【原】返老還童不是夢！橙皮苷改善骨骼肌減少癥機制研究

腦聲常談 2023-08-16 發(fā)布于上海

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2023年8月7日CHA大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院食品科學(xué)與生物技術(shù)系Boo-Yong Lee研究團隊在Cells雜志上發(fā)表文章“Hesperidin Ameliorates Sarcopenia through the Regulation of Inflammaging and the AKT/mTOR/FoxO3a Signaling Pathway in 22–26-Month-Old Mice”揭示了橙皮苷通過調(diào)節(jié)炎癥和AKT/mTOR/FoxO3a信號通路在22-26月齡小鼠中改善骨骼肌減少癥。

面對全球老齡化社會，維持老年人的健康和生活質(zhì)量非常重要。與年齡相關(guān)的肌肉質(zhì)量和力量的喪失，被稱為骨骼肌減少癥，它嚴重降低了生活質(zhì)量并增加了患各種疾病的風(fēng)險。在本研究中，作者研究了橙皮苷（HES）對炎癥的抑制作用，目的是評估其作為治療骨骼肌減少癥的潛在用途。該研究利用22-26月齡的小鼠，對應(yīng)于70歲與衰老相關(guān)的骨骼肌減少癥的人類，和3-6個月大的年輕小鼠。每日給予HES 8周，使老年小鼠的肌肉質(zhì)量和力量增加，肌纖維大小增加。HES還恢復(fù)了被衰老破壞的免疫穩(wěn)態(tài)，如M1/M2巨噬細胞比例的失衡。作者發(fā)現(xiàn)HES增加老年小鼠中胰島素樣生長因子-1的表達，調(diào)節(jié)AKT/mTOR/FoxO3a信號通路改善了骨骼肌減少癥。因此，HES是一種很有前景的老年人骨骼肌減少癥候選抑制劑，其作用是通過維持免疫穩(wěn)態(tài)來實現(xiàn)。

圖一橙皮苷對老年小鼠的身體質(zhì)量、肌肉力量、大小和質(zhì)量的影響

為了評估HES對年齡相關(guān)骨骼肌減少癥的影響，作者研究了22-24月齡的小鼠，由于自然衰老而有進行性骨骼肌減少癥，與70歲的人類對應(yīng)，3-6月大的小鼠與20-30歲的人類對應(yīng)。老年對照（OM）組在8周的研究中顯示出體重下降。相比之下，在使用HES治療的8周期間，體重沒有下降。治療前，OM Ctrl組的握力明顯低于年輕對照（YM）組的2倍以上。OM Ctrl組的握力在8周的研究中逐漸下降，與年齡相關(guān)的骨骼肌減少癥一致。然而，用HES治療8周不僅防止了握力的下降，而且穩(wěn)定地增加了OM組肌肉力量。此外，YM HES10組的握力略有增加。發(fā)現(xiàn)OM Ctrl組的QUA和GAS肌肉質(zhì)量明顯低于YM組，OM Ctrl組伴隨肌肉損失的體重下降受到抑制，表明HES改善了老年小鼠的骨骼肌減少癥。

圖二橙皮苷對老年小鼠中巨噬細胞亞群的影響

衰老過程中發(fā)生的低度慢性炎癥，與肌肉損失密切相關(guān)。為了建立先前證實的HES對骨骼肌減少癥的抑制作用，作者研究了HES是否對老年小鼠的炎癥有保護作用。OM Ctrl組脾細胞中CD11b+F4/80+巨噬細胞的百分比明顯高于YM組；此外，OM Ctrl組的M0/M1巨噬細胞比例高于YM Ctrl組。HES治療也傾向于減少或消除老年小鼠中M1、M2c和M2a巨噬細胞數(shù)量中的差異。

圖三橙皮苷對老年小鼠M1巨噬細胞數(shù)量和血清中促炎細胞因子的影響

接下來，作者研究了HES是否影響巨噬細胞浸潤GAS肌肉組織的變化。OM Ctrl組中CD45+F4/80+巨噬細胞的比例高于YM組，而OM HES5和OM HES10組的比例較低。OM Ctrl組的M1巨噬細胞比例遠高于YM組，但OM HES治療組的比例與YM組相似。OM Ctrl組中巨噬細胞增多，特別是M1巨噬細胞，表明老年小鼠發(fā)生炎癥。作者檢測了巨噬細胞分泌的促炎細胞因子的血清濃度。發(fā)現(xiàn)M1巨噬細胞分泌的IL-6、IL-1β和TNF-α的血清濃度比YM組高得多，但HES處理降低了這幾種炎癥因子。結(jié)合以上發(fā)現(xiàn)，這表明HES通過改善炎癥來改善老年小鼠的骨骼肌減少癥，而炎癥通過影響巨噬細胞群而導(dǎo)致肌肉損失。

圖四橙皮苷對老年小鼠FoxO3a和E3泛素連接酶表達的影響

為了建立HES改善骨骼肌減少癥的分子機制，作者檢測了FoxO3a的表達，該表達通過誘導(dǎo)蛋白水解導(dǎo)致肌肉萎縮。未磷酸化的FoxO3a進入細胞核，增加參與泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的蛋白編碼基因的表達，而磷酸化的FoxO3a仍留在細胞質(zhì)中，并不誘導(dǎo)蛋白水解。OM Ctrl組的QUA和GAS肌肉中p-FoxO3a/FoxO3a的表達量均低于YM組。這與OM Ctrl組中Fbx32和MuRF1的高表達有關(guān)，這是由FoxO3a激活的E3泛素連接酶。然而，在OM HES組中，p-FoxO3a/FoxO3a的表達顯著升高，因此Fbx32和MuRF1的含量較低。這些數(shù)據(jù)表明，HES通過調(diào)節(jié)老年小鼠骨骼肌中FoxO3a的激活來抑制蛋白泛素化，從而減少了肌肉的損失。

圖五橙皮素對老年小鼠AKT/mTOR信號通路的影響

在衰老過程中，性激素濃度與肌肉質(zhì)量有密切的關(guān)系，特別是與衰老相關(guān)的雌激素濃度的降低導(dǎo)致促炎細胞因子濃度的增加和IGF-1濃度的降低，而IGF-1誘導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，加劇骨骼肌減少癥。OM Ctrl組的血清中促炎細胞因子的濃度較高，而雌二醇和IGF-1的濃度則低于YM組。而HES給藥后，OM HES組的血清雌二醇濃度略有升高，而IGF-1組的血清雌二醇濃度也顯著升高。作者接下來研究了HES對刺激蛋白質(zhì)合成的AKT/mTOR信號通路激活的影響。被IGF-1激活的PI3K蛋白在OM HES處理組的QUA和GAS處理組中的表達也較高。這些結(jié)果表明，HES處理增加了IGF-1的分泌，促進了AKT/mTOR信號通路，從而糾正了老年小鼠骨骼肌中蛋白質(zhì)合成的缺陷。

圖六 HES對老年小鼠肌纖維大小和肌原性轉(zhuǎn)錄因子表達的影響

為了確定HES對肌纖維大小的影響，作者對QUA和GAS肌肉進行了組織學(xué)分析。作者測量了各組QUA和GAS肌肉中肌原性轉(zhuǎn)錄因子的表達，發(fā)現(xiàn)在OM Ctrl組的兩種肌肉中，MyoD、MEF-2和肌原蛋白的表達均低于YM Ctrl組。然而，HES給藥使所有這些蛋白的表達量都增加到了YM組的水平。這些發(fā)現(xiàn)表明，給老年小鼠使用HES可改善年齡誘導(dǎo)的肌纖維大小的減少。

總之，作者已經(jīng)證明了HES通過調(diào)節(jié)老年小鼠的M1巨噬細胞來抑制炎癥，這是骨骼肌減少癥的主要原因。發(fā)現(xiàn)HES通過AKT/FoxO3a信號通路減少肌肉蛋白降解，并通過AKT/mTOR信號通路誘導(dǎo)肌肉蛋白合成。通過這些作用，給≥值22個月大的小鼠注射HES，持續(xù)8周，可改善肌肉力量、質(zhì)量和纖維大小。使用HES作為一種食品添加劑治療8周后，對小鼠沒有顯示出任何負面影響。因此，作者認為HES可以作為一種延緩老年人骨骼肌減少癥的功能性食物。