糖皮质激素治疗持续时间改变肌肉对高力收缩的合成代谢反应

The duration of glucocorticoid treatment alters the anabolic response to high-force muscle contractions

作者信息Kirsten R Dunlap, Jennifer L Steiner, Robert C Hickner, P Bryant Chase, Bradley S Gordon
PMID37289956
发布时间2023-07-01
DOI10.1152/japplphysiol.00113.2023

实验完整度

包含两个小鼠实验(7天和15天DEX处理)并进行功能验证(蛋白合成)、机制验证(mTORC1信号)和自噬标志物检测,但缺乏患者样本或动物模型之外的数据。

主要模型

雌性C57Bl/6J小鼠 DEX诱导的糖皮质激素肌病小鼠模型 胫骨前肌(TA)肌肉

重点核对

DEX处理时长(7天 vs 15天) DEX给药方式(注射 vs 饮水)和剂量(1 mg/kg/天 vs 逐步减量至0.2 mg/kg/天) 高力收缩方案(电刺激坐骨神经,100 Hz,10组×6次) 蛋白合成检测(SUnSET法,收缩后4小时)

摘要

糖皮质激素诱导一种肌病,包括肌肉质量和力量的丧失。抗阻运动可能逆转肌肉损失,因为它诱导合成代谢反应,其特征是肌肉蛋白质合成的增加和可能抑制蛋白质分解。尚不清楚抗阻运动是否能诱导糖皮质激素肌病肌肉中的合成代谢反应,这是一个问题,因为长期糖皮质激素暴露会改变基因表达,这些基因可能通过限制雷帕霉素复合物1(mTORC1)等通路的激活来阻止合成代谢反应。本研究的目的是评估高力收缩是否能启动糖皮质激素肌病肌肉中的合成代谢反应。通过用地塞米松(DEX)处理雌性小鼠7天或15天来分析合成代谢反应。处理后,所有小鼠的左胫骨前肌通过电刺激坐骨神经收缩。收缩后4小时收获肌肉。使用SUnSET方法估计肌肉蛋白质合成速率。处理7天后,高力收缩增加了两组的蛋白质合成和mTORC1信号传导。处理15天后,高力收缩同样激活了两组的mTORC1信号传导,但蛋白质合成仅在对照组中增加。蛋白质合成失败可能是因为DEX处理小鼠的基线合成速率升高。自噬标志物LC3 II/I比值在收缩后降低,与处理持续时间无关。这些数据表明,糖皮质激素治疗持续时间改变了肌肉对高力收缩的合成代谢反应。新与值得注意:糖皮质激素肌病是最常见的、有毒性的、非炎症性肌病。我们的工作表明,在短期糖皮质激素治疗后,高力收缩增加了骨骼肌中的蛋白质合成。然而,较长时间的糖皮质激素治疗导致对高力收缩的合成代谢抵抗,尽管雷帕霉素复合物1(mTORC1)信号通路激活。这项工作定义了高力收缩在糖皮质激素肌病患者中激活恢复失去肌肉质量的过程的潜在限制。

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
抵抗运动能否在糖皮质激素肌病肌肉中诱导合成代谢反应,以及治疗持续时间是否影响此反应?
核心机制
短期DEX治疗不损害mTORC1信号激活和蛋白合成;长期治疗导致合成代谢抵抗,尽管mTORC1和ERK1/2信号仍被激活,但基础合成速率可能已升高,无法进一步增加。
主要证据
7天DEX处理后,高力收缩显著增加蛋白合成和mTORC1信号;15天处理后,收缩仅增加mTORC1信号而不增加蛋白合成,且非收缩肌肉中嘌呤霉素掺入升高。
研究意义
为使用抗阻运动治疗早期糖皮质激素肌病提供支持,并指出长期治疗可能限制其疗效。

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

建立糖皮质激素肌病模型

诱导肌病并验证表型变化

对雌性C57Bl/6J小鼠进行DEX处理(注射或饮水),评估体重、瘦体重、脂肪量、肌肉质量、脾脏质量和抓力。

2

实施高力收缩刺激

模拟抗阻运动诱导合成代谢反应

在麻醉下通过电刺激坐骨神经诱导胫骨前肌高力收缩,收缩后4小时收获肌肉。

3

检测蛋白质合成速率

评估收缩诱导的合成代谢反应

使用SUnSET方法,在收缩前30分钟注射嘌呤霉素,通过Western blot检测嘌呤霉素掺入。

4

分析mTORC1信号通路

检测收缩是否激活蛋白质合成的关键信号

通过Western blot检测mTORC1下游底物(p70S6K1, 4EBP1)和eEF2的磷酸化水平。

5

分析自噬标志物

评估收缩对自噬的影响

通过Western blot检测LC3 II/I比值。

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。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化

产品清单

实验环节名称品牌货号
地塞米松VetOne (实验1), Sigma-Aldrich (实验2)50-02-2 (实验2)
生理盐水Hospira--
嘌呤霉素AG Scientific--
蛋白酶抑制剂混合物Sigma-AldrichP-8340
Bio-Rad Tris-甘氨酸 Criterion预制胶Bio-Rad--
PVDF膜----
Clarity化学发光试剂Bio-Rad1705061
Bio-Rad ChemiDoc Touch成像系统Bio-Rad--
REDD1抗体Proteintech10638-1-AP
SESTRIN2抗体Proteintech10795-1-AP
BCAT2抗体Proteintech16417-1-AP
p70S6K1 (Thr389)抗体Cell Signaling Technology9205
4EBP1 (Ser65)抗体Cell Signaling Technology9451
ERK1/2 (Thr202/Tyr204)抗体Cell Signaling Technology9101
总ERK1/2抗体Cell Signaling Technology9102
eEF2 (Thr56)抗体Cell Signaling Technology2331
总eEF2抗体Cell Signaling Technology2332
LC3B抗体Cell Signaling Technology43566
嘌呤霉素抗体Millipore SigmaMABE343
二抗(抗小鼠IgG)Bethyl LaboratoriesA-120-101P
二抗(抗兔IgG)Bethyl LaboratoriesA-90-116P
ImageLab软件Bio-Rad--
ImageJ软件National Institutes of Health--

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
动物模型
小鼠品系(C57Bl/6J)、性别(雌性)、年龄(16周)、处理时长(7天或15天)
阅读提示:Methods: Animals
DEX处理
DEX剂量、给药方式(注射或饮水)、DEX给药持续时间
阅读提示:Methods: Experimental Design (Experiment 1 and 2)
高力收缩刺激
电刺激参数(频率、电流、组数、次数、休息时间)、收缩后取样时间
阅读提示:Methods: Experimental Design (Experiment 1)
蛋白合成检测
嘌呤霉素剂量、注射方式、注射后取样时间、SUnSET方法细节
阅读提示:Methods: Experimental Design and Puromycin injection
信号通路检测
Western blot抗体、稀释比例、归一化方法
阅读提示:Methods: Western Blot Analysis