临床相关的收缩力下降差异性调节小鼠骨骼肌中糖皮质激素受体转位的控制

A clinically relevant decrease in contractile force differentially regulates control of glucocorticoid receptor translocation in mouse skeletal muscle

作者信息Kirsten R Dunlap, Jennifer L Steiner, Michael L Rossetti, Scot R Kimball, Bradley S Gordon
PMID33600283
发布时间2021-04
DOI10.1152/japplphysiol.01064.2020

实验完整度

包含体外单侧电刺激收缩模型,检测GR转位、REDD1表达、mTORC1信号、蛋白质合成和自噬标记物,涉及多个独立实验组和机制验证。

主要模型

小鼠胫骨前肌(TA) 电诱导肌肉收缩模型(100 Hz和50 Hz刺激) 地塞米松处理小鼠

重点核对

刺激频率:100 Hz(高力量)和50 Hz(中等力量) 地塞米松剂量:1 mg/kg腹腔注射 收缩后处理时间:收缩后2小时注射地塞米松(实验1)或注射后2小时收缩(实验2) 肌肉取样时间:收缩后4小时(实验1)或收缩后4小时、注射后6小时(实验2) 动物品系:雄性C57BL/6Hsd或C57BL/6J小鼠,10-12周龄

摘要

肌肉萎缩会降低身体功能和整体健康。增加的糖皮质激素产生和/或处方糖皮质激素的使用可通过激活糖皮质激素受体显著诱导肌肉萎缩,从而转录使蛋白质平衡转向净蛋白降解的基因。尽管机械超负荷可以减弱年轻肌肉中糖皮质激素诱导的萎缩,但受糖皮质激素影响的人群通常存在力量生成受损。目前尚不清楚收缩力是否会改变抗阻运动减轻糖皮质激素受体转位并在糖皮质激素升高时诱导理想的蛋白质平衡转变的能力。在本研究中,小鼠通过刺激坐骨神经以100 Hz或50 Hz频率进行单次单侧电诱导肌肉收缩,分别引发胫骨前肌的高或中等力量收缩。地塞米松用于激活糖皮质激素受体。地塞米松增加了糖皮质激素信号传导,包括受体的核转位,但仅高力量收缩减轻了这种效应。高力量收缩减轻糖皮质激素受体转位的能力与收缩介导的肌肉蛋白质合成增加相一致,而这种增加并未发生在接受中等力量收缩的地塞米松处理小鼠中。尽管中等力量收缩在地塞米松处理后未能增加蛋白质合成,但高和中等力量收缩均减弱了糖皮质激素介导的自噬标记物LC3 II:I的增加。因此,这些数据表明,当糖皮质激素升高时,力量生成对于抗阻运动减轻糖皮质激素受体转位并促进理想的蛋白质平衡转变至关重要。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
临床相关的收缩力下降(约25%的力量 deficit)是否差异性调节糖皮质激素受体转位和肌肉蛋白质合成能力?
核心机制
高力量收缩通过限制糖皮质激素受体核转位(而非改变其转录活性)来减轻其信号传导,从而促进mTORC1信号和蛋白质合成;中等力量收缩未能减轻受体转位,导致合成代谢抵抗。
主要证据
在雄鼠TA肌肉中,通过100 Hz和50 Hz电刺激,测量GR核转位、REDD1表达、p70S6K1/4EBP1磷酸化和SUnSET法检测蛋白质合成。
研究意义
确定了电阻运动或电刺激减轻糖皮质激素诱导萎缩所需的力量阈值,提示力量生成能力受损可能限制运动治疗效果。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立电诱导肌肉收缩模型

模拟抗阻运动,产生不同水平的收缩力。

对小鼠坐骨神经进行单侧电刺激,使用100 Hz或50 Hz频率诱导高或中等力量收缩。

2

评估糖皮质激素受体转位和转录活性

检测不同收缩力对地塞米松诱导的GR核转位及下游靶基因表达的影响。

在收缩后2小时注射地塞米松或生理盐水,再2小时后收集TA肌肉,通过亚细胞分级分离和Western blot检测胞核和胞浆GR含量、GR Ser211磷酸化及REDD1蛋白表达。

3

验证蛋白质合成和mTORC1信号

确定高或中等力量收缩在糖皮质激素存在时是否能刺激蛋白质合成。

先注射地塞米松或生理盐水,2小时后进行收缩,收缩完成后4小时收集肌肉(注射后6小时),测量puromycin掺入和p70S6K1/4EBP1磷酸化。

4

评估自噬标记物

检测收缩是否能减弱地塞米松诱导的自噬。

在实验2的肌肉样本中,通过Western blot检测LC3 II:I比值和ULK1 Ser757磷酸化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
恒流刺激器Aurora Scientific--
地塞米松Sigma-AldrichD-2915
嘌呤霉素AG ScientificP-1033
蛋白酶抑制剂混合物Sigma-AldrichP-8340
Clarity试剂Bio-Rad1705061
聚偏二氟乙烯膜----
Bio-Rad ChemiDoc Touch成像系统Bio-Rad--
ImageJ软件National Institutes of Health--
标准5001啮齿动物饲料LabDiet--
抗糖皮质激素受体抗体Cell Signaling Technology12041
抗糖皮质激素受体(Ser211)抗体Cell Signaling Technology4161
抗p70S6K1(Thr389)抗体Cell Signaling Technology9205
抗4EBP1(Ser65)抗体Cell Signaling Technology9451
抗LC3B抗体Cell Signaling Technology2775
抗ULK1(Ser757)抗体Cell Signaling Technology6888
抗ULK1抗体Cell Signaling Technology8054
抗组蛋白H2B抗体Cell Signaling Technology8135
抗REDD1抗体ProteinTech10638-1-AP
抗GAPDH抗体Santa Cruz Biotechnologysc-32233
抗嘌呤霉素抗体Millipore SigmaMABE343
二抗(A-120-101P)Bethyl LaboratoriesA-120-101P
二抗(A-90-116P)Bethyl LaboratoriesA-90-116P
Bio-Rad Tris-Glycine Criterion预制胶Bio-Rad--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物准备
小鼠品系和来源、年龄、饲养环境
阅读提示:Methods - Animals
电刺激收缩
刺激频率、电流强度、脉冲参数、分组
阅读提示:Methods - Experimental Design(实验1和实验2)
药物处理
地塞米松剂量、给药途径、给药时间点
阅读提示:Methods - Experimental Design(实验1和实验2)
蛋白质合成检测
puromycin剂量、给药时间、肌肉取样时间
阅读提示:Methods - Experimental Design(实验2)
分子检测
抗体货号、蛋白提取缓冲液组成、检测指标
阅读提示:Methods - Western Blot Analysis和Cytosolic-Nuclear Fraction Separation