肌酸转运体(SLC6A8)敲除小鼠模型揭示线粒体钙稳态失衡与严重肌萎缩的分子机制

本研究针对X连锁遗传病肌酸转运体缺陷症(CTD)的肌肉表型机制，通过构建Slc6a8基因敲除(CrT-/y)小鼠模型，首次系统揭示了肌酸缺乏导致骨骼肌萎缩、线粒体Ca2+摄取障碍及能量代谢紊乱的分子通路。研究人员发现CrT缺失通过抑制IGF1-Akt/PKB信号轴并激活E3泛素连接酶(Atrogin-1/MUSA1)，同时破坏线粒体嵴结构和膜电位，最终导致肌纤维横截面积减少71%和最大肌力下降82%。该研究为CTD的多系统治疗提供了新靶点，发表于《Cell Death and Disease》。

　　

在能量代谢异常相关疾病研究中，肌酸(Cr)作为细胞能量缓冲系统的核心分子，其转运体SLC6A8基因突变导致的肌酸转运体缺陷症(CTD)长期以来被认为主要引发神经系统症状。然而临床观察发现，这类患者常伴随难以解释的肌肉萎缩和运动功能障碍，但相关机制研究却存在显著空白。更令人困惑的是，部分患者肌肉组织肌酸水平竟显示正常，这与动物模型中观察到的严重肌萎缩表型形成鲜明对比。这种"临床-模型差异"使得学界对CTD外周症状的认知陷入迷雾。

为破解这一谜团，来自意大利帕多瓦大学和佛罗伦萨大学的研究团队选择CrT^-/y小鼠模型展开深入研究。通过多学科技术联用，他们首次描绘出CTD骨骼肌病变的全景图谱：从肌纤维超微结构异常、收缩功能衰退，到线粒体形态功能紊乱，最终锁定IGF1-Akt/PKB信号抑制与线粒体钙(MICU1/MCU)调控失衡的关键作用。这项发表于《Cell Death and Disease》的研究，不仅为CTD肌病提供了机制解释，更揭示了能量代谢与肌肉稳态调控的崭新维度。

研究主要采用四项关键技术：透射电镜(TEM)定量分析肌纤维超微结构；高分辨率肌力测试系统记录力-速度曲线；线粒体靶向Fura-2/AM探针动态监测Ca²⁺流动；以及Western blot检测AKT/mTOR通路关键蛋白表达。所有实验均采用年龄匹配的野生型(WT)与CrT^-/y雄性小鼠(PND40)的趾长伸肌(EDL)和屈趾短肌(FDB)作为研究对象。

肌纤维萎缩与超微结构破坏

透射电镜定量显示CrT^-/y小鼠肌纤维横截面积(CSA)仅280±3μm²，较野生型(970±16μm²)减少71%。三维重构发现肌原纤维体积占比从84.5%骤降至70.8%，而异常扩张的肌原纤维间隙中充满结构紊乱的线粒体。

收缩功能全面衰退

等长收缩测试显示CrT^-/y小鼠最大肌力(T₀)仅71±3mN，相当于野生型的18%。力-速度曲线分析发现卸载缩短速度(V_max)从4.4L₀/s降至3.0L₀/s，功率峰值(P_max)衰减86%。肌球蛋白重链(MHC)亚型分析揭示2B型向2X型的转化，但计算证实这仅能解释约50%的功能损失。

线粒体结构与功能悖论

CrT^-/y肌纤维中线粒体体积占比异常增至11.1%(野生型3.5%)，且57%线粒体异常定位于A带。这些"巨线粒体"(面积达300×10³nm²)呈现嵴结构溶解或晶格样排列，伴随膜电位(ΔΨ_m)显著降低。令人意外的是，咖啡因刺激后线粒体Ca²⁺摄取量反而减少45%，但MCU复合体亚基(MICU1/MCU)表达却上调1.8倍。

分子通路调控异常

蛋白质印迹分析显示Akt(Ser473)磷酸化水平降低62%，其下游靶点4E-BP1活性同步下降。与此对应，萎缩相关E3泛素连接酶Atrogin-1和MUSA1的mRNA表达分别升高3.2倍和2.7倍。线粒体生物发生标志物PGC-1α表达增加2.1倍，印证了电镜观察到的线粒体增生现象。

这项研究构建了CTD肌病的完整病理链条：肌酸缺乏→线粒体Ca²⁺调控失衡→能量代谢障碍→IGF1-Akt信号抑制→蛋白降解加速。特别值得注意的是，研究人员发现线粒体定位异常与肌浆网释放单元(CRU)的匹配率下降35%，这为理解Ca²⁺摄取障碍提供了结构基础。该成果不仅修正了"CTD肌肉症状轻微"的传统认知，更通过揭示MCU复合体调控异常这一全新机制，为开发靶向线粒体的治疗策略提供了理论依据。对于临床表现异质性显著的CTD患者，未来或可依据肌肉线粒体功能进行精准分型诊疗。