基于亮氨酸调控泛素蛋白酶系统对肌肉衰减综合征改善作用机制的研究

Sarcopenia is associated with increased risk of disability, mobility, and mortality. It is the result of unbalance between protein degradation and synthesis. Older persons have a high risk of inadequate leucine in-take. Leucine is the most potent branched-chain amino acid to stimulate myoblast proliferation and differentiation. However, the mechanisms of leucine inhibiting the proteolysis of muscle fibers are not as well understood. Previous experimental results suggest that supplementation of leucine can attenuate myofibrillar protein proteolysis via downregulation of NF-κB signaling pathways. NF-κB is a key target of ubiquitin proteasome pathway. Proteolytic system related to sarcopenia and currently considered one of the most important is the ubiquitin proteasome system. Therefore, we hypothesized that leucine supplementation can inhibit the proteolysis of muscle fibers by affecting the activity of ubiquitin proteasome pathway. The primary objective of the present research is to examine the effects of leucine supplementation on the progression of sarcopenia and the inhibition of myoblast proteolysis in an animal model of aging in vivo and in vitro, and the involvement of the MuRF-1, MAFbx and NF-κB mediated ubiquitin proteasome pathway. This study seeks to establish a rationale for nutritional therapy by targeting the ubiquitin proteasome pathway and providing a new strategy for the prevention or treatment of sarcopenia.

肌肉衰减综合征（肌衰征）是导致老年人失能半失能的主要原因，并显著增加慢病、死亡风险。伴随年龄增长肌肉蛋白分解增加是其产生的重要原因。亮氨酸是人体重要的必需支链氨基酸，而老年人普遍摄入不足。以往有关亮氨酸促进成肌细胞增殖分化的研究较多，但是其调控肌纤维分解的机制尚不清楚。我们前期研究发现亮氨酸能够降低核转录因子NF-κB活性，减缓肌纤维分解。NF-κB是泛素蛋白酶系统的重要作用靶点。泛素蛋白酶系统是调控肌纤维蛋白分解的主要途径之一。因此我们提出假说：亮氨酸补充可通过降低泛素蛋白酶系统活性改善肌肉衰减。本课题拟进一步在前期建立的肌肉干细胞模型和肌衰征小鼠模型基础上探讨亮氨酸干预后骨骼肌泛素连接酶MuRF-1和MAFbx的基因表达情况以及亮氨酸干预后NF-κB信号通路在泛素蛋白酶系统活化过程中的变化。本研究在肌肉蛋白分解层面探索亮氨酸抑制肌纤维分解的机制，将有助于肌衰征的防治手段的开发。

肌肉衰减综合征是导致老年人失能半失能的主要原因，并且与慢病、死亡风险增加显著相关。肌纤维蛋白分解增加是其产生的重要原因之一。亮氨酸是人体重要的必需支链氨基酸，而老年人普遍摄入不足。以往有关亮氨酸促进成肌细胞增殖和分化的研究较多，但是其调控肌纤维分解的机制尚不清楚。泛素蛋白酶系统是调控肌纤维蛋白分解的主要途径之一。我们前期研究发现亮氨酸能够降低核转录因子NF-κB活性，减缓肌纤维分解。NF-κB是泛素蛋白酶系统的重要作用靶点。本课题进一步在前期建立的肌肉衰减综合征小鼠模型和干细胞分离技术的基础上，采用了体外细胞实验和体内小鼠实验探讨了亮氨酸补充对抑制肌纤维分解的作用机制和对肌肉衰减综合征的改善效果。在体内，我们分析了亮氨酸添加对来源于肌肉衰减综合征模型小鼠肌肉干细胞/成肌细胞的作用。结果显示亮氨酸补充后能够抑制Atrogin1/MAFbx和MuRF-1在泛素蛋白酶体途径中的表达，从而减缓肌肉衰减。亮氨酸补充后p-IκBα蛋白水平降低，非磷酸化IκBα蛋白水平增加，抑制IκBα磷酸化，使其降解减少，从而减少NF-κB的转位入核，降低NF-κB活性。在体内，我们采用肌肉衰减综合征小鼠模型，评估了亮氨酸补充对肌肉衰减综合征表型的作用，并探讨了亮氨酸补充对NF-κB信号通路的作用。结果显示，亮氨酸补充显著增加了小鼠的肌肉含量、握力和转棒停留时间。此外，亮氨酸补充显著抑制了Atrogin1/MAFbx、MuRF-1、和p-IκBα等泛素相关蛋白的表达。本研究成果不仅有助于阐明亮氨酸在肌肉蛋白分解层面抑制肌纤维分解的机制，也将有助于肌肉衰减综合征防治手段的开发开辟新的途径。