MG53介導的膜修復在運動性骨骼肌損傷中的應用

摘 要 運動性骨骼肌損傷（Exercise-induced muscle damage，EIMD）是指運動應激引起的骨骼肌結構和機能的損害，這是由于離心收縮會拉長肌肉，更容易引起肌纖維超微結構以及收縮蛋白代謝的變化。MG53是細胞膜修復的重要蛋白，正常存在于細胞質和細胞膜內側，一般情況下以單體形式存在，當肌纖維受損時，能迅速修復細胞膜。目前，對MG53研究顯示：肌肉損傷后，MG53在灌流液中的峰值出現在損傷后的早期幾分鐘內，因而MG53有可能為運動性骨骼肌損傷早期診斷提供可能性。

關鍵詞 運動性骨骼肌損傷 MG53蛋白

一、MG53介導的膜損傷修復

（一）MG53蛋白的結構

TRIM家族蛋白是一系列細胞內重要蛋白，它們參與細胞凋亡[1]、腫瘤形成、細胞周期調控、和阻止HIV感染等細胞內重要生化過程。TRIM家族蛋白也叫RBCC家族蛋白，它的氨基端三重基序是三個鋅指結合結構域（tripartite motif），包括一個RING finger、一個或兩個B-box motif及一個卷曲螺旋（coiled-coil）結構域[3]。最新研究發現了一個TRIM家族的新成員TRIM-72，它僅在骨骼肌和心肌中特異性表達。目前，對TRIM72蛋白的研究主要集中在探索TRIM72蛋白在心肌、骨骼肌等組織中的功能。人源TRIM72蛋白共有477個氨基酸，分子量為53kD，因最初在骨骼肌細胞中發現所以也叫做mitsugumin 53（MG53）[2]。

（二）MG53的分布及釋放

MG53與其它已知的TRIM蛋白不同，它能定位到細胞內囊泡和肌纖維膜。最近研究表明：在人體骨骼肌對照樣品中，MG53顯示了可變的肌膜和/或細胞質免疫標記。細胞影像分析顯示MG53正常存在于細胞質和細胞膜內側，雖無跨膜片段，但它與細胞內囊泡及肌細胞膜緊密相聯，一般情況下以單體形式存在。當肌纖維膜受機械、電流、化學或代謝因素等損傷刺激后，細胞內形成氧化環境，MG53遂形成多聚體并向損傷部位迅速、大量轉位。見圖2[3]。肌膜損傷后，MG53發揮快速修復作用，但作為分子量只有53kD的細胞漿可溶性蛋白，它在肌膜損傷后迅速從肌細胞滲透到細胞外液而出現在血液中，并在24小時恢復到損傷前水平。在心臟損傷模型的灌流液中，MG53出現和達到峰值的時間遠早于肌紅蛋白、肌鈣蛋白和肌酸激酶，在幾分鐘內達到峰值，其后迅速恢復。后三種蛋白在肌肉損傷后于血液中升高的時間分別為1-3小時、3-6小時及6小時，峰值分別在6-7小時、10-48小時及24-48小時。

（三）MG53介導的膜損傷修復機制

MG53的關鍵作用是驅動受損肌細胞膜的快速修復，在肌膜受損時細胞外的氧進入到細胞內形成一個氧化環境，MG53可作為細胞內的氧化感受器啟動膜修復。MG53先形成聚合體，與dysferlin蛋白和細胞質膜微囊蛋白Caveolin-3協同作用形成復合物將修復囊泡募集起來，并通過“胞外分泌”輸送到損傷部位“成核”。在細胞Ca2+信號的作用下與肌膜融合形成膜“創口貼”。一般情況下囊泡與囊泡或肌膜的融合需要細胞外Ca2+的進入[4]，但MG53介導的囊泡轉位是Ca2+非依賴性的，它為膜損傷后膽固醇暴露及氧化所致的MG53聚合體形成而驅動[5]。因此，細胞內囊泡轉位和Ca2+依賴性膜融合是骨骼肌和心肌細胞膜損傷修復的兩個獨立步驟，是MG53啟動膜修復必不可缺的部件。

二、骨骼肌損傷常用的評價指標與MG53的對比

（一）血清肌酸激酶在運動性骨骼肌損傷中的應用

有研究表明：大負荷的離心收縮將導致運動后血清CK活性水平的最大增加，其峰值大約出現在運動后48小時以后，延續時間長達幾天；等長收縮或向心收縮運動后，血清CK峰值出現在運動后24小時以內，延續時間較短。應用血清肌酸激酶含量作為骨骼肌損傷診斷指標時，正常男性運動員血清肌酸激酶范圍在10-300U/L，正常女性運動員血清肌酸激酶范圍在10-200U/L[6]。在大負荷訓練2-3天后，血清肌酸激酶含量仍高于300U/L時，表明運動負荷較大，骨骼肌出現損傷。評定時應排除由心肌或組織損傷造成血清肌酸激酶升高的可能性，再判斷骨骼肌的負荷更為合理。評定時應注意個體差異和項目差異較大的情況。

（二）肌紅蛋白在運動性骨骼肌損傷中的應用

肌紅蛋白是肌細胞中貯存氧的蛋白質，正常人血清中含量<35ng/ml。運動員正常參考范圍在：0.35-4.97nmol/L[6]。當劇烈運動引起骨骼肌損傷時，血清Mb與CK發生類似的變化。Byrnes[7]讓3組受試者30分鐘下坡跑后，血清Mb分別增加了43.2%、74.9%和407%，與血清CK升高的幅度較為接近。所不同的是：Mb峰值出現在運動后6小時，而CK峰值推遲到運動后8-24小時出現。這可能與Mb的分子量較小有關。

（三）血清肌酸激酶、肌紅蛋白與MG53的對比

骨骼肌損傷最常見的評價指標是血清肌酸激酶（CK）、乳酸脫氫酶（LDH）、肌紅蛋白和肌鈣蛋白等。他們雖在運動隊應用多年，但存在不足。如骨骼肌損傷后血液CK、LDH峰值往往出現比較晚，不利于早期診斷；肌紅蛋白對損傷的診斷比較敏感，在運動后產生變化均早于CK、LDH，但不及CK應用簡便。MG53是細胞膜修復的重要蛋白，正常存在于細胞質和細胞膜內側，一般情況下以單體形式存在，當肌纖維受損時，能迅速修復細胞膜。目前，對MG53研究顯示：肌肉損傷后，MG53在灌流液中的峰值出現在損傷后的早期幾分鐘內，因而MG53有可能為運動性骨骼肌損傷早期診斷提供可能性。表1將MG53、CK、肌紅蛋白、肌鈣蛋白四種常見損傷檢測指標的生理特性進行對比[8]：

參考文獻：

[1] Caratozzolo M F， Micale L， Turturo M G， et al. TRIM modulates p53 activity to dictate cell cycle arrest[J]. Cell Cycle.2012.11（3）：511-523.

[2] Cai C， Masumiya H， Weisleder N， et al. MG53 nucleates assembly of cell membrane repair machinery[J]. Nat Cell Biol.2009.11（1）：56-64.

[3] Weisleder N， Takeshima H and Ma J. Mitsugumin 53（MG53） facilitates vesicle trafficking in striated muscle to contribute to cell membrane repair[J]. Commun Integr Biol.2009.2（3）：225-226.

[4] Terasaki M， Miyake K， McNeil PL. Large plasma membrane disruptions are rapidly resealed by Ca2+-dependent vesicle-vesicle fusion events[J]. J Cell Biol.1997.139：63-74.

[5] Wang X， Xie W， Zhang Y， et al. Cardioprotection of ischemia/reperfusion injury by cholesterol-dependent MG53-mediated membrane repair[J]. Circ Res.2010.107：76-83.

[6] 馮連世，馮美云，馮煒權.運動訓練的生理生化監控方法（第1版）[M].人民體育出版社.2006：224.

[7] Byrrles W C. et al. Delayed onset muscle soreness following repeated bouts of downhill running[J]. J.Appl.Physical.1985.59：710-715.

[8] 張瑾.MG53敲除小鼠骨骼肌缺血再灌注損傷的修復及營養補充的作用[D].北京體育大學碩士（畢業）學位論文.2013.