随着全球人口老龄化的不断加剧,年龄导致的肌肉蛋白质合成反应下降可能会导致肌少症的发病上升,其特点是骨骼肌质量、力量和功能的逐渐丧失,与跌倒、死亡率增加等多种不良后果有关。然而,目前尚未有被FDA批准的针对肌少症的药物[1]。因此,结合非药物治疗、运动和营养干预,开发更有效的干预策略是非常必要的。其中,营养干预被认为是预防老年人肌少症的首要措施之一[2]。
小麦低聚肽是一种从小麦蛋白水解而来的生物活性寡肽,主要成分包括谷氨酰胺、亮氨酸、脯氨酸、色氨酸和丝氨酸,这些对于肌蛋白质的合成和维持非常重要。由于年龄增长导致消化功能下降、肠粘膜表面积减少和小肠粘膜上皮细胞数量减少,老年人消化和利用营养物质的能力降低,而小麦低聚肽则非常适合老年人肠胃的消化和吸收。此外,鱼油中的ω-3多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFAs)也被报道有益于老年人的肌肉力量和功能[3]。因此,小麦低聚肽和鱼油来源ω-3 PUFAs的补充可能成为预防肌少症的潜在营养干预策略且有待进一步研究。报道了鱼油来源的ω-3多不饱和脂肪酸和小麦低聚肽的单独或联合使用在预防和逆转肌少症方面的作用,并揭示了相关机制涉及蛋白质合成、骨骼肌再生、肌肉力量增强、抑制骨骼肌萎缩,同时联合营养干预还可以减少炎症、氧化应激和血脂。
该研究将100只25月龄SD老年大鼠,按体重随机分为模型对照组(AC)、鱼油(FO)干预组(低、中、高)、小麦低聚肽(WP)干预组(低、中、高)、联合干预组1(WFM 1)、联合干预组2(WFM 2)和联合干预组3(WFM 3),每组10只;6月龄SD大鼠10只作为青年对照组(YC)。低、中、高剂量鱼油组每日分别按照200mg/kg,400mg/kg,800mg/kg bw剂量给予FO灌胃,低、中、高剂量小麦低聚肽组每日分别按照100mg/kg,200mg/kg,400mg/kg bw剂量给予WP灌胃,WFM1、WFM2和WFM3每日分别按照(800mg/kg FO+100mg/kg WP)、(400mg/kg FO+200mg/kg WP)、(200mg/kg FO+400mg/kg WP)给予灌胃,连续灌胃10周。经干预后,老年大鼠抓力均显著提高,肌肉质量(股四头肌、胫骨前肌、腓肠肌、跖肌)显著升高,股四头肌的最大横截面积和肌纤维横截面积显著增加,肌肉组织中脂滴的数量和面积显著降低,老年大鼠骨骼肌萎缩和脂肪浸润状况显著改善,联合干预组的改善效果优于单独干预组(图1)。
图1 (A)各组股四头肌核磁共振结果;(B)各组股四头肌病理学结果;(C)各组股四头肌最大横截面积;(D)各组股四头肌最大肌纤维横截面积;
*与YC组相比P<0.05;#与AC组相比P<0.05;&与WFM1组相比P<0.05;$与WFM2组相比P<0.05;+与WFM3组相比P<0.05。
(图源:Pan D, Yang L, et al., Journal of Advanced Research, 2023)
该研究通过指标检测发现联合干预组WFM 1、WFM 2、WFM 3能显著降低骨骼肌组织ROS、MDA、Fbox-1、GDF-8、MuRF-1、IL-6、TGF-β、TNF-α水平,显著升高SOD、MyoD、MyoG、GH、IGF-1水平(P<0.05),其中WFM 2组干预效果最佳。此外,联合干预组的改善效果也优于单独干预组(图2)。
图2 (A)氧化应激标志物,包括SOD、MDA和ROS;(B-C)肌肉合成代谢生物标志物,包括MuRF-1、MyoD、Fbox-1、MyoG和GDF-8;(D)包括GH和IGF-1在内的激素水平;(E)骨骼肌中的炎症标志物,包括IL-6、TGF-β和TNF-α;
*与YC组相比P<0.05;#与AC组相比P<0.05;&与WFM1组相比P<0.05;$与WFM2组相比P<0.05;+与WFM3组相比P<0.05。
(图源:Pan D, Yang L, et al., Journal of Advanced Research, 2023)
该研究通过蛋白组学开展了差异蛋白的筛选。WFM 2干预组与老年肌少症模型组蛋白组学结果显示组间共筛选出52个差异表达蛋白,34个表达上调,18个表达下调。GO功能注释结果显示差异蛋白主要参与了脂质运输调节、脂肪酸代谢调节、肌肉组织再生、蛋白质靶向膜调控、蛋白质生物合成、抑制蛋白质水解、胆固醇运输调节、负调控脂质定位和沉积、脂蛋白颗粒水平的调节、AMP分解代谢过程、甘油酯代谢过程、肽链内切酶活性调节、肽运输、胞内蛋白跨膜转运、细胞外组织结构等。KEGG结果显示,52个差异表达蛋白共参与145条信号通路,主要包括脂肪细胞脂质分解的调节、肌动蛋白细胞骨架调节、AMPK、PI3K-Akt、cAMP、JAK-STAT、MAPK、mTOR、TNF-α、TLR信号通路等信号通路、泛素介导的蛋白水解、生长激素的合成与分泌、蛋白质的消化吸收、脂肪酸代谢、甘油脂类代谢等(图3)。
图3 WFM2和AC组间差异的蛋白质组学结果。
(图源:Pan D, Yang L, et al., Journal of Advanced Research,2023)
基于以上蛋白组学结果,该研究选取8个差异表达蛋白开展Western Blot验证,结果显示与青年大鼠相比,老年肌少症大鼠股四头肌Rbm3、Pycr3、Qsox1、Pfn1、Igfbp1、Akt、p-Akt蛋白表达水平显著下调,Fabp1蛋白表达水平显著上调(P<0.05)。与模型对照组相比,WFM 2干预组显著上调Rbm3、Pycr3、Qsox1、Pfn1、Igfbp1、Akt、p-Akt蛋白表达水平,显著下调Fabp1蛋白表达水平(P<0.05),结果与蛋白组学结果一致(图4)。
图4 联合干预对股四头肌Rbm3、Pycr3、Pfn1、Akt、p-Akt、QSOX1、Fabp1和Igfbp1蛋白表达的影响;
*与YC组相比P<0.05;#与AC组相比P<0.05;$与WFM2组相比P<0.05。
(图源:Pan D, Yang L, et al., Journal of Advanced Research, 2023)
根据以上指标的功能分类,结果表明小麦低聚肽和鱼油来源ω-3 PUFAs的补充可以抑制骨骼肌萎缩、促进蛋白质合成和骨骼肌再生、增强骨骼肌力量、减少炎症和氧化应激、调节血脂,从而在预防和逆转老化相关的肌少症和调节机体健康方面具有一定作用(图5)。它们的联合使用可能将成为预防肌少症的潜在营养干预策略。
图5 小麦低聚肽和鱼油来源ω-3 PUFAs的补充所涉及的相关功能。
(图源:Pan D, Yang L, et al., Journal of Advanced Research, 2023)
该研究首次对老年肌少症大鼠开展鱼油和小麦低聚肽联合干预研究,并采用蛋白组学和核磁共振方法系统准确地探究联合干预对骨骼肌萎缩的改善作用及其机制,并努力寻求较优的联合方案,为将来改善老年人群肌肉衰减做出积极探索。但研究的局限性在于验证实验仅限于组学功能分析和表达调控水平,未能开展敲除或过表达方法进一步验证靶点的功能,这也将成为未来深入机制研究的开拓方向,并且可以结合临床样本深入挖掘重要靶点的临床意义。