（运动人体科学专业论文）抗阻、有氧运动对自然衰老小鼠骨骼肌sarcopenia关联的自噬系统相关基因表达的影响.pdf

d i s s e r t a t i o no fm a s t e r ，2 0 11 旧删必jf洲f删 s c h o o lc o y 19 0 4 芗岩石 s t u d e n tn u m b e r ：5 1 0 8 1 0 0 0 0 2 9 e , l a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y e f f e c t so fe x e r c i s eo ns a r c o p e n i a - - a s s o c i a t e d a u t o p h a g y - - r e l a t e dg e n e se x p r e s s i o ni n s k e l e t a lm u s c l eo fn a t u r a la g i n gc 5 7 b l 6 m o u s e d e p a r t m e n t ：里h y i 堡垒! 曼亟堕鱼丛i q n 鱼h 星垒! ! h q ! ! 曼g 曼 m a j o r ： k i 旦曼墨i q ! q g y r e s e a r c hd i r e c t i o n ： 旦丕星! 堡i 墨曼i 避亟鱼垒p ! 丛i q 坠 a d v i s o r ：l uj i a n m a s t e rc a n d i d a t e ： z h 垦q ) 鱼旦g i 坠旦 m a y 2 0 1 1 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文抗阻 关联的自噬系统相关基因表达的影响，是 肌s a r c o p e n i a ( 请勾选) 学 位期间，在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内 容外，本论文不包含其他个人己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 盔苎耆垦率 日期： 77 年霸l ib 华东师范大学学位论文著作权使用声明 抗阻、有氧运动对自然衰老小鼠骨骼肌s a r c o p e n i a 关联的 的影响系本人在华东师范大学攻读学位期间在导师指导下完成 基因表达 ( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规 定保留和使用此学位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网” 送交学位论文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查 阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索， 将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) 一 ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密 学位论文半， 于 ( 年月日解密，解密后适用上述授权。 ) 2 导师签名 授权。 本人签名趣趣晕 知年朋w 日 赵丞至硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 丁树哲教授华东师范大学主席 李世昌教授华东师范大学 徐波教授华东师范大学 论文摘要 随着中国改革开放的深入与经济建设的突飞猛进，人们的物质生活水平有了质的飞 跃，但随之而发生的是生活方式及饮食习惯的改变，如身体活动减少、摄入过多脂类和 糖类、吸烟、酗酒等，这就造成许多“现代文明病 的发生，即人们由于体力活动减少， 热量摄入增多，导致机体热量处于正平衡状态，体脂堆积增加，骨骼肌质量减少等。这 些病症一旦出现，对机体的影响就会持续下去，特别是骨骼肌巾葡萄糖代谢紊乱造成胰 岛素抵抗( i r ) ，会诱导特定信号通路激活，导致骨骼肌发生一系列退行性变化， s a r c o p e n i a 就是其中威胁老年人骨骼肌健康的危险病征之一。 s a r c o p e n i a 是一种在老年人中常见的以骨骼肌质量( 数量和体积) 和力量随增龄下 降为特征的病任，其中以i i 型肌纤维为主。它可致使机体功能降低、劳动能力丧失甚至 于生活不能自理，虽然这种病征在老年人中很常见，并且严重威胁老年人的健康及生活 质量，但就目前来说，其发生机制还不是很清楚。其中蛋白质代谢失衡是重要原因之一， 研究显示，随着年龄增加骨骼肌蛋白质合成能力下降而其降解速度却增快，这就造成由 蛋白质为主构成的骨骼肌体积的下降，继而发生肌力下降。另一重要机制就是细胞凋亡 的发生可能导致了骨骼肌细胞数量的减少，从而造成骨骼肌萎缩。其中线粒体介导的 c a s p a s e 依赖性细胞凋亡被认为是s a r c o p e n i a 发生的主要因素。但近年来发现i i 型程序 性细胞死亡自噬性程序性细胞死亡( a u t o p h a g y ) 可能在s a r c o p e n i a 的发生发展中也起 到关键作用。a u t o p h a g y 作为细胞内重要的蛋白质降解途径，其对s a r c o p e n i a 不仅限于 可直接发生细胞凋亡从而减少骨骼肌纤维数量，还在于它可调控骨骼肌内蛋白质代谢平 衡。a u t o p h a g y 的失活或者过度激活都将影响细胞内蛋白质含量，并将激发一些列连锁 反应。所以无论是细胞凋亡通路还是蛋白质代谢失衡，a u t o p h a g y 对骨骼肌的调节作用 将非常关键，这可能为预防和治疗s a r c o p e n i a 提供新的启示。众所周知，运动特别是抗 阻运动可以促进骨骼肌生理性肥大，这就为预防和缓解s a r c o p e n i a 提供了思路，研究也 显示抗阻运动可在一定程度范围内延缓s a r c o p e n i a 的发生，但不同时限的抗阻训练可能 造成不同的影响。另外，抗阻运动预防s a r c o p e n i a 的作用机制还不是很清楚，虽然很多 学者从不同角度进行了研究与探讨，但尚未发现有研究者从自体吞噬的角度说明探讨 s a r c o p e n i a 的发生机制，及运动延缓s a r c o p e n i a 的作用机制。 本文通过对c 5 7 b l 6 自然衰老小鼠进行终身跑台、爬梯运动训练，利用q p c r 的 生物学方法检测a u t o p h a g y 相关基因l c 3 、b e c l i n l 、l a m p 2 和b n i p 3 的表达，探讨 s a r c o p e n i a 发生发展中a u t o p h a g y 的变化及运动训练对自体吞噬相关基因表达的影响， 试图从自体吞噬的角度理解和解释s a r c o p e n i a 的发生机制和运动预防s a r c o p e n i a 的作用 机理。方法：5 4 只c 5 7 b l 6 小鼠随机分为青年对照组( y c ) 、老年对照组( o c ) 、终身跑 台组( l e ) 、终身爬梯组( l r ) 、老年跑台组( o e ) 、老年爬梯组( o r ) 六组，每组各9 只，其 中y c 组为3 月龄，其余各组自然生长至2 0 月龄。l e 组和l r 组分别进行为期1 7 个 月的跑台和爬梯训练，o e 组和o r 组分别进行为期2 个月的跑台和爬梯训练，跑台、 爬梯训练每周3 次。利用q p c r 的生物学方法检测a u t o p h a g y 相关基因l c 3 、b e c l i n l 、 l a m p 2 和b n i p 3 的表达，并根据实际适应情况调整运动量与强度。结果：1 ) c 5 7 b l 6 自然衰老小鼠骨骼肌质量下降，出现严重s a r c o p e n i a 任状。2 ) 与y c 组比较，o c 组小 鼠l c 3 b 、l a m p 2 b 和b n i p 3m r n a 表达量显著升高，l c 3 a 、b e c l i n l 和l a m p 2 am r n a 的变化无显著性差异。3 ) 与o c 组相比，终身耐力训练可使l c 3 a 显著升高；使l c 3 b 、 b e c l i n l 、l a m p 2 a 、l a m p 2 b 和b n i p 3m r n a 表达量显著降低。4 ) 与o c 组相比，终 身抗阻训练可使l c 3 a 、b e c l i n l 、l a m p 2 am r n a 表达量降低，但无显著性差异；使 l c 3 b 、b n i p 3m r n a 得表达量显著降低。5 ) 与l e 组相比，b e c l i n l 、l a m p 一2 a 、l a m p 2 b 表达量升高，且具有极显著性差异。结论：1 ) 2 0 月龄c 5 7 b l 6 小鼠符合s a r c o p e n i a 研 究标准，可作为研究s a r c o p e n i a 的模式动物。2 ) 2 0 月龄c 5 7 b l 6 小鼠l c 3 b 、l a m p 2 b 和b n i p 3m r n a 表达量显著升高，且l c 3 b l c 3 a 比值显著升高推测自体吞噬活性显著 升高，可能造成细胞过度自噬造成蛋白质降解增加，出现骨骼肌质量减少，进而诱导产 生s a r c o p e n i a 。3 ) 终身耐力运动可在小鼠青壮年时期控制体重，且可以显著降低l c 3 b 、 b e c l i n l 、l a m p 2 a 、l a m p 2 b 和b n i p 3m r n a 表达量及l c 3 b l c 3 a 比值，说明终身耐 力运动可以有效抑制细胞过度的自体吞噬，从而缓解s a r c o p e n i a 任状。4 ) 终身抗阻训 练可有效控制小鼠体重直至老年期，且可以显著降低l c 3 b 、b n i p 3m r n a 表达量提示 终身抗阻训练可在一定范围内降低自体吞噬活性，减少蛋白质降解。5 1 与l e 组相比， l r 组b e c l i n l 、l a m p 2 a 、l a m p 2 b 表达量升高，且具有极显著性差异，提示终身耐 力训练控制过度自体吞噬效果要优于终身抗阻训练。 关键词：骨骼肌衰减任；自体吞噬；l c 3 ；b e c l i n l ；l a m p 2 ；b n i p 3 ；耐力运动；抗阻运动； a b s t r a c t s a r c o p e n i ai sag e n e r a ls y n d r o m et h a ti sc h a r a c t e r i z e db yap r o g r e s s i v el o s so fs k e l e t a l m u s c l em a s s ( q u a n t i t ya n ds i z e ) a n ds t r e n g t h ，e s p e c i a l l yt h et y p ei im u s c l ef i b e r i tc a nc a u s e t h ed e c l i n eo fb o d yf u n c t i o n ，a n de v e nl o s so fl i f e a l t h o u g ht h i ss y n d r o m ei sc o m m o ni n o l d e rp e o p l e ，a n dh a v eas e r i o u st h r e a tt ot h eh e a l t ha n dq u a l i t yo fl i f eo fo l d e rp e r s o n s ，i t s m e c h a n i s mi sn o tv e r yc l e a r o n eo ft h ei m p o r t a n tr e a s o n st h a tc a u s es a r c o p e n i ai st h e i m b a l a n c ei np r o t e i nm e t a b o l i s m s e v e r a ls t u d i e sr e v e a l e dt h a ts k e l e t a lm u s c l ep r o t e i n s y n t h e s i si sd e c l i n e da n do nt h ec o n t r a r y , t h es k e l e t a lm u s c l ep r o t e i nd e g r a d a t i o ni si n c r e a s e d i nt h ee l d e r l yp e o p l e t h e s ea l t e r e dt h ep r o t e i nc o m p o s i t i o no fs k e l e t a lm u s c l es u b s e q u e n t l y c a u s e dt h ed e c l i n ei nm u s c l em a s s ( q u a n t i t ya n ds i z e ) a n df i n a l l ym a d et h em u s c l es t r e n g t h d e c l i n e d a n o t h e ri m p o r t a n tm e c h a n i s mi st h eo c c u r r e n c eo fa p o p t o s i si ns e n e s c e n ts k e l e t a l m u s c l ec e l l sw h i c hm a yl e a dt oar e d u c t i o ni ns k e l e t a lm u s c l ec e l l s ，a n dr e s u l ti ns k e l e t a l m u s c l ea t r o p h y i nw h i c hm i t o c h o n d r i a - m e d i a t e dc a s p a s e d e p e n d e n ta p o p t o s i si sc o n s i d e r e d t ob et h em a i nf a c t o r b u ti nr e c e n t y e a r s t h e t y p e i ip r o g r a m m e dc e l l d e a t h - - a u t o p h a g y - - h a s b e e ns h o w e dt h a tt h e r ei sak e yr o l ei nt h e d e v e l o p m e n to f s a r c o p e n i a a u t o p h a g ya sa ni m p o r t a n ti n t r a c e l l u l a rp r o t e i nd e g r a d a t i o np a t h w a y , i t sr o l ei n s a r c o p e n i ai sn o to n l yl i m i t e dt oc a u s et h ec e l ld e a t hd i r e c t l y , b u ta l s oc a nl e a dt or a p i d p r o t e i nd e g r a d a t i o n b o t he x c e s s i v ea c t i v a t i o na n d o ri n a c t i v a t i o no fa u t o p h a g y ，w i l la f f e c t t h ep r o t e i nc o n t e n to fc e l l s ，a n ds t i m u l a t ean u m b e ro fc o l u m n sc h a i nr e a c t i o n s ot h i s p r o v i d eu san e wi n s p i r a t i o nf o rt h ep r e v e n t i o na n dt r e a t m e n to fs a r c o p e n i at h a ti fw ec a n r e g u l a t et h ea u t o p h a g yf l u xb ys o m ei n t e r v e n t i o n st oc o n t r o lt h eo c c u r r e n c eo fs a r c o p e n i a a s w ea l lk n o w , s p o t s ，i np a r t i c u l a rr e s i s t a n c ee x e r c i s e ，c a np r o m o t ep h y s i o l o g i c a lh y p e r t r o p h y ， w h i c hp r o v i d e sf e a s i b l ei d e a sf o rt h ep r e v e n t i o na n dt r e a t m e n to f s a r c o p e n i a o b j e c t i v e ：t h i sa r t i c l ei sd e s i g n e dt od e t e r m i n et h ea l t e r a t i o n so fa u t o p h a g yi n2 0 一m o n t h s c 5 7 b l 6s k e l e t a lm u s c l ew i t hs a r c o p e n i a ，a n dt oo b s e r v et h ee f f e c to fal i f e - l o n ge n d u r a n c e a n dr e s i s t a n c ee x e r c i s eo nt h ea u t o p h a g yr e l a t e dg e n e s e x p r e s s i o n s oa st op r o v i d es o m e e f f e c t i v ew a y st h a tc a nc o u n t e r w o r ks a r c o p e n i af o rs k e l e t a lm u s c l e m e t h o d s ：5 4c 5 7 b l 6m i c ew e r er a n d o m l yd i v i d e di n t oy o u n gc o n t r o lg r o u p ( y c ) ，a g e d c o n t r o lg r o u p ( o c ) ，l i f e l o n gt r e a d m i l lg r o u p ( l e ) ，l i f e l o n gl a d d e rg r o u p ( l r ) ，o l dt r e a d m i l l g r o u p ( o e ) ，o l da g el a d d e rg r o u p ( o r ) ，9f o re a c hg r o u p t h ea g eo fy cg r o u pm i c ea r e3 m o n t h sa n do t h e rg r o u p sa r er a i s e dn a t u r a l l yt o2 0m o n t h s l eg r o u pa n dt h el r g r o u pw e r e e n g a g e di nat r e a d m i l la n dl a d d e r - c l i m b i n gt r a i n i n gf o r17m o n t h sr e s p e c t i v e l y , o eg r o u pa n d o rg r o u pe n g a g e di nat r e a d m i l la n dl a d d e r - c l i m b i n gt r a i n i n go n l yf o r2m o n t h sr e s p e c t i v e l y t h ee x e r c i s ep e r f o r m e do n c ead a ya n dt h r e ed a y saw e e k a f t e rt h a tq p c rw a su s e dt o d e t e c t t h eb i o l o g i c a la u t o p h a g yr e l a t e dg e n e sl c 3 ，b e c l i n l ，l a m p - 2a n db n i p 3m r n a e x p r e s s i o n r e s u l t s ：1 ) w i t ht h ea g i n gg r o w i n g ，s k e l e t a lm u s c l em a s sd e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yi nn a t u r a l a g i n gc 5 7 b l 6m i c e ，a n dt h es a r c o p e n i ai so c c u r r e di nt h e s em i c e 2 ) c o m p a r e dw i t ht h ey c g r o u p ，l c 3 b ，l a m p - 2 ba n db n i p 3m r n ae x p r e s s i o nw a ss i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e di no c g r o u p ，a n dl a m p 一2 am r n ae x p r e s s i o nw a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e 3 ) c o m p a r e dw i t ht h e o c g r o u p ，l i f e l o n ge n d u r a n c et r a i n i n gc a ns i g n i f i c a n t l yi n c r e a s et h er a t i oo fl c 3 a l c 3 b ，a n d i n c r e a s eb e c l i n l ，l a m p - 2 a ，l a m p - 2 bm r n ae x p r e s s i o ns i g n i f i c a n t l y , b u tb n i p 3m r n a e x p r e s s i o nw a ss i g n i f i c a n t l yr e d u c e d 4 ) c o m p a r e dw i t ht h eo cg r o u p ，l i f e l o n gr e s i s t a n c e t r a i n i n gc a nd e c r e a s el c 3 a , b e c l i nl ，l a m p 一2 am r n ae x p r e s s i o n ，b u tn os i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e ；a n dc a l ld e c r e a s el c 3 b ，b n i p 3m r n ae x p r e s s i o ns i g n i f i c a n t l y 5 ) c o m p a r e dw i t h t h el e ，b e c l i nl ，l a m p - 2 a ，l a m p - 2 be x p r e s s i o nw a si n c r e a s e d ，a n dh a sav e r ys i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e c o n c l u s i o n ：1 ) 2 0m o n t h so l dc 5 7 b l 6m i c ec a nb eu s e da s t h em o d e la n i m a lo f s a r c o p e n i a 2 ) w i t ht h ea g i n gg r o w i n g ，t h ea u t o p h a g yf l u xw a si n c r e a s e d ，a n dt h i si n c r e a s i n g m a y b ee x c e s s i v et h a tc a nc a u s et h ei n c r e a s i n go fp r o t e i nd e g r a d a t i o n ，a n dr e d u c et h es k e l e t a l m u s c l em a s s ，l e a dt os a r c o p e n i ai n2 0m o n t h so l dc 5 7 b l 6m i c e 3 ) l i f e l o n ge n d u r a n c e t r a i n i n gc a nc o n t r o lt h eb o d yw e i g h ti ny o u n gm i c e ，a n dc a ne f f e c t i v e l yi n h i b i te x c e s s i v e a u t o p h a g y , t h u se a s i n gs a r c o p e n i as y m p t o m s 4 ) l i f e l o n gr e s i s t a n c et r a i n i n gc a ne f f e c t i v e l y c o n t r o lt h eb o d yw e i g h to fm i c eu pt ot h eo l da g e ，a n dc a nr e d u c ea u t o p h a g i ca c t i v i t ya n d p r o t e i nd e g r a d a t i o ni nac e r t a i nr a n g et op r e v e n tt h ed e v e l o p m e n to fs a r c o p e n i a 5 ) c o m p a r e d w i t ht h el eg r o u p ，b e c l i nl ，l a m p 一2 a ，l a m p 一2 bm r n ae x p r e s s i o nw a si n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l yi nl rg r o u p ，s u g g e s t i n gt h a tl i f e l o n ge n d u r a n c et r a i n i n gh a dab e t t e re f f e c to n t h ec o n t r o lo fe x c e s s i v ea u t o p h a g yt h a nt h el i f e - l o n gr e s i s t a n c et r a i n i n g k e yw o r d s ：s a r c o p e n i a ；a u t o p h a g y ；l c 3 ；b e c l i n l ；l a m p 一2 ；e n d u r a n c et r a i n i n g ；r e s i s t a n c e t r a i n i n g ； 目录 第一部分文献综述部分1 la u t o p h a g y 与骨骼肌衰老1 1 1a u t o p h a g y 概述1 1 2a u t o p h a g y 与骨骼肌衰老的关系一2 2a u t o p h a g y 与s a r c o p e n i a 的关系4 2 1s a r c o p e n i a 概述4 2 2a u t o p h a g y 与s a r c o p e n i a 的关系6 3 运动与s a r c o p e n i a 的关系1 2 4 运动与a u t o p h a g y 的关系1 4 第二部分实验部分16 l 前言1 6 一l 刖吾 2 材料与方案1 7 2 1 实验动物1 7 2 2 实验方案1 7 2 3 动物处死与取材1 9 2 4 主要试剂与仪器1 9 2 5 指标检测2 0 2 6 统计方法2 4 3 实验结果2 4 3 1 各组小鼠体重变化及s a r c o p e n i a 判定2 4 3 2 各组小鼠l c 3m r n a 相对表达量2 8 3 3 各组小鼠b e c l i n l m r n a 相对表达量3 l 3 4 各组小鼠l a m p 一2m r n a 相对表达量3 2 3 5 各组小鼠b n i p 3m r n a 相对表达量3 5 4 分析与讨论3 6 4 1 跑台、爬梯训练对c 5 7 b l 6 自然衰老小鼠体重的影响3 6 4 2 跑台、爬梯训练对c 5 7 b l 6 自然衰老小鼠腓肠肌l c 3m r n a 表达的影 响3 8 4 3 跑台、爬梯训练对c 5 7 b l 6 自然衰老小鼠腓肠肌b e c l i n l m r n a 表达的 影向4 0 4 4 跑台、爬梯训练对c 5 7 b l 6 自然衰老小鼠腓肠肌l a m p 一2m r n a 表达的 影响4 2 4 5 跑台、爬梯训练对c 5 7 b l 6 自然衰老小鼠腓肠肌b n i p 3m r n a 表达的 影响4 3 5 结论4 5 参考文献4 6 后记：5 5 第一部分文献综述部分 1a u t o p h a g y 与骨骼肌衰老 1 1a u t o p h a g y 概述 骨骼肌作为机体的运动器官，在进行身体活动时，为了适应各种复杂多变的动作结 构，肌肉细胞组织会高度结构化从而产生和维持机械张力。肌纤维胞浆充满了由收缩蛋 白装配而成的重叠结构，其中最基本的单位就是肌小节。肌球蛋白丝分布在肌小节的中 心，而肌动蛋白丝分布在肌小节的外缘，一些由肌浆网包围并且有序排列的肌小节形成 肌原纤维，各种细胞器嵌入在这些肌原纤维中如生成a t p 的线粒体、调节钙释放的肌浆 网等。收缩蛋白和细胞器的有序组装不同于身体其他部位的细胞组织，在这些组织中线 粒体、内质网和蛋白质可以自由的移动。此外，肌纤维形态也不同于其他组织细胞，它 是一类很大的细胞其长度可以以厘米计，包含数以百计的细胞核。因此很难想象肌细胞 是如何控制线粒体精细而又复杂的工作以及如何协调内质网和肌质网的网络活动，同时 在如此精确而又细长的结构中是如何内吞和外吐囊泡的。肌组织在分解代谢条件下会发 生一系列改变：蛋白质动员、线粒体和肌质网重塑、肌核缺失等。另外，骨骼肌每天的 收缩能使其蛋白质和细胞器产生机械性或代谢性的损害和改变，如：身体活动需要线粒 体产生能量，但线粒体在产生能量的同时也生成活性氧( r o s ) ，对细胞内其他成分造 成毒害作用。因此肌细胞需要一个有效系统来消除毒性蛋白及异常和功能失常的细胞 器。自体吞噬系统( a u t o p h a g y ) 就扮演这样的角色，它能产生双层膜结构的小泡用以 吞没部分细胞质、细胞器、糖原和蛋白质聚集体【l ，2 】，然后形成自噬体传达给溶酶体降解。 尽管自体吞噬系统有如此重要的功能，但它在骨骼肌质量控制中的作用最近才开始有所 研究。 a u t o p h a g y 一词是一个希腊语合成词，其中“a u t o ”指的是“自身”，而“p h a g y ” 指的是“吃”的意思，所以a u t o p h a g y 的字面意思就为“自己吃掉自己”，翻译为自体 吞噬，是维持细胞代谢至关重要的过程，通过此过程可以使细胞内某些成分在溶酶体作 用下被降解【3 j ，其实质是指细胞将自己细胞质的一部分( 如线粒体和内质网) 包围起来 形成液泡( 自体吞噬泡) ，再依靠初级溶酶体供应的水解酶将其消化，整个生理过程可 由饥饿和激素的作用等诱导而产生。自体吞噬发挥作用有三种机制( 图1 ) 分别为：一、 小自噬或者叫微吞噬( m i c r o a u t o p h a g y ) ，指溶酶体本身直接通过膜的内陷或突出俘获溶 解在胞质中的内含物和废用的细胞器并使其降解的过程。虽然此种类型的自体吞噬在酵 l 母和哺乳动物细胞中都有发现，但其具体作用机制还没有得到完全解释。二、分子伴侣 介导的自噬( c h a p e r o n e m e d i a t e d a u t o p h a g y , c m a ) ，指胞质内具有特殊结构的五肽底物 蛋白质分子伴侣选择性结合待降解物后通过特殊的受体溶酶体相关膜蛋白2 a ( l a m p 2 a ) 被转运到溶酶体腔中，然后被溶酶体酶分解。c m a 的底物是可溶的蛋白质分子，在清 除蛋白质时有选择性，而大自噬和小自噬并无选择性。三、大自噬或者叫巨吞噬 ( m a c r o a u t o p h a g y ) ，此种自噬涉及具有双层膜结构的亚细胞结构自噬体 ( a u t o p h a g o s o m e ) 的形成，自噬体包绕胞质待降解物运输至溶酶体降解。大自噬始于自 噬小泡的形成，自噬小泡发展成长最终形成成熟的自噬体。由于内分泌与自体吞噬的通 路有交叉重合，使的自噬体可能与胞内体发生融合产生“二联体 ，然后二联体或者自 噬体再与溶酶体融合形成自溶酶体( a u t o l y s o s o m e ) 。在自溶酶体中待降解物质被酸性水 解酶降解，其中酸性水解酶包括蛋白酶、脂肪酶、糖苷酶和核酶等。大自噬两个重要的 功能表明其在骨骼肌中重要作用：一、当蛋白酶体系统降解蛋白质聚集失败时大白噬能 够激活【4 】。二、大白噬有其独特的作用，即是目前为止线粒体降解的唯一机制【5 j ，所以 通过自噬作用移除功能失调或损伤的线粒体变的非常重要。 l k e y ：舰p r o t e i n 圆m i t o c h o n d 哟n - c h a p e r o n e ol y s o s o m a lh y d r o l a s e | 图1 自体吞噬的三种不同作用机制( 引自t i b o r v 等【6 】) 1 2a u t o p h a g y 与骨骼肌衰老的关系 2 l 世纪人类面临的最主要的挑战之一是人口老龄化的加剧以及由此而带来的经济、 社会、政治等方面的巨大压力，在一些发达国家寿命预期( l i f ee x p e c t a n c y ) 甚至超过 2 了8 0 岁并且在接下来的半个世纪还有继续增加的可能1 7 j 。随着老年人比例的逐渐增加， 了解认识衰老发生的生物学基础以及衰老相关疾病的分子机制就显得尤为重要，特别是 衰老机制及其调节。这样就可以从遗传学和病理学方面给予积极干预从而延缓因衰老而 发生机能下降，增加预期健康( h e a l t he x p e c t a n c y ) 。自体吞噬系统作为细胞内主要的“垃 圾清理工”，在两个方面可能造成骨骼肌衰老：首先自噬活性下降导致细胞无法及时清 除代谢废物，造成代谢废物的堆积，久而久之激活细胞内凋亡信号通路或造成细胞凋亡， 从而导致衰老。其次，由于增龄或者其它刺激造成自噬活性过度升高，自体吞噬活性的 过度升高容易造成对细胞内细胞器或蛋白质的“误杀”，造成细胞器损坏和蛋白质过度 降解，从而造成细胞死亡进而诱导衰老发生。 在许多真核生物中，衰老是由受损的大分子和细胞器逐渐累积而促成的【_ 7 引，细胞 内由于氧化应激、错误折叠、交叉结合和异常聚集等造成大分子结构异常从而不能发挥 正常功能。此外，受损的大分子、细胞器以及它们的聚集物还可通过干扰细胞信号通路、 作为结合蛋白受体或者发送错误信号等方式危害细胞。因此，清除这些有害物质对于维 持细胞正常功能，延缓衰老有着重要的作用。细胞损伤发生在生物体整个生命周期中， 如电离辐射、内源性因子包括特异性酶和线粒体活性氧产物等都可造成大分子功能异常 1 9 】，细胞异常成分的终身积累导致细胞功能下降，最终导致器官功能下降，威胁生命。 因此，衰老的实质是无法修补的损伤随着时间的积累造成组织器官健康自然下降的过程 【8 】。细胞损伤积累也是多种衰老相关疾病的发病原因包括癌症、骨骼肌萎缩、神经病变 和感染等【7 j ，如d n a 的氧化损伤造成双链或单链的破坏，在修复过程中的重组可产生 基因突变诱发癌症发生。因此在高龄人中这些疾病是造成死亡的主要原因。事实上衰老 发生机制与这些疾病潜在的分子机制之间还有相当大的差异。一些特定的保守信号通路 及调节蛋白分别参与衰老、细胞分裂和死亡的过程，如胰岛素i g f 一1 ( i n s u l i n 1 i k eg r o w t h f a c t o r 1 ) 信号系统和肿瘤抑制因子p 5 3 1 0 】等。 对模式动物的遗传学研究显示单个基因的突变可显著延长寿命【8 】，如降低胰岛素 i g f 1 受体活性的突变能使线虫寿命增倍，使雌性小鼠寿命增加6 0 。有趣的是，这些 影响寿命的基因是通过改善细胞本身的维护和修复机制来实现其作用的【7 1 ，如果真是这 样，那么细胞分子伴侣及细胞自降解系统在衰老过程中将扮演重要角色，特别是泛素蛋 白酶体系统和溶酶体介导的自体吞噬系统，可维持在衰老过程中受损的细胞稳态。作为 分子伴侣的热休克蛋白和应激蛋白可通过协助重新折叠或者蛋白酶体降解等方式保护 胞质蛋白的稳定构象，而研究也证明热休克蛋白的强力表达可增加无脊椎动物的寿命 【l j 】。但是蛋白酶体的活性随着衰老而下降，所以只要能阻止蛋白酶体活性随年龄而发生 的降低就能在一定程度上延长寿命。自体吞噬是真核生物细胞主要的降解途径【2 】，对于 受损大分子的清除、长寿蛋白的更新都是必需的，也是降解细胞内多余及功能失调细胞 器的唯一机制。自噬降解有两个主要细胞功能：一，大分子被降解后的产物包括氨基酸， 脂肪酸可以作为能源物质为细胞提供能量；二，消除细胞内废用的大分子和细胞器，维 持细胞正常功能。自体吞噬也参与细胞在各科一应激条件下的快速应答反应，如在缺氧和 高温等条件下自体吞噬也能快速动员参与应激。此外，自体吞噬在细胞生长、分化、生 存及抵抗胞内微生物等方面都有重要的作用，人类各种随衰老而发生的机能改变如肌肉 衰减任( s a r c o p e n i a ) 、癌症、神经退行性病变、抽风、感染和心脏病等都与自体吞噬功 能下降有关i l 一。 低效的自体吞噬是造成骨骼肌细胞衰老相关损伤的主要原因，如：不可降解的溶酶 体束缚脂褐素、蛋白质聚集和线粒体损伤。研究发现自体吞噬随衰老发生相关改变的程 度具有器官特异性，在肝脏自体吞噬活性衰老而降低【l2 1 ，而w o h l g e m u t h ，s e 等的研究 表明衰老大鼠心脏自体吞噬活性可以维持【l 引。然而，仅靠这样的证据可能还不足以反驳 随年龄增长而发生的细胞内的损伤程度。 普遍认为线粒体在骨骼肌凋亡调节中起中心的作用，被认为是骨骼肌衰老和其他萎 缩过程中肌细胞流失发病机理的关键因素1 4 , 1 5 】。线粒体内成分的氧化损伤( 包括细胞内 线粒体外成分的氧化损伤) 、呼吸作用及能量生成受损、线粒体更新改变等被认为是线 粒体凋亡信号的潜在激发事件。鉴于大自噬是目前为止受损线粒体降解的唯一机制，因 此，自噬作用缺失可能导致损伤线粒体的堆积，反过来又诱导线粒体氧化损伤，触发凋 亡事件发生。研究表明大鼠骨骼肌线粒体中，相比c a s p a s e 依赖性细胞凋亡通路而言， 非c a s p a s e 依赖性的凋亡通路在骨骼肌减少中起着更加主要的作用【l6 1 。因此可以推测自 体吞噬移除受损线粒体可以预防或减弱健康细胞线粒体介导的细胞凋亡，同时可以作为 预防和延缓骨骼肌质量和功能流失的一种策略。相似的，如若自体吞噬在细胞内被充分 激活或者异常激活，可导致发挥正常功能的细