日本京都府立大學研究生院生命環境科學研究科的龜井康富教授、大藪葵博士(現隸屬於國立長壽醫療研究中心)等與靜岡縣立大學、一般財團法人生產性老齡化研究機構、九州大學、熊本大學組成的聯合研究團隊宣佈,通過開展全覆蓋的代謝物分析發現,肌肉萎縮時骨骼肌內代謝發生顯著變化的現象,以及骨骼肌內「多胺」這一物質的合成缺陷是肌肉萎縮的特徵。該發現有望為肌肉減少症的新療法開發提供助力,相關成果已發表在期刊《Cell Reports》的8月6日刊上。

圖1研究概要。肌肉萎縮時產生的代謝變化以及肌肉萎縮時的多胺合成缺陷(供圖:京都府立大學)
肌肉萎縮由老化、癌症、營養缺乏及活動不足等多種因素引起,會導致需護理人群增加、醫療費用上升,已成為社會性課題。隨著老化出現的骨骼肌數量與功能下降被稱為「肌肉減少症」,會提升跌倒、骨折風險及認知症的發病風險。但目前,此類肌肉萎縮會在骨骼肌內引發何種代謝變化仍未完全明確。
此次,研究團隊採用包含疾病致肌肉萎縮在內的多種模型小鼠(癌症惡病質、活動不足、飢餓、老化),對骨骼肌內的水溶性代謝物進行了全面的代謝組學分析。
結果確認,肌肉萎縮時骨骼肌內的代謝發生顯著變化。研究團隊將隨肌肉萎縮變動的肌肉萎縮相關代謝物定義為「萎縮代謝物(Atrometabolites)」,並建立了數據集。
研究還發現,在老化、疾病、飢餓及活動不足等因素引發的肌肉萎縮時,均存在「多胺合成無法順利進行」這一共同特徵。多胺是參與細胞增殖、分化及緊迫反應等過程的生理活性物質,同時具有維持骨骼肌穩定狀態的作用。
對萎縮代謝物(Atrometabolites)數據集的分析表明,參與多胺合成的酶Amd1與Amd2的表達在肌肉萎縮狀態下會普遍下降。利用骨骼肌細胞開展的實驗也證實,若降低這些酶的水平,骨骼肌細胞會迅速萎縮;反之,若從外部補充多胺,會顯著促進蛋白質的合成。這表明,多胺具有調控肌肉蛋白質合成的高度生理活性。
同時,研究團隊發現了骨骼肌細胞發生萎縮的現象,揭示出肌肉萎縮時,作為轉錄因子的FoxO家族發揮著重要作用。
在骨骼肌特異性缺失FoxO的小鼠中,隨固定出現的肌肉萎縮得到抑制,代謝物變動也大幅減輕。該結果提示,FoxO家族或為代謝變化的核心調控因子。
萎縮代謝物或可作為肌肉萎縮的指標,反映肌肉的狀態及功能下降情況,預計將為闡明肌肉萎縮的分子機制、開發診斷標誌物提供助力。
龜井教授表示:「維持骨骼肌的數量與質量,對維持健康至關重要。但活動不足、營養不良、癌症等疾病及老化等多種因素,均可導致肌肉萎縮。此次,我們通過檢測實驗動物小鼠肌肉萎縮模型中骨骼肌內的全覆蓋代謝產物變化,發現多胺代謝對於維持肌肉量至關重要。我們將繼續推進研究,力求讓這些知識為肌肉萎縮的預防與改善提供助力。」
原文:《科學新聞》
翻譯:JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊:Cell Reports
論文:Multi-dimensional metabolomic remodeling under diverse muscle atrophic stimuli in vivo
URL:https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)00868-X