肌肉生長抑制素與終末期肝病肌肉減少癥的關(guān)系

趙 琴，楊軍杰，鐘炎平，李 姍，劉園園，雷 旭，劉 龍，譚華炳

1 十堰市人民醫(yī)院(湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬人民醫(yī)院)感染性疾病科，肝病研究所，湖北 十堰 442000；2 湖北省房縣人民醫(yī)院 檢驗科，湖北 十堰 442100

肌肉減少癥(myopenia disease, MD)是與增齡相關(guān)的、進行性、廣泛性骨骼肌質(zhì)量減少和力量下降，以及由此造成機體功能和生活質(zhì)量降低甚至導(dǎo)致死亡的臨床綜合征[1]。MD在癌癥和慢性病的人群中也普遍存在，MD導(dǎo)致生存率、生活質(zhì)量下降，并發(fā)癥上升，對預(yù)后產(chǎn)生不利影響[2]。研究MD在腫瘤和慢性病患者中的發(fā)病現(xiàn)狀和干預(yù)方法對改善腫瘤和慢性病患者的預(yù)后具有重要意義。

肝臟是人最大的消化、吸收、代謝器官，受腫瘤和肝硬化等慢性病影響大。肝細胞癌(HCC)是原發(fā)性肝癌最主要的病理學(xué)類型。終末期肝病(end-stage liver disease, ESLD)是HCC和肝硬化的統(tǒng)稱。ESLD患者常合并MD，MD與預(yù)后不良有關(guān)[3]，是ESLD患者死亡的獨立危險因素。既往認為肝臟對糖、脂肪、氨基酸等營養(yǎng)元素和能量的代謝有非常重要的調(diào)節(jié)作用，肝病患者可逐漸出現(xiàn)不同程度的營養(yǎng)不良癥狀，表現(xiàn)為MD和脂肪組織減少。近年發(fā)現(xiàn)激素、細胞因子改變也參與了ESLD患者MD的發(fā)生和發(fā)展。肌肉生長抑制素(myostatin，MSTN)是已知的負性肌肉調(diào)節(jié)因子，對骨骼肌生長發(fā)育有負性調(diào)節(jié)作用[4]，通過調(diào)控成肌細胞增殖影響肌肉生長，本文主要對MSTN與ESLD的關(guān)系作一綜述。

1 MSTN的基礎(chǔ)研究概述

生長因子在生長發(fā)育中發(fā)揮重要作用，主要包括TGFβ等多種成分。MSTN是一種分泌型TGFβ超家族蛋白，又稱生長分化因子8(growth differentiation factor 8, GDF-8)，在兒童發(fā)育中和成年骨骼肌中均有表達。MSTN是由24氨基酸信號肽、243氨基酸前肽和10氨基酸成熟蛋白組成的376氨基酸前蛋白[5]，它控制成肌細胞增殖，是骨骼肌質(zhì)量的負調(diào)節(jié)因子。動物體出生后，MSTN基因主要通過限制骨骼肌纖維數(shù)量和大小對骨骼肌生長發(fā)育起著重要的抑制作用[6]，MSTN過量表達，動物的肌肉量降低、肌纖維數(shù)量和肌核數(shù)量減少，組織中脂肪含量明顯升高；MSTN缺失或部分抑制的動物，其肌肉表現(xiàn)出明顯的增生和/或肥大，脂肪積累顯著降低，抑制飲食引起的肥胖；MSTN拮抗劑可降低MSTN的水平，改善肌肉質(zhì)量。

2 MSTN對ESLD患者營養(yǎng)代謝的影響

2.1 MSTN對ESLD患者糖、脂質(zhì)、能量代謝的影響 MSTN主要表達于成熟或發(fā)育的肌肉組織中，可通過自分泌或旁分泌形式抑制成肌細胞增殖和分化，參與糖類代謝和攝取的調(diào)控，調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝并對脂肪沉積起抑制作用，調(diào)節(jié)能量代謝，通過影響糖類代謝、脂質(zhì)代謝和能量代謝影響惡病質(zhì)的發(fā)生和進展。MSTN不僅是肌肉生長負性調(diào)節(jié)因子，而且對脂肪代謝、糖代謝、能量代謝也有調(diào)節(jié)作用，阻斷MSTN不僅可促進肌肉生長，還可以增加能量消耗，可用于減緩或預(yù)防肥胖和2型糖尿病的發(fā)展[7-10]。研究[11]表明大鼠MSTN基因敲除可使肌肉量大量增加，與此同時葡萄糖利用率增加，胰島素敏感性上升，脂肪含量下降，從而抑制肥胖。癌癥細胞(cancerous cell, CC)代謝與正常細胞有很大區(qū)別，表現(xiàn)為特征性糖酵解致葡萄糖轉(zhuǎn)運速率增加，丙酮酸氧化減少，乳酸生成增加，脂肪酸周轉(zhuǎn)增加，脂肪酸氧化速率下降[12-13]。氧化應(yīng)激反應(yīng)可引起細胞損傷、進而導(dǎo)致細胞凋亡已經(jīng)得到公認。CC在氧化應(yīng)激上與正常細胞有區(qū)別，可能對氧化應(yīng)激更敏感，因為代謝應(yīng)激和增殖能力增加會產(chǎn)生高內(nèi)源性活性氧水平[14-15]。為了對抗氧化應(yīng)激損傷，CC會通過Warburg效應(yīng)增加糖酵解和減少線粒體呼吸以減少氧化應(yīng)激，保護細胞免受氧化應(yīng)激損傷[16-17]。Warburg效應(yīng)是癌癥進展、抗腫瘤治療藥物耐藥、患者不良預(yù)后的主要原因[18]。MSTN減少對抑制肝臟脂肪變性和脂肪在肌肉組織中積聚有益[19]，推測MSTN的缺失可能有對抗癌癥和癌癥惡病質(zhì)由于脂肪酸氧化和活性氧(ROS)增加誘導(dǎo)的細胞凋亡而導(dǎo)致的肌肉損失作用。反過來，監(jiān)測腫瘤患者MSTN水平可以判斷癌癥患者惡病質(zhì)程度。

2.2 MSTN對ESLD患者營養(yǎng)的影響 臨床發(fā)現(xiàn)ESLD患者肌肉質(zhì)量和數(shù)量下降、皮下脂肪減少，并預(yù)示生存率、生活質(zhì)量下降，肝硬化并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展等[20]。既往將這些歸因于消化、吸收、合成障礙，腫瘤高代謝狀態(tài)，內(nèi)毒素血癥，活動能力下降；近年發(fā)現(xiàn)這些改變與MSTN密切相關(guān)。MSTN表達增加誘發(fā)線粒體功能障礙、ROS增加、蛋白質(zhì)合成減少，增加自噬介導(dǎo)的蛋白質(zhì)水解，并可能導(dǎo)致患者合成與代謝相抵抗、營養(yǎng)補充反應(yīng)不足；通過抑制MSTN表達，可有效緩解肌肉損失[21]。研究者[22]通過建立腫瘤惡病質(zhì)小鼠模型，使用化學(xué)藥物阻斷MSTN信號通路，使腫瘤惡病質(zhì)小鼠的肌肉損失減少、生存時間延長，提示通過抑制MSTN活性可能對治療肌營養(yǎng)不良、癌癥惡病質(zhì)、MD和廢用性肌萎縮等有效。MD或骨骼肌量減少是肝硬化等ESLD的主要臨床表現(xiàn)[23]，是肝性腦病的獨立危險因素，也是影響生存時間和生活質(zhì)量的獨立因素，增加了感染的風險，并降低肝移植存活率[24]。與肝硬化的其他并發(fā)癥在肝臟移植后改善，甚至消除不同，MD通常在肝移植后惡化，在肝移植前評估MD的程度十分重要[25]。研究人員檢測了重組MSTN基因?qū)π∈蠊趋兰〖毎挠绊?，發(fā)現(xiàn)重組蛋白可抑制骨骼肌細胞增生及DNA和蛋白質(zhì)的合成，從而抑制肌細胞生長，其機理為MSTN抑制細胞增殖相關(guān)的蛋白表達，上調(diào)細胞周期依賴性磷酸轉(zhuǎn)移酶抑制因子，抑制成肌細胞從G1向S期轉(zhuǎn)化[26]。由于供體原因、經(jīng)濟原因、病情原因，肝硬化患者進行肝移植的比率較低，一方面對肝移植前MD程度和發(fā)生率進行評估[27]；更重要的是，對MSTN增高并發(fā)MD的發(fā)病機理及干預(yù)通路進行研究，以抑制由于MSTN增高并發(fā)MD導(dǎo)致的肝移植后生存時間、生活質(zhì)量下降。肝硬化患者MD除與MSTN相關(guān)外，營養(yǎng)因素也是重要原因，對營養(yǎng)狀況進行評價十分重要。凝血酶原時間(PT)或國際標準化比值(INR)、白蛋白、前白蛋白、肌酐、身高指數(shù)、BMI等被用于對ESLD患者營養(yǎng)狀況進行評價，但這些指標受肝功能、腎功能影響較大。肝硬化患者(包括肝硬化進展至HCC患者)具有特征性細胞外液增多、MD和脂肪組織減少。男性肝硬化腹水患者可因體液增加掩蓋肌肉和脂肪組織的損失(男性肝硬化肌肉消耗更多，女性脂肪組織消耗更多)。鑒于MSTN是導(dǎo)致ESLD患者MD、脂肪減少、惡病質(zhì)的最主要原因，降低MSTN對改善ESLD患者預(yù)后的重要性不言而喻?；A(chǔ)研究[28]發(fā)現(xiàn)光氧化是一種很有前途的蛋白質(zhì)失活方法，該方法將被光激發(fā)催化劑激活的分子氧插入到目標蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)中，通過修飾改變蛋白質(zhì)的序列，導(dǎo)致靶蛋白失活。研究者[24,29]利用光氧化催化劑對MSTN結(jié)合肽進行了功能化，導(dǎo)致MSTN失活。通過將光氧化劑引入MSTN結(jié)合肽，對引入后新的位點設(shè)置光氧化的開關(guān)。當改變后的新位點結(jié)合淀粉樣結(jié)構(gòu)的催化劑時，可以誘導(dǎo)光氧化，導(dǎo)致MSTN失活。這種方法為ESLD通過MSTN途徑導(dǎo)致MD和惡病質(zhì)的治療提供了一種新的策略。

3 MSTN對HCC等腫瘤發(fā)生發(fā)展的影響

肝硬化性心肌病這類ESLD重要的臨床表現(xiàn)最先在酒精性肝硬化(alcoholic cirrhosis，ALC)中被發(fā)現(xiàn)、與肝硬化程度密切相關(guān)一樣[30-31]，MSTN與HCC的關(guān)系也是最先在ALC向HCC發(fā)展的病例中被發(fā)現(xiàn)。多中心ALC研究[32]發(fā)現(xiàn)，血清MSTN與ALC患者HCC發(fā)生有關(guān)，MSTN與目前HCC篩查指標脫-γ-羧基凝血酶原(desgamma-carboxy-prothrombin, DCP)相似，優(yōu)于甲胎蛋白(AFP)；特別是在HBV相關(guān)HCC篩查領(lǐng)域與DCP 和AFP聯(lián)合篩查相似[33-34]，具有良好的應(yīng)用前景。而且在預(yù)測AHC患者2.5、3、5年發(fā)展至HCC方面具有較高的敏感度和特異度。Cox分析發(fā)現(xiàn)MSTN水平是ALC進展為HCC的獨立危險因素[35]。MSTN對HCC發(fā)展的預(yù)測作用，驗證了血清MSTN水平對肝硬化患者生存率的影響，說明在ALC患者中，高基線水平MSTN與5年內(nèi)發(fā)生HCC的風險顯著相關(guān)。為研究MSTN升高是否為HCC的獨有現(xiàn)象，研究者對胃癌、肺癌、食管癌癌組織、癌旁組織MSTN表達進行了研究，發(fā)現(xiàn)MSTN在不同腫瘤組織和人類癌細胞中的表達顯著增加[27]。MD和惡病質(zhì)被認為是晚期腫瘤死亡的主要原因，高水平的MSTN提示發(fā)生了惡病質(zhì)，說明動態(tài)觀察惡性腫瘤患者MSTN水平變化可能對發(fā)現(xiàn)腫瘤惡化復(fù)發(fā)有益。為進一步研究MSTN與人癌癥發(fā)生之間的關(guān)系，科學(xué)家通過體外培養(yǎng)的人類癌細胞系肝癌(Huh-7, HepG2)、宮頸癌(HeLa)、肺腺癌基底上皮(A549)細胞和非癌細胞HEK293中的MSTN表達水平，發(fā)現(xiàn)癌癥細胞中MSTN表達水平顯著高于非致瘤性HEK293細胞；反過來，研究者用病毒介導(dǎo)的shRNAs敲除肝癌(Huh-7, HepG 2)、宮頸癌(HeLa)、肺腺癌基底上皮(A549)和HEK293細胞的MSTN基因，與對照shRNA細胞相比，所有MSTN-shRNA轉(zhuǎn)染細胞的MSTN mRNA水平均顯著降低，證明MSTN確實與腫瘤細胞增殖相關(guān)；進一步研究用CRISPR/cas9敲除宮頸癌HeLa細胞中MSTN基因，發(fā)現(xiàn)基因敲除的細胞生長速度下降7倍，說明MSTN基因敲除顯著抑制了癌細胞的增殖。以上研究證明MSTN是與癌細胞生長相關(guān)的一種因子，能引起嚴重骨骼肌消耗，導(dǎo)致MD與腫瘤進展相關(guān)[36]。上述研究結(jié)果在小鼠C26結(jié)腸癌模型中也得到驗證[37]。說明MSTN不僅是腫瘤病情發(fā)生和進展的指標，而且可以通過抑制MSTN通路治療癌癥惡病質(zhì)。已有研究[38]證實基于阻斷MSTN通路的治療策略可顯著延長荷瘤動物的生存期。

4 展望

MSTN是一種癌癥相關(guān)蛋白，可誘導(dǎo)肌肉損失并與腫瘤進展相關(guān)，MSTN導(dǎo)致癌癥患者MD、惡病質(zhì)是患者生存時間和生存質(zhì)量下降的主要原因。MSTN調(diào)控研究一方面會成為癌癥患者病情進展干預(yù)靶點，另一方面會成為防治肌肉減少、惡病質(zhì)的干預(yù)靶點。針對癌癥病因治療(如HCC的抗病毒治療)，以及針對癌癥綜合治療、靶向治療滅活MSTN、使用MSTN拮抗劑、通過中醫(yī)藥辨證施治等，可能是未來癌癥防治研究的熱點之一。MSTN在非腫瘤性終末性疾病(如肝硬化、肝硬化性心肌病)病情進展中的價值，以及通過MSTN途徑干預(yù)可能是改變預(yù)后的途徑。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：趙琴負責論文撰寫，資料分析；楊軍杰、鐘炎平、李姍、劉園園、雷旭等負責文獻檢索；劉龍、譚華炳等負責科研思路設(shè)計，指導(dǎo)論文撰寫和定稿。