负责肌肉类型转化的分子开关

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    [生物通讯]一支由Dana-Farber癌症研究院的研究人员领导的多家机构科学家组成的研究小组发现小鼠体内一个能够将容易疲乏的“快缩（fast- twitch）”肌纤维转化为纤细、耗氧、能够维持马拉松运动员长途奔跑的“慢缩（slow-twitch ）”肌纤维的分子开关。

    研究人员表示，这个科学家们长久以来一直在寻找的分子开关－－PGC-1的发现，使有一天医生给病人开出无需身体锻炼就能提高肌肉耐力的药物成为可能。正常情况下，增加肌肉耐力的唯一方法就是通过长期严格的训练。

    在8月15日期的《自然》（Nature）杂志上，研究人员描述了这个PGC-1分子开关在“快缩”肌纤维（II型肌纤维）向“慢缩”肌纤维（I型肌纤维）转化中扮演的角色。快缩肌纤维形成的是爆发性的强壮有力但很快会进入疲乏状态的肌肉，这种肌肉类型的人适合做举重运动员或短跑运动员。而慢缩肌纤维形成的则是善于耗氧、持久力较好但爆发力不足的肌肉，这种肌肉类型的人是何做马拉松运动员。大多数肌肉都是这两种肌纤维的混合体。

    “PGC-1似乎就是负责快缩慢缩肌纤维转化的开关，或至少是这个开关系统的一个主要组件，这个转化开关使得机体可以调节肌肉适应不同情况下对它们的不同要求。”研究的高级作者、Dana-Farber研究院的细胞生物学家Bruce M. Spiegelman博士解释说。“了解了这个开关系统是如何工作的就可能研制出操作这个系统的药物。”

    除Dana-Farber研究院的研究人员外，研究小组成员包括来自波士顿Beth Israel Deaconess医学中心以及德克萨斯大学西南医学中心的研究人员。

    Spiegelman的实验室在早先的研究中已经证明，作为辅助转录激活因子的PGC-1分子在肝脏中扮演着调节葡萄糖生产的调控开关的角色。葡萄糖是为细胞活动提供能量的燃料。

    在这次的肌肉研究中，研究人员发现PGC-1在肌纤维中也有着类似的作用：它诱导细胞内的“发电厂”－－线粒体的发育，而线粒体则赋予慢缩肌纤维超凡的耐力。同时，PGC-1启动的这个过程还产生了肌红蛋白等慢缩肌纤维所需的蛋白。肌红蛋白是骨骼肌肌浆中的一种可溶性蛋白，有较高的组织特异性。

    Spiegelman和文章的第一作者Jiandie Lin博士以及他们的同事创造出所有骨骼肌中都含有PGC-1基因的转基因小鼠。接上一段称为启动子的DNA短序列就可以激活PGC-1基因，使之在I型和II型肌纤维中都具有活性。

    当科学家研究这个转基因小鼠时，他们发现正常情况下富含II型肌纤维的肌肉却开始呈现出明显的红颜色，这是由于II型肌纤维向I型转化引起的。不仅如此，耐力检测还显示，经PGC-1基因处理的肌肉的有效收缩能够维持7分钟，而未经该基因处理的肌肉收缩只能持续两分钟。

    PGC-1在骨骼肌和心肌细胞中是天然表达即活化的。研究人员发现，PGC-1在含有I型肌纤维量多的肌肉中表达水平较高。当他们研究经PGC-1处理的肌纤维时，发现这些肌纤维与正常情况下的I型肌纤维相比，有着更多的线粒体和活化基因。I型肌纤维将线粒体和氧作为能量的来源，这与有氧运动中发生的情况一致。相反，II型肌纤维，即快缩肌纤维主要是靠分解葡萄糖作为能量的来源。

    虽然研究人员谨慎地说，他们不知道这一发现是否会产生增强运动耐力的药物，但他们表示这个研究结果肯定会给由于疾病而导致I 型肌纤维不足的病人带来福音。

    “沿着这条路走下去，我们还可以考虑将这种药物与现有的肌肉疾病疗法结合使用。”文章的一名合著者、德克萨斯大学西南医学中心的分子生物学家Rhonda Bassel-Duby博士认为。“一种可能性就是利用这种药物使卧床修养的病人在无法进行锻炼的情况下保持肌肉的耐力。”她说。

    Spiegelman也是哈佛大学医学院的一名细胞生物学教授，他补充说，这些及时的发现还将使2型糖尿病人受益，因为就调控血糖水平而言，I型肌纤维更易对胰岛素做出反应。

消息来源：Dana-Farber 癌症研究院

生物通摘译自BIO.COM