IL-6敲除小鼠負(fù)重誘導(dǎo)肥大的實驗中發(fā)現(xiàn)，IL-6基因敲除嚴(yán)重阻礙骨骼肌的肥大，與野生型小鼠骨骼肌中的肌核增加相比，骨骼肌明顯受到抑制（Serrano et al.，2008）。另外，IL-6敲除小鼠骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的全能性被嚴(yán)重抑制，尤其是衛(wèi)星細(xì)胞的增殖能力（Serrano et al.，2008）。

在動物實驗和人體實驗中，IL-6通過干預(yù)Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子（the Janus kinase/signal transducer and activator of transcriptions，JAK/STAT）信號級聯(lián)作用調(diào)控衛(wèi)星細(xì)胞的增殖。運動后可激增IL-6，對衛(wèi)星細(xì)胞的增殖和細(xì)胞循環(huán)調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄表達有積極作用，促進p-STAT3和原癌基因（cMyc）表達，而cMyc是調(diào)控細(xì)胞循環(huán)周期中G1期到S期的重要因子（McKay et al.，2009；Toth et al.，2011）。衰老組骨骼肌中細(xì)胞信號抑制劑（suppressors of cytokine signaling，SOCS）的蛋白含量相比于青年組增加了86%，因為衰老組SOCS關(guān)閉JAK/STAT通路，進而阻礙運動對人體骨骼肌中衛(wèi)星細(xì)胞的重塑能力（McKay et al.，2013）。隨著衰老的發(fā)生，骨骼肌中負(fù)反饋調(diào)控蛋白SOCS升高，SOCS結(jié)合磷酸化的JAKs，阻礙p-STAT蛋白關(guān)閉通路（Rawlings et al.，2004）。機體提升SOCS蛋白是通過抑制JAK/STAT通路，即促進衛(wèi)星細(xì)胞增殖向分化轉(zhuǎn)變（Diao et al.，2009）。

1.6 肌生成抑制蛋白（myostatin）

myostatin是轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）超級家族的重要成員之一，也是骨骼肌中唯一負(fù)調(diào)控骨骼肌生成的蛋白。McPherron是最先通過基因突變小鼠模型探索肌肉生成抑制現(xiàn)象的學(xué)者，研究發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，抑制或突變的myostatin直接誘導(dǎo)小鼠骨骼肌增加2～3倍的質(zhì)量（McPherron et al.，1997，2002）。隨后學(xué)者們對其他哺乳動物種屬如牛（Grobet et al.，1997）、羊（Clop et al.，2006）、狗（Mosher et al.，2007）等進行了類似實驗發(fā)現(xiàn)，myostatin突變后的動物模型也出現(xiàn)了相似現(xiàn)象，肌纖維增加約2倍。人體實驗也不例外，單例myostatin突變基因新生兒被鑒定為攜帶null突變，其肌肉出現(xiàn)肥大（Schuelke et al.，2004）；Ohno等（2016）發(fā)現(xiàn)，心臟毒素刺激骨骼肌后，myostatin敲除組的比目魚肌橫截面積顯著高于對照組，并且檢測到有更多的衛(wèi)星細(xì)胞進入骨骼肌纖維中。

myostatin在人體骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞中大量表達。在細(xì)胞實驗中，有報道稱myostatin蛋白阻礙成肌細(xì)胞的增殖和分化，同時上調(diào)p21調(diào)控細(xì)胞循環(huán)進程的因子（McFarlane et al.，2011；Snijders et al.，2015）。在體實驗中，myostatin對衛(wèi)星細(xì)胞的作用出現(xiàn)不同結(jié)果，如Amthor等（2009）和Wang等（2012）未發(fā)現(xiàn)myostatin敲除小鼠對衛(wèi)星細(xì)胞增殖數(shù)量和細(xì)胞池數(shù)量有顯著影響，而更多的研究認(rèn)為，抑制myostatin有利于骨骼肌的肥大和衛(wèi)星細(xì)胞的激活、融入（McPherron et al.，2002，2011；Ohno et al.，2016；Snijders et al.，2014；Suetta et al.，2013）。

兩個獨立的實驗均證實運動可下調(diào)myostatin，進而促進衛(wèi)星細(xì)胞的激活與增殖。McKay等（2012）利用MyoD+、Wang等（2012）采用BrdU進行標(biāo)記，都證明通過運動可促進衛(wèi)星細(xì)胞激活和增殖，并且觀察到循環(huán)周期的S期中衛(wèi)星細(xì)胞增多。青年組進行單次抗阻運動干預(yù)，運動12、24、48和72 h后骨骼肌myostatin含量顯著下調(diào)（Snijders et al.，2014）。骨骼肌萎縮后的恢復(fù)階段，老年組較青年組myostatin指標(biāo)顯著提升，表明衰老抑制衛(wèi)星細(xì)胞參與骨骼肌重塑進程（Suetta et al.，2013）（表1）。

表1 運動、損傷、衰老對生長因子的影響Table 1 Effects of Exercise，Injury andAging on Growth Factors in the Study.

2 運動和細(xì)胞信號分子的交互作用及對骨骼肌肥大的影響

骨骼肌的肥大主要由遺傳因素決定，體內(nèi)各種激素、生長因子和細(xì)胞因子的調(diào)控作用也是不可或缺的，特別是在運動干預(yù)下，都會促進骨骼肌的肥大（Gonzalez et al.，2017；Yoon，2017）。前文所涉及到的所有信號分子（除myostatin外）都能有效地促進骨骼肌肥大，通過一定的信號傳導(dǎo)秩序進行細(xì)胞間的分子傳遞。

2.1 交互作用下細(xì)胞中信號傳遞網(wǎng)絡(luò)促進骨骼肌肥大的作用

骨骼肌是機體最重要的動力器官，是神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器官，具有重要的免疫和內(nèi)分泌功能，可產(chǎn)生多種調(diào)節(jié)肽、激素、細(xì)胞因子和生長因子等（Hawley et al.，2014）。骨骼肌在機體中的增減處于動態(tài)平衡，經(jīng)典的PI3K通路通過IGF-1、血小板生長因子等活化作用結(jié)合蛋白激酶B，并與多種抗凋亡效應(yīng)相關(guān)的因子結(jié)合，有利于骨骼肌增長（圖2），而細(xì)胞自噬的發(fā)生和凋亡等導(dǎo)致骨骼肌減少。有關(guān)運動性骨骼肌細(xì)胞自噬和骨骼肌適應(yīng)性調(diào)控的研究進展近幾年已有綜述（錢帥偉，2015；錢帥偉等，2015），但關(guān)于通過運動刺激肌源性衛(wèi)星細(xì)胞參與，并與細(xì)胞內(nèi)各細(xì)胞信號分子相關(guān)的通路以促進骨骼肌增長卻未見總結(jié)，本小節(jié)從運動和細(xì)胞信號通路的交互作用出發(fā)，擬找出作用于骨骼肌肥大信號網(wǎng)絡(luò)中的“高頻”分子。

圖2 運動和生長因子交互作用對骨骼肌蛋白質(zhì)平衡的影響（錢帥偉2015；Verbrugge et al.，2018）Figure 2.Interaction Effect of Exercise and Growth Factors on Protein Balance in Skeletal Muscle

近期Verbrugge等（2018）報告共找到47種基因突變小鼠模型與骨骼肌質(zhì)量變化相關(guān)，其中包括18種基因敲除模型和29種基因過量表達模型。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，IGF-1、Akt和myostatin是具有最高貢獻的基因。本研究根據(jù)蛋白質(zhì)合成與蛋白質(zhì)降解通路繪制運動和細(xì)胞信號分子交互作用的信號圖（圖2）。細(xì)胞信號分子雄激素、IGF-1、IL-6、HGF、FGF2正向調(diào)控骨骼肌肥大，而myostatin逆向調(diào)控骨骼肌。1）IGF-1-Akt-mTOR信號通路。該通路是經(jīng)典的骨骼肌蛋白質(zhì)合成通路，通過IGF-1的刺激激活A(yù)kt，進而刺激mTOR激活，最終激活翻譯起始因子4e結(jié)合蛋白1（4E-binding protein 1，4EBP1）和 P70S6K，提升翻譯效率促進骨骼肌蛋白質(zhì)合成（Holz et al.，2005）。2）myostatinsmad信號通路。myostatin是調(diào)控骨骼肌功能和體積的重要分子，可通過下游Smad2/3促進蛋白質(zhì)降解增加，進而調(diào)控蛋白質(zhì)平衡（Sartori et al.，2015）。3）血管緊張素緩激肽（angiotensin-bradykinin）信號通路。有報道稱血管緊張素轉(zhuǎn)化酶的缺失會影響骨骼肌的力量和肥大作用，認(rèn)為angiotensin-bradykinin信號通路參與骨骼肌質(zhì)量和體積的調(diào)控（Gordon et al.，2001）。

圖中顯示IGF-1-Akt-mTOR通路和myostatin-smad通路研究交織程度較高，根據(jù)不同細(xì)胞信號分子之間的交互關(guān)系得出以下相交的關(guān)鍵分子：MAPK、4EBP1、Akt、PI3K、mTOR。

2.2 交互作用刺激衛(wèi)星細(xì)胞激活、增殖、分化等過程促進骨骼肌肥大

運動（尤其是抗阻運動）可誘導(dǎo)衛(wèi)星細(xì)胞的激活，使其從靜息狀態(tài)變?yōu)榫哂懈杉?xì)胞特性的激活態(tài)，擁有自我復(fù)制和定向分化功能（Brack et al.，2016；Le Moal et al.，2017）。衛(wèi)星細(xì)胞的激活方式包括運動、損傷、低氧、氧化應(yīng)激等；阻礙激活的方式有衰老、疾病、輻射、基因操作等（金晶，2017）。細(xì)胞信號分子的分布廣泛，在血液、骨骼肌、肝臟甚至最新發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星細(xì)胞中都有表達，且對衛(wèi)星細(xì)胞激活等生物學(xué)功能起到重要作用（Pawlikowski et al.，2017；Snijders et al.，2015）。因而對衛(wèi)星細(xì)胞參與的骨骼肌重塑過程中各階段細(xì)胞信號是如何作用的，有必要從運動和細(xì)胞信號分子的交互作用入手（圖3）。

圖3 運動和生長因子交互作用對衛(wèi)星細(xì)胞的影響Figure 3. Interaction Effect between Exercise and Growth Factors on Satellite Cells

衛(wèi)星細(xì)胞長期處于靜息狀態(tài)，當(dāng)受到外界刺激或運動后被激活，通過自我復(fù)制進行細(xì)胞池的回補，通過增殖、分化進行骨骼肌的修復(fù)和增粗肥大（Le Moal et al.，2017）。細(xì)胞信號分子在運動后衛(wèi)星細(xì)胞重塑過程中發(fā)揮的作用基本與信號通路相類似。研究發(fā)現(xiàn)，在衛(wèi)星細(xì)胞分化階段，HGF出現(xiàn)了負(fù)調(diào)控衛(wèi)星細(xì)胞融合進入肌纖維。

3 結(jié)論和展望

本研究綜述了運動對細(xì)胞信號分子促進骨骼肌肥大和衛(wèi)星細(xì)胞激活、增殖、分化等的影響，運動或細(xì)胞信號分子都具有決定衛(wèi)星細(xì)胞命運的作用（Verbrugge et al.，2018）。運動后骨骼肌肥大的內(nèi)在機制研究有助于對人體運動積累的本質(zhì)和運動能力提升的根源探索，骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞重塑的研究將有利于改善衰老引起的骨骼肌丟失癥狀，為治療骨骼肌萎縮等相關(guān)疾病提供研究思路（Lee et al.，2019）。

本研究提出1）運動可有效刺激多種細(xì)胞信號分子的分泌，IGF1-Akt-mTOR通路和myostatin-smad通路的研究較為深入，而angiotensin-bradykinin信號通路的研究深度不夠，運動促骨骼肌肥大機制的探究主要研究對象為肌纖維，缺少對毛細(xì)血管等其他組織的研究。2）運動對IL-6、HGF、FGF-2的影響研究，主要通過基因過表達和基因敲除技術(shù)及運動干預(yù)等研究方法，而對于運動是如何刺激IL-6促進PI3K正向激發(fā)、HGF和FGF-2是如何作用于MAPK而促進骨骼肌蛋白質(zhì)合成的研究較少，因而促進骨骼肌肥大的機制還需進一步挖掘。3）由于衛(wèi)星細(xì)胞在組織中含量少和提取技術(shù)不夠成熟等多種客觀原因，運動促進衛(wèi)星細(xì)胞激活的研究，多為細(xì)胞實驗和基因技術(shù)研究，運動長期干預(yù)的研究較少。4）多個細(xì)胞信號分子共同參與骨骼肌肥大過程，單一分子的敲除或過表達研究無法揭示其內(nèi)在規(guī)律，因而建議采用誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞“山中因子”（Takahashi et al.，2006）的篩選方式（從20個有效因子中篩選出真正作用的4個因子），根據(jù)運動后骨骼肌肥大和衛(wèi)星細(xì)胞重塑所涉及的相關(guān)交集分子和“高頻”基因進行篩選，以期有新的研究發(fā)現(xiàn)。