肌肉特異性MicroRNA與肌肉減少癥發病機制的關系研究進展

劉洪文　余博飛　李貞鵬

【摘要】肌肉減少癥的發病機制主要包括激素的改變、運動神經元退化、線粒體功能障礙、長期低水平炎癥和相關營養因子代謝失調等。MicroRNA特別是肌肉特異性MicroRNA（myomiR家族）在肌肉減少癥的發病機制中發揮重要作用，可直接或間接對骨骼肌細胞的增殖、分化和凋亡進行調控。本文系統的討論了myomiR家族在肌肉減少癥中的調節機制，這可能為本病的精確診斷和尋找新的治療靶點提供一種全新的思路。

【關鍵詞】肌少癥；發病機制；MicroRNA

Research Progress on the Relationship between Muscle-specific MicroRNA and Pathogenesis of Sarcopenia/LIU Hongwen，YU Bofei，LI Zhenpeng，et al.//Medical Innovation of China，2018，15（23）：-141

【Abstract】The mechanism of sarcopenia main including hormonal changes，motor neuron degeneration，mitochondrial dysfunction，chronic inflammation at low levels and metabolic disorder of related nutritional factors.The muscle specific MicroRNA（myomiR） family in MicroRNA，which plays a vital role in the mechanism of sarcopenia，it can directly or indirectly regulate the proliferation，differentiation and apoptosis of skeletal muscle cells.This paper systematically discusses the regulatory mechanism of the myomiR family in muscle reduction，which may provide a new idea for the accurate diagnosis of the disease and the search for new therapeutic targets.

【Key words】Sarcopenia；Pathogenesis；MicroRNA

First-authors address：Department of Traditional Chinese Medicine，Fujian University of Traditional Chinese Medicine，Fuzhou 350001，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2018.23.036

肌肉減少癥是指隨著年齡的增加以骨骼肌質量和力量減退為特征，以骨骼肌萎縮導致的運動功能障礙為臨床表現的一種老年綜合征，又稱年齡相關性肌肉減少癥，簡稱肌少癥。骨骼肌力量的下降是本病最主要的問題，可導致機體虛弱、心肺功能受損、增加跌倒骨折的風險，肌少癥被認為是一種新的老年綜合征[1]；2016年亞洲肌少癥工作組數據顯示：亞洲老年人肌少癥的患病率為4.1%~11.5%，而且發病率隨著年齡的增加而增加，但肌少癥帶來的危害尚未引起廣大臨床醫生和社會足夠的重視[2]。MicroRNA（miRNA）被譽為21世紀最具希望進行靶向診斷和治療的小分子RNA[3]，對骨骼肌的生長、發育和代謝平衡具有關鍵的調控作用；miRNA的表達譜顯示：miRNA對骨骼肌形態和功能的維持都有重要的調控作用[4]。本文就肌少癥發病機制的最新研究進展及其與miRNA的關系做一綜述。

1肌少癥發病機制研究現狀

肌少癥的病理特征是骨骼肌細胞的萎縮；骨骼肌衛星細胞是骨骼肌的前體細胞，一般處于沉默狀態，在骨骼肌細胞受刺激的情況下參與它的再生與修復，如骨骼肌細胞受損時肌衛星細胞會加快增殖、分化的速度。正常人骨骼肌細胞的數量在體內維持代謝平衡，生成減少或凋亡過快均可打破此平衡，引起骨骼肌萎縮，導致運動功能障礙。

1.1激素的改變肌少癥涉及的激素主要有雌激素、睪酮、IGF-1、胰島素和生長激素等。正常男性30歲以后睪酮水平開始下降（1%/年），并且骨骼肌的數量和力量也開始下降，對低睪酮水平引起肌少癥的老年男性補充足量的睪酮，其骨骼肌數量和力量可以恢復至正常水平，但有較大副作用[5]。雌激素、IGF-1和生長激素都會隨著年齡的增長逐漸降低；在老年女性中，大多肌少癥患者都有雌激素水平的下降，雌激素水平的下降可能與TNF-α和IL-6等促炎因子相關，此外，雌激素在骨骼肌細胞上有直接的作用靶點，并對體內蛋白的合成有調節作用[6]。IGF-1主要與骨骼肌細胞的增殖有關，并且對維持骨骼肌衛星細胞和運動神經元的功能有重要作用；生長激素可以促進骨骼肌細胞的增殖，但對骨骼肌力量的改善沒有太大作用[7]。通過刺激蛋白的合成，胰島素對骨骼肌纖維細胞量的維持有重要作用，肌少癥患者，特別是肥胖型肌少癥，大多存在胰島素抵抗。

1.2運動神經元退化運動神經元是維持機體運動功能的基礎，有數據顯示：大約25%的肌少癥患者明顯存在運動神經元的退化并且有神經芽性生長進行代償，運動神經元生物活性的退化是主要問題[8]。最近的研究證明，老年小鼠與年輕小鼠相比失神經支配的神經-肌肉節點顯著增加，特別是在趾長伸肌腱等Ⅱ型肌纖維中，值得注意的是：運動神經元在脊髓中的失神經支配區域并沒有增大，表明可能是軸突的減少而不是神經元本身的問題[9]。

1.3線粒體功能障礙隨著年齡的增加，線粒體的質量和數量也會逐漸下降；線粒體生物活性在健康老年人中被證實與ATP的合成、O2的消耗和行走速度密切相關[10]，線粒體的減少可導致行走速度的降低，因此有學者認為應該把行走速度也納入肌少癥的界定標準。線粒體的重要作用主要體現在能量的供應、維持氧化-還原平衡和蛋白的合成起調節作用，對維持骨骼肌細胞的生物活性有非常重要的作用[11]；另外，其功能還與長期慢性炎癥相關聯，線粒體可以通過對氧化物、NF-κB通路和ATP的調節進而介導體內的炎癥水平和骨骼肌細胞的自噬水平[12]。

1.4長期低水平炎癥隨著年齡的增加骨骼肌細胞生成減慢、凋亡加快，打破骨骼肌細胞代謝平衡逐漸引起骨骼肌萎縮，這也是炎癥調節因子逐漸釋放的一個過程，這些因子可抑制蛋白合成、加速降解，而且可以直接作用于骨骼肌細胞，加速骨骼肌細胞的凋亡[13]；炎癥因子可以刺激和上調炎癥信號通路如NF-κB和JAK-STAT通路，并最終活化骨骼肌泛素-自噬系統[14]。長期的炎癥具有雙向的促炎作用，隨骨骼肌逐漸破壞而釋放的炎癥因子不僅可以增加炎癥因子的表達并且可以抑制抗炎因子如IL-10的表達；研究發現TNF-α、IL-6和C反應蛋白等幾個特殊的炎癥因子在炎癥導致的肌少癥中發揮主要作用[12]。

1.5蛋白質、維生素D（Vitamin D）和抗氧化營養物等營養因子代謝失調營養供給不足和營養吸收障礙均可引起骨骼肌萎縮；在眾多營養因子中Vitamin D、蛋白質和抗氧化物與肌少癥有密切的聯系。老年人通常會有一定程度的蛋白合成障礙、Vitamin D攝取能力下降和體內活性氧簇（ROS）的堆積。Vitamin D被認為與肌鈣蛋白的合成和免疫應答相關[15]；Pludowski等[16]發現Vitamin D對體內Ca2+的調節具有協同作用，Vitamin D的缺乏會導致骨軟化病和肌肉疾病；此外Vitamin D的充足供給可降低骨骼肌細胞的自噬水平和泛素-蛋白酶體系統的表達[17]。蛋白的攝入被認為是通過維持氨基酸介導的雷帕霉素復合物1（mTORC1）的合成代謝來完成對骨骼肌蛋白合成的調控作用，下調mTORC1的活性可以抑制Akt、mTOR、p70S6K和rpS6的磷酸化并降低骨骼肌蛋白的活性[18]。正常情況下，氧化機制與抗氧化機制在體內維持動態平衡狀態；而抗氧化機制發揮作用離不開從飲食中獲取的Vitamin E、

Vitamin C和胡蘿卜素等；在老年人群中ROS在體內的堆積導致的氧化應激可能是引起骨骼肌細胞數量和功能下降的一個重要原因。

2miRNAs的生物學特征

miRNA是長約22個核苷酸的非編碼單鏈小RNA分子；初始miRNA（pre-miRNA）被核酸內切酶Ⅲ-Drosha及其輔助子DGCR8加工復合物識別、并加工形成長60~75個核苷酸的前體miRNA（pri-miRNA），pri-miRNA被核內轉運蛋白（exportin-5）轉運出細胞核進入細胞質，被第二個核酸內切酶Ⅲ-Dicer蛋白識別、加工形成約22個核苷酸的單鏈成熟miRNA，功能成熟的miRNA結合RISC復合物識別目標mRNA并進行部分堿基配對，導致目標mRNA降解和翻譯終止；miRNA即通過此過程發揮其調控作用，miRNA主要通過與靶基因的3端非翻譯區（3-UTR）的結合來表達[19]；隨著越來越多的miRNA被發現，它們在生物學中的作用越來越受到重視，miRNA的調控網主要涉及轉錄后的調控，但是miRNA、mRNA與它們導致疾病的具體分子機制和治療策略之間的關系仍然不是很清楚。miRNA調控著大量的靶標基因，目前的研究證明miRNA的調控作用非常復雜，一個miRNA能有數以百計的靶基因，同時一個mRNA也可能被多個miRNA調控。對miRNA的研究已經涉及腫瘤、心血管疾病、免疫性疾病和代謝性疾病等各臨床疾病，同時在運動系統領域的研究也日漸深入，miRNA對骨骼肌細胞代謝平衡的調節作用逐漸被發現。

3miRNA在肌少癥中的調控作用

特異性的在骨骼肌中表達的miRNA被稱為肌肉特異性miRNA（myomiR），myomiR家族主要包括miR-1、miR-133a、miR-133b、miR-206、miR-208a、miR-208b、miR-486和miR-499等，是參與骨骼肌細胞增殖、分化和凋亡的主要miRNA，myomiR表達障礙會導致不同的生理、病理狀態。并不是所有的myomiR都只在骨骼肌細胞中表達，myomiR也在其他組織中呈低表達，但主要作用還是在肌肉組織。myomiR并不是唯一在骨骼肌中表達的miRNA，其他miRNA如miR-431、miR-221和miR-222等都可以參與肌骨骼肌細胞的調控，所以，miRNA對骨骼肌細胞的調控是多通路，相互交叉、相互作用的。

miR-1主要通過mTOR信號通路實現對MyoD1蛋白表達水平的調控，而miR-1也可以直接作用與MyoD1蛋白對肌肉生長抑制素（MSTN）進行抑制[20]。miR-1與某些靶標之間可以相互影響，如miR-1可以提高靶標MEF2的表達水平，MEF2也會上調miR-1的表達水平[21]；而涉及骨骼肌生長發育和代謝平衡的IGF-1可以通過IGF1-Akt-FOXO3-miR-1軸調控miR-1的表達。miR-1和miR-206可通過控制6-磷酸葡萄糖脫氫酶（G6PD）實現對肌肉氧化水平和代謝平衡的調控，此外，miR-1和miR-206可以誘導MEF2C的表達，促進成肌細胞分化，也可以直接促進骨骼肌衛星細胞增殖、分化[22]。miR-133a/b在肌肉中的表達作用具有雙向性，miR-133a/b可以通過對MAPK通路和下游的成纖維細胞生長因子受體1（FGFR1）和蛋白磷酸酶2A催化亞單位（PP2AC）進行雙向調控，促進或抑制成肌細胞的分化[20]；Dai等[23]發現miR-133a

基因敲除的小鼠，表現出中央核肌病、線粒體功能障礙和肌纖維形態的改變，最后骨骼肌細胞逐漸凋亡；miR-208a、miR-208b和miR-499共同被編碼在MYH6、MYH7和MYH7B這三個肌球蛋白基因上，它們共同對肌球蛋白含量、肌纖維形態和肌肉的功能進行調控，miR-208b和miR-499可以共同調控抑制骨骼肌細胞增殖的靶標絲裂原活化蛋白激酶6（MAPK6）和MSTN[24]；此外，miR-208b和miR-499可以通過刺激MYH7和MYH7B的表達，活化雌激素相關受體γ，促進I型肌纖維增殖[25]。miR-486對骨骼肌細胞的作用主要是促進其增殖，miR-486通過直接作用于靶標Pax7促進肌干細胞分化，然而miR-486的異常表達會抑制肌干細胞分化的能力，但miR-486的過表達可以提升骨骼肌的力量[26]。

MicroRNA與肌肉減少癥發病機制的關系總結，見圖1。

4總結與展望

肌少癥作為一種新認識的老年綜合征，發病機制十分復雜，其診斷標準目前在國際上尚未達成一致，主流觀點認為可從骨骼肌質量和力量兩方面來界定。miRNA廣泛參與骨骼肌細胞代謝通路中，特別是myomiR家族對調節骨骼肌細胞的代謝平衡發揮重要作用，myomiR家族主要在骨骼肌中表達，伴隨肌少癥發生、發展全過程，那么是否可以將myomiR家族出現持續、異常的表達作為診斷肌少癥的一個參考指標[27]，這需要對myomiR家族及其他相關miRNA的功能做進一步的研究。

營養支持療法和長期康復鍛煉是目前治療肌少癥的主要方案，其他治療手段包括激素替代療法、抗炎和抗氧化治療等；如果肌少癥患者在中青年時期獲得一個比較高的骨骼肌峰值，肌少癥的患病率是否可能下降？這是值得思考的問題。Matsuzaka等[28]發現，對骨骼肌受傷的小鼠局部注射miR-1、

miR-133和miR-206可以上調生肌因子MyoD1、myogenin和Pax7的表達提高骨骼肌衛星細胞的分化能力，這表明利用miRNA調節骨骼肌細胞增殖、分化和凋亡機制，促進骨骼肌細胞再生、抑制提前凋亡，可能為肌少癥的治療提供一種全新的方法。

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（收稿日期：2018-03-14）（本文編輯：張爽）