肌肉衰老的秘密

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肌肉衰老的秘密

      很棒哦!你已经超过30岁,进入了人生的黄金时期了。不过却要告诉你一些坏消息,你已经开始失去肌肉了。而且更糟的是60岁以上的成年人中有多达四分之一,80岁以上的成年人中,有一半的人手臂和腿部比年轻时更瘦。这表明大部分人随着年龄的增长,肌肉的含量越来越低,似乎衰老与肌少同行。


     1988年,塔夫茨大学的欧文·罗森伯格创造希腊根术语“少肌症”来形容这个年龄肌肉相关的缺乏。肌肉衰老可能有几个潜在因素,包括肌肉干细胞数量减少,线粒体功能障碍,蛋白质质量和数量下降,以及荷尔蒙放松管制。肌肉质量的减少与肌肉无力相关,并且导致肌肉无力,这可能使许多严重患者难以进行日常活动,例如爬楼梯、登山等。反过来又会导致不活动,这本身会导致任何年龄段的肌肉损失。因此,这样进入恶性循环,最终导致跌倒,失去独立,甚至过早死亡的风险增加。


     好消息是,科学运动可以避免甚至逆转肌肉损失和虚弱。最近的研究表明,身体活动可以促进线粒体健康,增加蛋白质周转,并恢复参与肌肉功能的信号分子水平。但是,虽然科学家们已经了解了很多关于衰老的问题,并且知道运动可以减缓不可避免的事情,但这种关系的细节才刚刚开始成为焦点。

肌肉干细胞的作用


     骨骼肌由在胚胎和胎儿发育期间和出生后由肌肉前体细胞或成肌细胞融合形成的多核纤维组成,直到组织达到其成人大小。成熟的纤维是有丝分裂后的,意味着它们不再分裂。结果,在成年期,只有肌肉干细胞的存在才能使肌肉生长和修复成为绝对可能。


     1961年,洛克菲勒大学生物物理学家Alexander Mauro利用电子显微镜首次描述了肌肉干细胞,称其为“卫星细胞”,因为它们位于肌纤维的外围。随后,研究人员证明卫星细胞是唯一能够修复肌肉的细胞 - 这解释了为什么老年人肌肉损伤的恢复缓慢且往往不完整:卫星细胞的数量从年轻成人肌肉细胞的8%下降在大约70至75岁之后仅为0.8%。


     当然,卫星细胞分裂和修复能力的下降也可能是罪魁祸首,但研究并不支持这一观点。在1989年进行的开创性研究中,密歇根大学的生物学家Bruce Carlson和John Faulkner表示,从2岁大鼠中分离出的肌肉在接种到2至3个月大的大鼠时修复得更快更好。最近,我们从年轻人和老年人身上分离出这些细胞,并惊讶地发现老年人卫星细胞在培养中以及年轻受试者中生长。


     然而,我们检查的老年人卫星细胞的表观遗传指纹发生了显着变化,许多基因通过DNA甲基化被抑制。已知一种称为sprouty 1的基因是细胞静止的重要调节因子。减少的sprouty 1表达可以限制卫星细胞的自我更新,并且可以部分解释在衰老过程中人体肌肉中观察到的卫星细胞数量的逐渐下降。实际上,刺激sprouty 1表达可防止与年龄相关的卫星细胞损失,并抵消小鼠神经肌肉接头的年龄相关性退化。


线粒体贡献者


     其他可能肌肉衰老的罪魁祸首是线粒体,即肌肉的强大动力。为了有效地工作,骨骼肌需要足够数量的全功能线粒体。这些细胞器占人体肌纤维体积的约5%至12%,这取决于活动和肌肉专长(快速抽搐与慢抽搐)。研究表明,线粒体形态,数量和功能的异常与老年人观察到的肌肉质量减少密切相关。


     2013年,诺华公司的David Glass及其同事发现线粒体代谢途径的标志物随着老年大鼠的显着下调,这与肌肉减少症的发病有关。尽管发现仅仅是相关,定时和线粒体基因表达的下降之间近乎完美的关系和少肌症的发作提供了强有力的证据表明,线粒体功能障碍可能是驱动肌肉减少症。调节线粒体裂变和维持线粒体体积和功能的融合过程的基因表达和蛋白质的产生也下降,这表明线粒体动力学在肌肉衰老过程中也受到干扰。


     与肌肉干细胞衰退一样,线粒体健康状况不佳的根本原因可能是基因调控。2016年,来自雀巢健康科学研究所和英国曼彻斯特城市大学的AlicePannérec及其同事检查了大鼠和人体肌肉的转录组,发现两种物种对肌肉减少症的易感性与线粒体过程中涉及的基因网络失调密切相关。细胞外基质的调节和纤维化,由细胞外基质蛋白的积累引起的肌肉中过量结缔组织的形成。


蛋白质质量控制


      即使他们吃大量的蛋白质,老年人通常也不能保持肌肉质量,可能是因为他们的身体不能足够快地将蛋白质转化为肌肉,以跟上组织破裂的自然速度。此外,老年人的肌肉经历较低水平的自噬,这是一种在健康状态下回收使用和损坏的蛋白质,细胞器和其他细胞结构的过程。这可能导致蛋白质产生和降解之间的不平衡,这可能与肌肉老化有关。


请参阅“ 吃自己的生活:自噬在健康和疾病中的作用 ”


     还有其他方法减少自噬可能导致肌肉衰老和衰老期间的肌肉无力。为了保持肌肉力量,肌肉细胞必须摆脱随时间累积的细胞内垃圾。在肌肉细胞的情况下,这种垃圾包括旧的细胞器,如线粒体和内质网,受损蛋白质团块和自由基,所有这些都会随着时间的推移而变成细胞毒性。通过回收线粒体,肌肉纤维可以促进能量产生并保持肌肉功能。如果肌肉纤维未能清除这些潜在危险的实体,它们将变得更小和更弱。果然,在Marco Sandri的一项研究中在意大利帕多瓦大学的小组,其骨骼肌缺乏控制自噬的主要基因之一,Atg7,具有严重的肌肉损失和年龄依赖性肌肉无力。

血液信号


 2005年,斯坦福大学干细胞生物学家托马斯·兰多 及其同事将年轻和老鼠的血液循环结合起来,发现年轻小鼠血液中的因子能够恢复老年小鼠的肌肉修复。现在众所周知,循环激素和生长因子的水平随着年龄的增长而急剧下降,这对肌肉衰老有影响。实际上,激素替代疗法可以有效地逆转肌肉老化,部分是通过激活参与蛋白质合成的途径。

参见“ 老年人如何重获青春 ”


肌肉衰老如何:肌肉减少症,随着年龄的增长肌肉质量的减少,可以早在30岁开始,并影响大部分老年人。



     而且,肌肉本身是一种分泌性内分泌器官。当肌肉收缩流入血液时产生的蛋白质,无论是自身还是包裹在膜结合的囊泡中,保护它们免受循环酶的降解。丹麦炎症和代

谢中心和体育活动研究中心的Bente Pedersen是第一个使用术语肌球蛋白来描述这些蛋白质的人。分泌的肌细胞因子可以局部作用于肌细胞或其他类型的细胞,如成纤维

细胞和炎症细胞,以协调肌肉生理和修复,或者它们可以在远端器官(如大脑)中起作用。


      尽管已经在培养物中鉴定了这些肌细胞中的一些,但人类肌肉纤维分泌多达965种不同的蛋白质 - 研究人员才刚刚开始了解它们在肌肉衰老中的作用。第一个被鉴定的肌

细胞因子白细胞介素-6(IL-6)通过降低肌肉环境中炎性细胞因子的水平参与肌肉维持,同时增加胰岛素刺激的葡萄糖摄取和脂肪酸氧化。循环水平高的IL-6老年人更容易

发生肌肉减少症。另一种肌球蛋白,胰岛素样生长因子1(IGF-1),可以引发肌纤维肿胀,包括运动后。IGF-1水平随着年龄的增长而降低,IGF-1结合的细胞表面受体的水

平也是如此,过表达IGF-1的小鼠对年龄相关的肌肉减少症具有抗性。

      来自法国INSERM-图卢兹大学代谢与心血管疾病研究所的Nathalie Viguerie及其同事最近发现了一种新的肌球蛋白,他们称之为apelin。研究人员已经证明,这种肽可以

纠正许多在老化肌肉放松管制的途径。当注射到老鼠体内时,apelin促进新线粒体的形成,刺激蛋白质合成,自噬和其他关键代谢途径,并通过增加卫星细胞的数量和功能

来增强衰老肌肉的再生能力。与IGF-1一样,人体衰老过程中循环apelin的水平下降,这表明将apelin水平恢复到年轻成人的水平可能会改善肌肉减少症。



锻炼以对抗肌肉衰老


      虽然肌肉损失的原因很多且很复杂,但现在有大量证据表明配合科学运动可以预防或逆转这些与年龄相关的部分变化,而不活动会加速肌肉衰老。例如,今年早些时候,

伯明翰大学的 Janet Lord和伦敦国王学院的Steven Harridge检查了125名男性和女性业余自行车运动员的肌肉,并证明一生的常规运动可以减缓肌肉老化:没有损失那些年

龄较大且经常锻炼的人的肌肉质量或肌肉力量。更令人惊讶的是,免疫系统也没有老化。

      运动对肌肉健康的影响可能通过与年龄相关的肌肉损失和虚弱的机制起作用。例如,通过锻炼可以增加卫星细胞的数量,并且活跃的老年人比久坐不动的人拥有更多的

这些细胞。这就是为什么髋关节和膝关节手术前的运动可以加速老年人的康复。


      身体活动也会影响肌肉的线粒体。缺乏运动会降低骨骼肌中线粒体的效率和数量,而运动会促进线粒体健康。去年,帕多瓦大学桑德里实验室的Caterina Tezze发现

OPA1水平下降与老年受试者肌肉质量和力量减少之间存在强烈的相关性,而OPA1水平则是保持在一生中经常锻炼的高级运动员的肌肉中。

与年龄相关的肌肉疾病-肌肉减少症


是衰老的一般过程的一部分,但它可以在一些迟发性肌肉疾病中过早触发。例如,眼咽肌营养不良症(OPMD)是一种罕见的遗传性疾病,主要影响眼睑(眼部)和咽部(

咽部)肌肉。多腺苷酸 结合蛋白核1(PABPN1)的突变基因导致异常蛋白质的产生,该蛋白质仅在肌纤维的细胞核中形成聚集体。该疾病的晚期发病通常出现在50至60岁

之间,表明受影响的肌肉多年来成功应对异常蛋白质。然而,处理异常蛋白质的能力随着年龄而降低,消除和聚集之间的不平衡可能引发OPMD的发作。


OPMD显示与严重退行性疾病的机制相似性,其中RNA干扰代谢和RNA结合蛋白的病理组装参与细胞质或核聚集体的形成。在患有脊髓小脑性共济失调,ALS,阿尔茨海默

氏症,亨廷顿氏症或帕金森病的患者中,这些聚集体在神经元中形成。在肌强直性营养不良和包涵体肌炎的情况下,它们在肌肉纤维中形成。确定RNA代谢的确切改变是研

究肌肉衰老的研究人员面临的一个有趣问题。值得注意的是,所有这些疾病的特征还在于在衰老肌肉中观察到异常的线粒体。


对这些疾病的研究不仅应该导致特定的治疗方法,还应该针对普遍健康的老年人群进行干预。反过来也是如此:了解如何延缓肌肉老化可能提供改善病理状况的工具。因此

,病理生理学和衰老领域之间的合作来研究动物和细胞模型存在的这些疾病应该成为未来研究的焦点。


科学运动可以预防或逆转部分与年龄相关的变化,而不活动会加速肌肉衰老。


运动甚至可以刺激肌肉细胞,以维持更年轻的基因转录物和蛋白质水平。例如,来自明尼苏达州罗切斯特的梅奥诊所的Sreekumaran Nair及其同事发现,高强度有氧间歇

训练逆转了许多与年龄相关的肌肉成分差异,包括恢复线粒体蛋白水平。和西蒙Melov在巴克研究所研究老龄化和马克Tarnopolsky加拿大麦克马斯特大学及其同事发现,

虽然健康老年人(平均年龄70岁)的基因表达谱与阻力运动训练计划之前的线粒体功能障碍一致,但在短短六个月内,这种基因指纹完全逆转表达水平与年轻受试者中观

察到的水平相当。此外,运动改善了肌肉功能:老年人在训练前比年轻人弱59%,之后只有38%弱。不同类型的运动可以在肌肉中引发可变但特定的反应。例如,根据奈

尔的研究,力量训练在制造肌肉方面是有效的,而有氧运动(如骑自行车和步行)的高强度间歇训练在细胞水平上对抗与年龄相关的损失和虚弱具有最大的影响


运动似乎也会影响自噬。2011年12月,桑德里和他的同事们首次在小鼠中报告自噬活动可以通过自愿体力活动来增强,在这种情况下,在跑步机上运行。2012年1月,德

克萨斯大学西南医学中心的Beth Levine团队证实,运动可以迅速增加自噬活动,并且运动需要自噬才能产生有益效果:无法增加自噬的体力活跃的小鼠没有显示跑步后肌

肉质量,线粒体含量或胰岛素敏感性的任何增加。


最后,运动也可以明显恢复随年龄增长而下降的肌细胞因子水平。例如,当老年受试者遵循常规的身体活动计划时,他们的身体表现的改善与循环apelin水平的增加之间存

在直接关联。类似地, 伊万Bautmans从布鲁塞尔自由大学表明,增加的循环炎症标志物的水平与老年患者肌肉疲劳相关,并且阻力训练青壮年降低炎性myokines。

通过这些机制和我们尚未发现的其他机制,运动可以提高老年人的整体力量,特别是骨骼肌的代谢活力。作为人体中最丰富的组织,占其总质量的30%至40%,肌肉不仅

对运动和呼吸至关重要,而且对葡萄糖,脂质和氨基酸稳态也很重要。因此,与年龄相关的肌肉质量和质量的丧失有助于老年患者常见的一般代谢功能障碍。在年龄较大的

女性中,一小时的快走行动在第二天产生了升高的胰岛素敏感性。因此,锻炼以试图对抗肌肉衰老的后果永远不会太晚。


Gillian Butler-Browne在法国巴黎的SorbonneUniversité,INSERM,Institut de Myologie,Centre de Recherche en Myologie研究神经肌肉疾病和基因治疗。在同一个

机构,Vincent Mouly研究健康和疾病的肌肉再生,Anne Bigot研究肌肉衰老,Capucine Trollet研究与年龄相关的肌肉疾病和基因治疗。

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