mTOR和Sirt1在老年肌肉衰减综合征发病机制中的相互作用及其对线粒体功能的影响

大量研究表明肌细胞线粒体功能的损伤在老年肌肉衰减综合征的病理生理过程中起着决定性作用。作为近年新发现的寿命调节的关键因子，mTOR和Sirt1被发现在多种细胞中对线粒体功能起调节作用。据此，我们认为mTOR和Sirt1应通过对线粒体功能的调节在老年肌肉衰减综合征的发病机制中发挥重要作用。本研究有两个目的：①明确在老年小鼠骨骼肌中诱导增加氧化应激和线粒体功能损伤时mTOR和Sirt1活性的变化；②通过在体质粒转染的手段在老年小鼠骨骼肌中减少mTOR的活性和/或增加Sirt1的活性，观察mTOR和Sirt1彼此之间的相互影响和老年小鼠骨骼肌细胞中线粒体功能的的变化。我们预期老年骨骼肌中线粒体的损伤会增强mTOR的作用并降低Sirt1的活性；老年骨骼肌中mTOR和Sirt1的活性相互影响；减少mTOR和/或增加Sirt1的活性会减少老年骨骼肌线粒体的损伤，进而减少老年肌肉衰减综合征中肌肉的丢失。

利用后肢悬提在老年和壮年雄性C57BL小鼠建立老年肌肉衰减综合征动物模型，观察老年骨骼肌在废用性肌萎缩时肌细胞氧化应激反应及Sirt1和mTOR信号传导通路的变化；同时进一步观察了在上述小鼠动物模型腓肠肌组织中过度表达Sirt1基因对Sirt1和mTOR信号传导通路及氧化应激状态的反应。结果发现：①老年和后肢悬提能显著增加小鼠腓肠肌中的过氧化氢含量、过氧化氢酶活性、脂质过氧化物--丙二醛和4-羟基壬烯醛的含量、铜锌超氧化物歧化酶(Copper and Zinc superoxide dismutase, CuZnSOD)和锰超氧化物歧化酶(Manganese superoxide dismutase, MnSOD)含量及活性，降低还原型和氧化型谷胱甘肽（GSH/ GSSG）比率及谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase, GPx)活性。②老年和后肢悬提不影响总mTOR、p70S6K和4E-BP1在腓肠肌肌肉组织的蛋白表达，但它们的磷酸化形式蛋白的表达在老年小鼠明显增加，而后肢悬提可以明显降低壮年和老年小鼠磷酸化mTOR、p70S6K和4E-BP1蛋白的表达，说明mTOR信号传导通路的活性在老年骨骼肌是增加的，但在后肢悬提诱导的肌肉萎缩的病理过程中是减低的。③尽管老年和后肢悬提可以诱导小鼠腓肠肌中Sirt1蛋白表达的明显升高，但Sirt1的活性却显著降低；与Sirt1活性密切相关NAD+和NAD+/NADH比率及NAD+限速酶NAMPT蛋白的表达也明显降低降低；Sirt1下游底物PGC-1α、FOXO1和p53蛋白表达也显著减少；说明Sirt1的活性在老年和后肢悬提所诱导的肌肉萎缩的病理过程中也是减低的。④Sirt1超表达可以明显增加老年和后肢悬提诱导的腓肠肌湿重和肌纤维的横截面积的减少，增加细胞核的凋亡；增加磷酸化mTOR、p70S6K和4E-BP1在腓肠肌组织表达的减少，并进一步降低NAD+/NADH比率和NaMPT蛋白的表达。我们的结果提示老年和废用性肌萎缩骨骼肌中氧化应激状态明显增加，但Sirt1活性和mTOR信号传导系统相关活性蛋白的表达却明显减少。说明Sirt1和mTOR信号传导通路参与了老年衰减综合征的病理过程，改变Sirt1的活性有可能成为今后老年肌肉衰减综合征预防或治疗的靶点之一。