达乌尔黄鼠冬眠期抗废用性肌萎缩的机制及与冬眠阵的关系研究

Human skeletal muscle,especially hindlimb antigravity muscle,,showed significant muscle atrophy after about 10 days disuse (weightlessness, bed rest and inactivity). Mechanisms of disuse muscle atrophy and its protective measures is an important issue to be solved for aerospace medicine, clinical medicine and sports medicine. For this question, a valuable model is provided for us by daurian ground squirrels (Spermophilus dauricus) whose skeletal muscle do not show obvious atrophy after a long time disuse in its 5 to 6 months hibernation. Obviously, a mechanism of protecting skeletal muscle from atrophy worked in this process. We planned to apply comparative physiology methods on ground squirrels and hindlimb unloading rats to study the effects of disuse on structure and contractile function of skeletal muscle systematically; Four aspects, including protein metabolism, cytosolic calcium homeostasis, energy metabolism, and blood-oxygen supply, were selected to investigate the possible anti-atrophy mechanism from disuse in hibernating ground squirrels and its relationship with hibernation bouts. The object of the study is to illustrate the main morphological and functional changes and mechanism that adapt skeletal muscle of ground squirrels to the special ecological environment. The study will hopefully provide a new route and method for further research of mechanisms of disuse muscle atrophy and its protective measures in nonhibernators.

人类的骨骼肌特别是下肢抗重力肌在废用状态下(失重、卧床与不活动)10天左右，即可出现明显的肌肉萎缩。深入研究废用性肌萎缩的发生机制与防护措施，是航天医学、临床医学、运动医学及康复医学等领域亟待解决的重大课题之一。达乌尔黄鼠(Spermophilus dauricus)在每年长达5至6个月的冬眠中，其骨骼肌无疑处于废用状态，但出眠时并未发生明显的肌萎缩现象，显然，冬眠黄鼠是一种天然的抗废用性肌萎缩动物模型。本项目拟用比较生理学方法系统研究肌肉废用(后肢去负荷、冬眠) 与冬眠阵对黄鼠骨骼肌的影响及机制，并与后肢去负荷大鼠相比较；通过对骨骼肌的蛋白质代谢、胞浆钙稳态、能量代谢及血氧供应能力四个方面的研究，探讨黄鼠冬眠期抗肌萎缩的机制及与冬眠阵的可能关系，初步阐明黄鼠骨骼肌对特殊生态环境生理适应的主要表现和机制，并有望为深入研究非冬眠动物的废用性肌萎缩发生机制与防治措施提供新思路、新方法。

冬眠动物是天然的抗废用性肌萎缩动物模型。本研究以冬眠达乌尔黄鼠(Spermophilus dauricus)为研究对象，从骨骼肌的蛋白质代谢、胞浆钙稳态、能量代谢及血氧供应能力四个方面探讨了黄鼠冬眠期抗肌萎缩的机制及与冬眠阵的关系。主要结果如下：.通过iTRAQ定量蛋白质组学的方法获得了冬眠不同时期黄鼠慢收缩肌（比目鱼肌）和快收缩肌（趾长伸肌）的高通量差异蛋白谱，鉴定出2059个蛋白；采用生物信息学方法对冬眠不同时期黄鼠慢缩肌与快缩肌的差异性生物学过程与生理功能进行系统分析，发现冬眠期慢缩肌中的蛋白合成与分解代谢总体处于抑制状态，快缩肌中调控合成代谢与分解代谢的上游信号分子储备性上调可能是其快速调控蛋白分解代谢的重要机制。.对黄鼠不同类型骨骼肌中FoxO转录因子与NF-κB通路表达的变化进行了系统研究，发现相对于比目鱼肌，冬眠期腓肠肌（混合肌）与趾长伸肌中FoxO转录因子与NF-κB通路对atrogin-1与MuRF-1基因表达的调控机制更为复杂。但通过调控肌萎缩因子atrogin-1与MuRF-1基因表达来抑制骨骼肌收缩蛋白降解可能是冬眠动物不同类型骨骼肌抗废用性肌萎缩的共同的核心机制。.冬眠黄鼠不同类型的骨骼肌均具有良好的调节胞浆钙稳态的能力。冬眠期胞浆钙稳态的维持可能是其避免Calpain激活，从而避免骨骼肌蛋白降解的重要机制。冬眠阵可能通过调节胞浆钙稳态的方式参与了废用性肌萎缩的对抗。冬眠期抗凋亡因子Bcl-2的显著上调，可能与胞浆钙稳态的维持协同抑制了细胞凋亡的发生，从而也参与了废用性肌萎缩的抑制。.另一方面，冬眠期血氧供应与氧化能力出现升高或不变，是冬眠期骨骼肌非凡血氧氧化能力形成的重要机制，也是冬眠期抗废用性肌萎缩的重要机制。.以上结果中有关不同类型骨骼肌中蛋白代谢与钙稳态的研究均为首次报道，为阐明冬眠黄鼠抗废用性肌萎缩的机制提供了大量新的科学资料，并有望为深入研究非冬眠动物的废用性肌萎缩发生机制与防治措施提供新思路。