張沖，孫瑾，王菁華

骨骼肌對(duì)多種身體功能有重要的作用，包括能量轉(zhuǎn)換，保持基礎(chǔ)代謝以及為其他組織合成器官特異性蛋白提供氨基酸等[1]。周圍運(yùn)動(dòng)神經(jīng)損傷嚴(yán)重?fù)p害骨骼肌的收縮功能。衛(wèi)星細(xì)胞通過多次分裂對(duì)神經(jīng)支配作出反應(yīng)，最終與其他衛(wèi)星細(xì)胞或肌細(xì)胞融合形成新的肌肉纖維。慢性神經(jīng)支配后，衛(wèi)星細(xì)胞數(shù)量急劇下降，這損害了肌纖維的再生和修復(fù)能力。衛(wèi)星細(xì)胞的消耗可能導(dǎo)致在失神經(jīng)或再神經(jīng)肌肉中觀察到的機(jī)械缺陷[2]。肌肉萎縮是當(dāng)肌肉質(zhì)量由于多種因素減少時(shí)的衰弱的狀態(tài)。肌肉萎縮主要以兩種方式發(fā)生，一種是由于廢用或去神經(jīng)支配，另一種發(fā)生在多種病理狀態(tài)下。營(yíng)養(yǎng)不良、酒精相關(guān)肌病、衰老、肥胖和糖尿病會(huì)導(dǎo)致不同程度的肌肉萎縮。肌肉萎縮是由肌肉的變化定義的，包括肌纖維的收縮、纖維類型和肌球蛋白亞型的變化，以及細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞器的凈損失和總的蛋白質(zhì)損失。肌肉萎縮的特征是由于蛋白質(zhì)合成和降解之間的不平衡而導(dǎo)致肌肉質(zhì)量減少。當(dāng)肌肉神經(jīng)中斷，肌肉組織不再接受來自神經(jīng)系統(tǒng)的刺激信號(hào)時(shí)，就會(huì)發(fā)生去神經(jīng)萎縮。研究表明，肌肉萎縮與泛素-蛋白酶體系統(tǒng)和自噬-溶酶體系統(tǒng)的嚴(yán)重失衡有關(guān)。

自噬是一種進(jìn)化的保守細(xì)胞過程，通過“自噬”細(xì)胞自身的細(xì)胞質(zhì)成分（例如合成的蛋白質(zhì)，甚至是細(xì)胞器）來維持細(xì)胞的自主穩(wěn)態(tài)。除饑餓外，多種外在和內(nèi)在的效應(yīng)子，包括生長(zhǎng)因子和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)，都可以引發(fā)自噬。研究表明，自噬信令，如ULK1和ATG7，都參與骨骼肌生長(zhǎng)[3]。并且E3泛素連接酶MuRF-1通過抑制自噬促進(jìn)骨骼肌萎縮[4]。

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）是一種分泌型細(xì)胞因子，由于它具有調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）生成的能力，因此在多種組織和細(xì)胞類型中具有復(fù)雜的調(diào)節(jié)活性。在骨骼肌中，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1（TGF-β1）是骨骼肌的經(jīng)典調(diào)節(jié)劑，可調(diào)節(jié)骨骼肌疾病中的若干過程，例如肌生成、再生和肌肉功能。它是一種多功能細(xì)胞因子，通過衛(wèi)星細(xì)胞激活，結(jié)締組織形成以及免疫應(yīng)答強(qiáng)度的調(diào)節(jié)參與肌肉修復(fù)的調(diào)節(jié)[5]。研究發(fā)現(xiàn)在失神經(jīng)骨骼肌和C2C12細(xì)胞(小鼠成肌細(xì)胞系)中存在TGF-β1的上調(diào)和自噬的激活。TGF-β 1在失神經(jīng)骨骼肌中是一種重要的萎縮因子[6]。骨骼肌萎縮以肌肉力量和質(zhì)量的喪失為特征，這也是TGF-β調(diào)節(jié)的病理狀況之一。

1 去神經(jīng)后肌肉的變化

脊髓損傷、周圍神經(jīng)損傷和卒中是永久性或暫時(shí)性肌肉去神經(jīng)的主要原因。所有上述情況都會(huì)引起細(xì)胞器功能的改變，例如線粒體、氧化應(yīng)激以及對(duì)結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)性肌肉蛋白質(zhì)的破壞。為了恢復(fù)體內(nèi)平衡，肌肉經(jīng)歷了主要的代謝變化，包括分解代謝途徑的激活以及合成代謝途徑的抑制，從而共同降低了肌肉的質(zhì)量和力量。在這種條件下誘導(dǎo)的兩個(gè)主要分解代謝途徑是蛋白酶體-泛素（Ub）系統(tǒng)和降解受損蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的自噬體-溶酶體系統(tǒng)[7]。自噬是影響干細(xì)胞、免疫細(xì)胞和肌纖維功能的肌肉再生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。在再生程序的關(guān)鍵階段，肌肉干細(xì)胞的衰老與自噬的抑制有關(guān)。巨噬細(xì)胞是參與肌肉修復(fù)的關(guān)鍵免疫細(xì)胞，它也依靠自噬來協(xié)助組織修復(fù)[8]。研究表明，組蛋白去乙酰化酶的下調(diào)被證明與自噬的改變和隨之而來的肌肉萎縮有關(guān)。因此，肌肉萎縮可以通過免疫組織化學(xué)（immunohistochemistry，IHC）分析在不同的肌肉疾病中識(shí)別，如營(yíng)養(yǎng)不良和先天性/結(jié)構(gòu)性和炎性肌病。在臨床實(shí)踐中，與肌肉損失相關(guān)的肌肉病理的診斷是基于多種蛋白質(zhì)的IHC分析，包括層粘連蛋白、膠原蛋白、肌鈣蛋白、肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白、Z-盤蛋白質(zhì)等。自噬對(duì)于維持有絲分裂后的例如骨骼肌的完整性尤為重要。通過損害肌肉穩(wěn)態(tài)，自噬功能障礙是許多不同的骨骼肌病的發(fā)病機(jī)制[9]。

2 自噬和肌肉萎縮的關(guān)系

自噬是一種必不可少的細(xì)胞機(jī)制，在正常的生理過程中扮演“管家”的角色，包括去除長(zhǎng)壽、聚集和錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)，清除受損的細(xì)胞器，調(diào)節(jié)生長(zhǎng)和衰老。自噬還涉及多種生物學(xué)功能，例如發(fā)育、細(xì)胞分化、對(duì)病原體的防御和營(yíng)養(yǎng)饑餓。自噬整合到這些生物學(xué)功能和其他應(yīng)激反應(yīng)中是由承擔(dān)調(diào)節(jié)機(jī)制的轉(zhuǎn)錄因子決定的[10]。在年齡依賴性的肌肉萎縮中，小鼠的Atg5[11]和Atg7[12]專門在骨骼肌中被破壞，并且它們的肌肉細(xì)胞顯示出雜亂的肉瘤以及p62、泛素化蛋白和線粒體變形的積累，這證實(shí)了自噬在骨骼肌中的穩(wěn)態(tài)作用[13]。自噬體通常被認(rèn)為是許多神經(jīng)肌肉疾病的病理學(xué)形態(tài)學(xué)標(biāo)志，包括Danon病、過度自噬的X連鎖肌?。╔-linked myopathy with excessive autophagy，XMEA）和溶酶體貯積病[14]。XMEA患者表現(xiàn)出與Danon病相似的形態(tài)特征，這意味著溶酶體功能異常[15]。自噬是一個(gè)保守的細(xì)胞過程，通過該過程，真核細(xì)胞能夠有效地降解特定細(xì)胞成分，通過調(diào)節(jié)的方式，從而再循環(huán)用于隨后的代謝過程。將自噬靶標(biāo)（例如受損的蛋白質(zhì)）定位到稱為自噬體的細(xì)胞器中，可以促進(jìn)此過程。這些自噬體然后與溶酶體融合，導(dǎo)致這些靶向蛋白的水解降解[16,17]。自噬在通過線粒體降解調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)與線粒體相關(guān)的氧化應(yīng)激中也起著關(guān)鍵作用。細(xì)胞內(nèi)自體吞噬過程中存在有實(shí)質(zhì)性的不利于細(xì)胞和組織的功能，從而引起或加重的疾病狀態(tài)[18]。LC3B是一個(gè)關(guān)鍵的自噬標(biāo)記，因?yàn)樗欠g后從它的無活性形式（LC3-I）至其活性形式（LC3-II）的改性-自噬體組分[19]。對(duì)于自噬，另一個(gè)廣泛使用的標(biāo)記物是自噬受體sequestosome 1，該自噬受體物理鏈接到自噬膜并且可以本身降解自噬[20,21]。

3 TGF-β1在肌肉萎縮過程中發(fā)揮的作用

TGF-β1屬于多功能細(xì)胞因子家族，包括骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）和激活素。TGF-β1在各種生物學(xué)過程中起著至關(guān)重要的作用，包括細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、凋亡、組織發(fā)育和炎癥[22]。TGF-β1刺激細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的合成并抑制基質(zhì)降解，從而促進(jìn)纖維化和組織修復(fù)。研究表明，這種現(xiàn)象在某些肺、肌肉、高血壓血管和糖尿病性腎臟疾病的纖維化組織發(fā)育中起著重要作用[23]。除了其成纖維作用外，研究表明TGF-β1還是成肌細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞生長(zhǎng)和分化的有效抑制劑，并且可以在體外和在體內(nèi)通過抑制成肌因子抑制TGF-β1的分裂和阻斷融合衛(wèi)星細(xì)胞兩者[24]。TGF-β1翻譯后，通過細(xì)胞內(nèi)蛋白水解過程裂解。前肽的N末端也稱為潛伏期相關(guān)肽（Latency Associated Peptide，LAP），可保持TGF-β1潛伏。TGF-β1是無活性的三方復(fù)合物的一部分，該復(fù)合物由TGF-β1與LAP的同型二聚體和潛在的TGF結(jié)合蛋白（latent transforming growth factor-β-1 binding protein，LTBP）分子組成[25]。該復(fù)合物被轉(zhuǎn)運(yùn)至ECM，并且是體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的TGF-β1的主要形式。LTBP與各種基質(zhì)成分（包括膠原蛋白和纖連蛋白）相互作用[26]。TGF-β1必須先從該復(fù)合物中釋放出來，然后才能與TGF-β受體相互作用。在潛在的TGF-β1激活過程中，TGF-β1從LAP中釋放出來[27]。

TGF-β1最近顯示出可以調(diào)節(jié)骨骼肌的功能和病理進(jìn)程，從而導(dǎo)致肌肉力量和肌管直徑的減少，并且可以潛在誘導(dǎo)肌纖維化和骨骼肌萎縮[28]。TGF-β1上調(diào)杜興氏肌肉營(yíng)養(yǎng)不良癥（Duchenne Muscular Dystrophy，DMD）、先天性肌營(yíng)養(yǎng)不良癥和炎性肌炎的肌肉，以及TGF-β1 mRNA的表達(dá)與纖維化在營(yíng)養(yǎng)不良的肌肉的嚴(yán)重性相關(guān)。

據(jù)報(bào)道TDM-β途徑中涉及的基因在DMD的有癥狀階段被上調(diào)，而在無癥狀階段沒有差異表達(dá)，這表明TGF-β1途徑的激活是原發(fā)性肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白缺乏的繼發(fā)因素，并可能在DMD的纖維化和肌肉再生失敗中發(fā)揮關(guān)鍵作用[29]。并且研究表明，在失神經(jīng)誘導(dǎo)的骨骼肌萎縮中，TGF-β1通過HMGB1/自噬途徑介導(dǎo)對(duì)失神經(jīng)骨骼肌的萎縮作用[6]。

4 結(jié)語

在骨骼肌失神經(jīng)過程中，由于自噬-蛋白酶等體系統(tǒng)的作用，肌纖維的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，從而導(dǎo)致肌肉萎縮。在肌肉萎縮過程中，自噬發(fā)揮了非常重要的作用。自噬體與溶酶體結(jié)合而導(dǎo)致某些特定性靶蛋白水解，從而進(jìn)一步加重肌肉萎縮。TGF-β1在調(diào)節(jié)骨骼肌生理功能中發(fā)揮著重要的作用，是骨骼肌失調(diào)的重要調(diào)節(jié)因子，其中HMGB1/自噬途徑介導(dǎo)TGF-β1的萎縮作用，這可能成為周圍神經(jīng)損傷后肌肉萎縮患者的新治療靶點(diǎn)。

注：所有作者均聲明不存在利益沖突。