骨骼肌重塑中的钙调神经磷酸酶信号转导通路

背景:骨骼肌重塑是骨骼肌对多种刺激因素所产生的形态结构与代谢机能的适应性变化.近几年关于钙调神经磷酸酶(CaN )/(NFATS)在骨骼肌重塑中的作用备受关注.目的:探讨钙调神经磷酸酶在骨骼肌从无氧转向有氧的代谢重塑、肌纤维类型转化以及在骨骼肌肥大过程中的信号转导作用.方法:由第一作者用计算机检索ISI Web of knowledge 数据库(1998/2010),检索词为"calcineurin,skeletal muscle,hypertrophy,NFAT,myofiber type",语言设定为英文.从钙调神经磷酸酶信号系统在骨骼肌代谢、肌纤维类型转换和肌肉肥大中的作用方面进行总结,对其调节机制、肌肉重塑等方面进行介绍.结果与结论:共检索到186 篇文章,按纳入和排除标准对文献进行筛选,共纳入33 篇文章.结果表明CaN/NFATS 信号激活有助于Ⅰ型肌纤维分化,提高线粒体有氧代谢能力,但骨骼肌对耐力运动的适应并不绝对依赖CaN.CaN/NFATS 转导通路有可能通过转录激活utrophin A 来调控骨骼肌的肥大反应.由此可知钙调神经磷酸酶参与骨骼肌代谢、纤维转化和肥大的重塑过程,调节骨骼肌对刺激产生适应性应答反应.     

骨骼肌生长与适应的机械信号与途径

背景:骨骼肌作为一种机械组织,具有机械收缩的功能,但外界力学机械信号如何转变成生物体的化学信号,从而影响肌肉的生长和代谢仍不是很明确.目的;了解机械刺激与骨骼肌适应的信号途径,为摸索改善骨骼肌质量与适应提供理论依据及实验方案.方法:应用计算机检索Pubmed数据库和中国期刊网1980-01/2008-12相关文献.英文检索词为"skeletal muscle、mechanical stimulation、signal transduction";中文检索词为"骨骼肌,运动,信号传导".纳入标准:①具有原创性,论点论据可靠的实验性文章.②与骨骼肌肥大相关内容的文章.③观点明确,分析全面的文章.排除标准:与文章目的无关的内容和重复性研究.结果与结论:骨骼肌作为一种机械组织,具有机械收缩的功能,但外界力学机械信号如何转变成生物体的的化学信号,从而影响肌肉的生长和代谢仍不是很明确.研究表明,机械刺激通过诱导Akt/mTOR途径,从而促进骨骼肌生长与适应的机制;骨骼肌纤维在机械运动刺激作用下,神经冲动的传递,随后开放Ca2+及相关离子通道,引起胞浆中的钙离子增加,使钙调神经磷酸酶的活性上升,催化NFAT去磷酸化,激活的NFAT进入肌细胞核,作用于相应的靶基因,最终使骨骼肌产生运动适应性变化.结果表明,肌肉机械信号刺激促进胰岛素样生长因子1的释放,进而通过生物信号传导通路来实现.机械刺激促进离子浓度的改变,从而影响钙调磷酸酶/对核因子活化T细胞途径以增加肌肉质量.对于机械运动的物理信号与生物体的化学信号通路的机制研究还有待继续深入探索.     

钙调神经磷酸酶在心血管系统中的作用

目的:钙调节神经磷酸酶是目前惟一已知的细胞内钙/钙调素依赖性丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶,在细胞信号传递过程中直接受钙的调节,起去磷酸化作用。就钙调节神经磷酸酶的酶学特性、分布、生物学功能及其与心血管系统的关系作一综述。资料来源:检索Medline1995-01/2005-12及清华同方数据库1994-01/2005-12的相关文章,检索词“calcineurin”,并限定文章语言种类为English。检索词“钙调节神经磷酸酶”,限定文章语言种类为中文。资料选择:对资料进行初审,纳入标准:钙调节神经磷酸酶的酶学特性、分布、生物学功能及其与心血管系统关系的实验研究文章。排除标准:重复研究、综述、Meta分析。资料提炼:共收集到95篇关于钙调节神经磷酸酶的酶学特性、分布、生物学功能及其与心血管系统关系的实验研究的文献,30篇符合纳入标准。排除的65篇中包括重复研究、综述、Meta分析。资料综合:①近年发现,钙调节神经磷酸酶-T细胞活化核因子途径广泛存在于心肌骨骼肌、血管平滑肌细胞等,参与心肌和骨骼肌肥大、成纤维细胞增殖的发生。②钙调节神经磷酸酶为一个催化亚单位(CnA)和一个调节亚单位(CnB)组成的异源二聚体,有3种主要同工酶:CaNα,CaNβ,CaNγ。钙/钙调素与钙调节神经磷酸酶结合后诱发CnA构象的改变,致使自身抑制域移位,暴露出活性位点,产生钙调节神经磷酸酶的活化。③钙调节神经磷酸酶使胞浆转录因子NF-ATS脱磷酸化,暴露其核定位信号,NF-ATS得以转位入核,与核内其他转录因子协同调节多种基因的活化。在免疫应答中的重要作用,参与细胞生长,凋亡。④钙调节神经磷酸酶信号通路启动血管发育及后期血管与周围组织之间的有联,钙/钙调节神经磷酸酶/NF-ATC在正常心瓣和心膈形成的信号转导过程中发挥重要作用,对心脏的正常形态学发生至关重要。结论:钙调节神经磷酸酶在心血管系统的正常生理结构与功能的维持以及病理生理过程中均发挥着重要作用。调节神经磷酸酶信号通路在心血管系统生理及病理生理中的反作用的证实,以及对其作用机制、抑制剂的深入研究,对探讨心血管疾病的发病机制、正常心血管功能的调节机制有重要意义。     

卫星细胞与肌肉肥大关系及成肌因子的运动性调控

背景:卫星细胞是成体肌肉发生重要的"原料",它的增殖、分化和融合增加了肌纤维的细胞核数量或肌纤维数的数量,继而引起肌肉功能和形态学的变化,但是肌肉肥大是否一定有卫星细胞参与还存在争议.成肌因子是肌肉发生调节的核心因子,在肌肉发生的多个阶段发挥重要作用,但是目前对它们功能上特点和差异的了解仍然不够深入.目的:总结并讨论卫星细胞和成肌因子在肌肉发生和肌肉肥大以及在肌肉训练中的作用.方法:由第一作者用计算机检索中国期刊全文数据库(CNKI:2000/2010)和Medline(2000/2010)数据库,检索词分别为"骨骼肌,肥大,运动,肌肉发生,卫星细胞,成肌因子"和"skeletal muscle,hypertrophy,exercise,myogenesis,satellite cell,MRF",语言分别设定为中文和英文.从卫星细胞与肌肉肥大、成肌因子的作用及成肌因子的运动性调控特点2方面进行总结,对卫星细胞及成肌因子在肌肉发生中的作用及其调节机制和肌肉重塑等方面进行介绍.结果与结论:共检索到177篇文章,按纳入和排除标准对文献进行筛选,共纳入30篇文章.结果表明肌肉发生是肌肉肥大的生物学基础,卫星细胞是成体肌肉发生关键,但肌肉肥大早期过程可能没有卫星细胞的参与,以DNA含量来衡量卫星细胞改变可能有较大误差,成肌因子是肌肉发生核心因子.目前研究对成肌因子成员之间功能的异同和成肌因子的运动性调控特点的了解仍不深入.     

去神经支配骨骼肌萎缩的多种治疗

背景：骨骼肌去神经支配后出现肌萎缩和收缩功能的丧失,肌纤维发生与萎缩相关的一系列的形态学和组织学的变化。近年来随着技术水平及理论研究的进展,治疗效果有了较大的提高,但仍未达到满意的效果。目的：总结并讨论近年来有关去神经支配骨骼肌萎缩的治疗新进展,为肌肉功能的恢复提供理论基础。方法：由第一作者用计算机检索中国期刊全文数据库（CNKI：2000/2010）和Medline数据库（2000/2010）,检索词分别为＂去神经支配,骨骼肌,肌萎缩,治疗＂和＂denervated,skeletal muscles,atrophy,treatment＂。共检索到135篇文章,按纳入和排除标准对文献进行筛选,共纳入30篇文章,从物理治疗、神经修复和植入、细胞移植、药物、基因和中药治疗等方面进行总结和分析。结果与结论：近年来去神经支配骨骼肌的治疗取得了很大进展,但这些方法只能在一定程度上缓解骨骼肌萎缩,在一段时间内维持肌肉的生理功能。目前研究随着去神经支配骨骼肌萎缩机制的阐明,针对性的治疗措施将会取得更好的效果。     

机械刺激诱导肌肉生长的细胞信号通路

学术背景：机械刺激导致肌肉生长的机制一直是运动生理学研究热点问题。近几年，有关机械刺激诱导肌肉生长的细胞信号通路倍受关注，通过掌握机械诱导细胞信号通路及信号分子的作用，进一步探索运动训练诱导肌肉蛋白质合成的生理机制。 目的：综合分析机械刺激肌肉肥大信号转导通路。 检索策略：在www．pubmed．gov进行检索有关机械刺激及运动导致肌肉肥大信号通路的文献，检索时间限定为“2000-01，2007—10”，检索词“mechanical stimuli”、“cell signaling”、“exercise”、“skeletal muscle”、“hypertrophy”，文献类别“动物实验和人体实验”，限定文章语言种类为“English”。将检索到的文献导入Endnote文献管理器中，对资料进行初审，选择机械刺激信号转导机制与运动的文章，除去不相关研究文献。 文献评价：文献来源主要是关于机械刺激诱导肌肉生长细胞信号通路的实验性和综述性论文，在符合纳入标准参考文献的63篇文献中，19篇为综述性论文，54篇为实验性论文。 资料综合：机械刺激可以促进肌肉生长或促进肌肉肥大。尽管其产生的生理机制仍在探讨中，但已有3条细胞分子信号通路受到关注，即神经钙蛋白通路、P13K／Akt通路和磷脂酶D/磷脂酸通路，通过这些通路将机械信号转换为诱导肌肉生长的分子信号。因此，充分掌握机械刺激作用于骨骼肌的机制，对理解运动负荷提高肌肉质量具有积极意义。 结论：胰岛素样生长因子Ⅰ是诱导骨骼肌肥大的重要因素。在胰岛素样生长因子Ⅰ所诱导的通路中，神经钙蛋白信号有调节Ⅰ型肌肉表型作用，目前对PI3K/Akt/mTOR信号通路较为关注，研究报告较多，也较为深入，但磷脂酸诱导的雷帕霉素靶蛋白信号通路也已经受到越来越多的重视。     

运动诱导骨骼肌肥大的信号传导通路

归纳分析运动诱导骨骼肌生理性适应肥大机制,为训练计划设计提供指导性的建议.运动诱导骨骼肌生理性适应肥大机制涉及到多种信号传导途径:①雷帕霉素靶体蛋白(mTOR)信号传导通路刺激骨骼肌生长.②PI3K-mTOR在调节细胞和器官生长中扮演着重要的作用.③mTOR参与肌肉适应性生长的调节.④和肾上腺素能激动剂克伦特罗诱导的肌肉生长通过mTOR和其下游的目标蛋白.⑤mTOR通路参与抗阻力训练诱导肌肉肥大.大量关键蛋白分子和信号传导通路被发现和证实,其中Akt/mTOR信号通路,被认为在参与调节肌肉的生长,增加蛋白的合成方面起到重要的作用.改变运动方式,能够选择性的激活Akt和mTDR的上游的效应分子目前并不清楚,需进一步研究.     

去神经支配骨骼肌萎缩的多种治疗

背景:骨骼肌去神经支配后出现肌萎缩和收缩功能的丧失,肌纤维发生与萎缩相关的一系列的形态学和组织学的变化.近年来随着技术水平及理论研究的进展,治疗效果有了较大的提高,但仍未达到满意的效果.目的:总结并讨论近年来有关去神经支配骨骼肌萎缩的治疗新进展,为肌肉功能的恢复提供理论基础.方法:由第一作者用计算机检索中国期刊全文数据库(CNKI:2000/2010)和Medline数据库(2000/2010),检索词分别为"去神经支配,骨骼肌,肌萎缩,治疗"和"denervated,skeletal muscles,atrophy,treatment".共检索到135篇文章,按纳入和排除标准对文献进行筛选,共纳入30篇文章,从物理治疗、神经修复和植入、细胞移植、药物、基因和中药治疗等方面进行总结和分析.结果与结论:近年来去神经支配骨骼肌的治疗取得了很大进展,但这些方法只能在一定程度上缓解骨骼肌萎缩,在一段时间内维持肌肉的生理功能.目前研究随着去神经支配骨骼肌萎缩机制的阐明,针对性的治疗措施将会取得更好的效果.     

表没食子儿茶素没食子酸酯对血管紧张素Ⅱ诱导的心肌细胞肥大的抑制作用

目的探讨表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)对血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)诱导的心肌细胞肥大的抑制作用及其可能的作用机制。方法利用原代培养的新生大鼠心肌AngⅡ(0.1μmol/L)诱导制备心肌细胞肥大模型,检测EGCG(0.5、1.0、2.0μmol/L)干预后,心肌细胞培养上清液一氧化氮(NO)浓度和一氧化氮合酶(NOS)及Ca2+-ATP酶活性,同时检测心肌细胞钙调神经磷酸酶(CaN)mRNA的表达和钙调神经磷酸酶α-亚基(CnA)蛋白的表达情况。结果对照组的AngⅡ使心肌细胞发生明显肥大,细胞内NOS和Ca2+-ATP酶活性下降,而CaN mRNA和CnA蛋白表达增加,差异有统计学意义(P0.05);EGCG不同剂量组均明显减轻AngⅡ诱导的心肌细胞肥大程度,增加NOS和Ca2+-ATP酶活性,促进NO释放,下调CaN mRNA和减少CnA蛋白表达,差异有统计学意义(P0.05)。结论 EGCG抑制AngⅡ诱导的心肌细胞肥大作用机制可能与EGCG增加NO释放,升高NOS和Ca2+-ATP酶活性,抑制CaN信号转导通路及降低CnA蛋白表达有关。     

骨骼肌葡萄糖转运的运动性适应信号机制

运动可以使骨骼肌产生良好的生理适应.急性运动或者肌肉收缩,通过增加骨骼肌的葡萄糖摄取从而使葡萄糖保持在一个稳定的水平.急性运动引起的肌肉收缩可以引起细胞内AMP/ATP值升高,Ca2+水平的增加,蛋白激酶的激活等一系列反应.因此,可以推测急性运动引起的这些生理反应过程激活一个或者多个细胞内信号转导通路就可以增加细胞膜的葡萄糖转运蛋白4运载体活性和葡萄糖的摄取.这个复杂过程中涉及到的信号分子,如腺苷酸-活化蛋白激酶,钙离子/钙调蛋白依赖性蛋白激酶和Akt底物相对分了质量160 000蛋白.长期的运动训练可以诱导代谢基因表达的改变,引起肌纤维类型、线粒体的生物发生、葡萄精转运蛋白4水平的改变,从而调节葡萄糖的转运.运动在调节骨骼肌代谢中起着重要的生理作用,但是这些重要的生理现象的分子机制目前还不是很清楚.     

耐力训练模型大鼠骨骼肌代谢酶与自由基变化

背景：骨骼肌代谢酶与自由基的变化与不同的运动方式和运动强度有关。目的：观察递增大强度耐力训练下大鼠骨骼肌代谢酶活性和自由基代谢的变化。方法：健康雄性SD大鼠,随机分为安静组和运动组,后者建立8周的递增大强度耐力训练模型,训练结束后取骨骼肌样本测试肌酸激酶、乳酸脱氢酶、谷草转氨酶、谷丙转氨酶、丙二醛、总抗氧化酶、过氧化氢酶水平。结果与结论：8周训练后,运动组大鼠肌酸激酶、乳酸脱氢酶、谷草转氨酶、谷丙转氨酶酶活性及丙二醛水平均高于安静组（P〈0.01或0.05）,而总抗氧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶活性低于安静组（P〈0.05）。说明8周的递增大强度的耐力训练能使骨骼肌受到一定的损伤,并且提示抗氧化酶活性的下降和部分代谢酶活性以升高之间有一定的关系。     

大鼠骨骼肌细胞异柠檬酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶活性在不同训练负荷时的变化

背景：异柠檬酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶是糖有氧氧化过程中的关键酶,不同训练方式和训练时间对骨骼肌异柠檬酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶活性影响的报道较少。目的：探讨不同训练负荷条件对大鼠骨骼肌异柠檬酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶活性的影响。方法：参照BEDFORD TG标准,建立大鼠有氧、无氧和有氧无氧交替运动跑台训练模型,正常饲养的大鼠作为对照。训练结束后,紫外分光光度计检测大鼠骨骼肌异柠檬酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶的活性。结果与结论：有氧运动4,6周,大鼠骨骼肌异柠檬酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶活性均明显升高（P〈0.05）;交替运动2周,异柠檬酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶活性增加（P〈0.05）,运动至4,6周时,两种酶活性均下降（P〈0.05）;而无氧运动对异柠檬酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶活性无影响。结果提示：长期的有氧运动和短时间的有氧无氧交替运动有利于提升骨骼肌异柠檬酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶的活性。     

骨骼肌肌浆网Na^＋,K^＋-ATP酶和Ca^2＋-ATP酶活性在不同训练条件下的变化

背景：Na^＋,K^＋-ATP酶和Ca^2＋-ATP酶在物质运送、能量转换以及信息传递方面具有重要作用。肌浆网在肌肉兴奋-收缩耦联过程中起关键作用,与运动性骨骼肌疲劳的发生密切关。目的：通过建立SD大鼠有氧和无氧训练模型,观察不同训练负荷条件对大鼠骨骼肌肌浆网Na^＋,K^＋-ATP酶和Ca^2＋-ATP酶活性的影响。方法：参照BedfordTG标准,建立有氧和无氧运动大鼠跑台训练模型,有氧运动组采用递增负荷训练,无氧运动组采用高速间歇训练,正常对照组大鼠正常笼内生活,不运动。各组动物训练结束后用超速离心法提取大鼠骨骼肌肌浆网,紫外分光光度计检测大鼠骨骼肌肌浆网Na^＋,K^＋-ATP酶和Ca^2＋-ATP酶的活性。结果与结论：训练4周后,两个运动组大鼠骨骼肌肌浆网Na^＋,K^＋-ATP酶和Ca^2＋-ATP酶的活性逐渐升高（P〈0.05）;训练6周,仅有氧运动组升高（P〈0.05）,无氧运动组则活性降低（P〈0.05）。结果提示有氧训练更有利于保护大鼠骨骼肌肌浆网Na^＋,K^＋-ATP酶和Ca^2＋-ATP酶的活性,但需要一定的时间累积。     

Muscle training: physiology and practical applications of training for strength versus endurance

An understanding of the physiology of muscle training can help the athlete, trainer, or therapist make specific improvements in athletic performance. Different metabolic pathways of muscle contraction predominate depending upon the type of work performed. Two anaerobic pathways provide energy for fast, powerful contractions while aerobic metabolism fuels sustained muscular endurance activities. Two types of human muscle fibers have been identified. Selective training of the different muscle fiber types can enhance performance in a particular sport.     

ACTN3 genotype influences muscle performance through the regulation of calcineurin signaling

α-Actinin-3 deficiency occurs in approximately 16% of the global population due to homozygosity for a common nonsense polymorphism in the ACTN3 gene. Loss of α-actinin-3 is associated with reduced power and enhanced endurance capacity in elite athletes and nonathletes due to “slowing” of the metabolic and physiological properties of fast fibers. Here, we have shown that α-actinin-3 deficiency results in increased calcineurin activity in mouse and human skeletal muscle and enhanced adaptive response to endurance training. α-Actinin-2, which is differentially expressed in α-actinin-3–deficient muscle, has higher binding affinity for calsarcin-2, a key inhibitor of calcineurin activation. We have further demonstrated that α-actinin-2 competes with calcineurin for binding to calsarcin-2, resulting in enhanced calcineurin signaling and reprogramming of the metabolic phenotype of fast muscle fibers. Our data provide a mechanistic explanation for the effects of the ACTN3 genotype on skeletal muscle performance in elite athletes and on adaptation to changing physical demands in the general population. In addition, we have demonstrated that the sarcomeric α-actinins play a role in the regulation of calcineurin signaling.     

腺嘌呤核苷酸活化蛋白激酶与哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号转导通路的相互作用

背景：腺嘌呤核苷酸活化蛋白激酶的下游靶分子哺乳动物雷帕霉素靶蛋白对细胞生长、分裂和蛋白质合成有重要意义。目的：综述腺嘌呤核苷酸活化蛋白激酶与哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号转导相互调节的最新研究进展,以期揭示腺嘌呤核苷酸活化蛋白激酶和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号转导的交互作用对蛋白质合成的影响。方法：以＂（mammalian target of rapamycin OR mTOR）AND（AMP activated protein kinase OR AMPK）AND signal transduction＂为检索式,计算机检索PubMed数据库相关内容的文献,最终纳入30篇可反映腺嘌呤核苷酸活化蛋白激酶与哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号转导通路相互作用的文献,并进行归纳总结。结果与结论：腺嘌呤核苷酸活化蛋白激酶活化导致哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号转导减弱一定程度上抑制蛋白质合成,腺嘌呤核苷酸活化蛋白激酶通过多个位点磷酸化和活化而调节哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号转导。腺嘌呤核苷酸活化蛋白激酶磷酸化马铃薯球蛋白会抑制Akt,ERK1/ERK2和p90rsk等其他蛋白激酶的作用。明确腺嘌呤核苷酸活化蛋白激酶对哺乳动物雷帕霉素靶蛋白的调节过程所起的作用,对揭示腺嘌呤核苷酸活化蛋白激酶-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白途径调控能量代谢和蛋白合成方面有重要意义。     

不同运动方式和时间对大鼠骨骼肌线粒体呼吸链复合体酶Ⅰ和Ⅳ活性的影响

背景：急性剧烈运动对机体可造成氧化应激,线粒体生成活性氧造成机体氧化应激和钙离子超负荷,导致骨骼肌功能下降,机体产生疲劳。然而长期规律运动后线粒体产生适应性变化,从而起到保护机体免受过多活性氧损害的作用。目的：观察不同运动方式和时间对大鼠骨骼肌线粒体呼吸链复合体酶Ⅰ,Ⅳ活性的影响。方法：48只健康雄性SD大鼠随机等分为正常对照组、无氧运动组、有氧运动组和交替运动组。在大鼠运动2,4,6周的时候分别处死,差速离心提取大鼠骨骼肌线粒体,分光光度法测定线粒体呼吸链复合体酶Ⅰ,Ⅳ的活性。结果与结论：运动后有氧组、交替组与无氧组线粒体呼吸链复合体酶I的活性随时间先增强而后下降;运动后有氧组与交替组线粒体呼吸链复合体酶Ⅳ的活性随时间而增强,无氧组则下降。说明有氧运动在中长期耐力运动中可有效提高大鼠体内呼吸链复合体酶Ⅰ,Ⅳ的活性,而无氧运动则只能在短期内提高其活性,长时间无氧运动可能导致对线粒体呼吸链复合体酶的损伤,影响骨骼肌工作效率,造成机体疲劳。