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为解决年龄相关肌肉减少症(sarcopenia)治疗手段有限的问题,研究人员开展了 HDAC11 基因缺陷对衰老小鼠骨骼肌稳态和再生影响的研究。结果发现 HDAC11 缺陷可改善肌肉功能、减少死亡率,这为治疗肌少症提供了新靶点和潜在治疗方向。
随着全球人口老龄化加剧,肌肉衰老相关的肌少症成为日益严重的健康问题。肌少症表现为骨骼肌质量和功能进行性丧失,不仅降低老年人生活质量,还增加其依赖程度 。目前针对肌少症的治疗手段有限,主要包括运动疗法、营养干预和部分疗效欠佳的药物治疗。因此,深入探究年龄相关肌肉流失的机制,开发有效延缓肌肉功能衰退、促进健康老龄化的干预措施迫在眉睫。
来自西班牙多个研究机构的研究人员针对这一问题展开研究,其成果发表在《GeroScience》上。该研究首次探讨了 HDAC11(组蛋白去乙酰化酶 11)缺陷在衰老过程中的功能影响,重点聚焦于骨骼肌稳态和肌肉再生。研究发现,HDAC11 缺陷可降低老年小鼠死亡率,减轻肌肉萎缩、神经肌肉接头(NMJ)突触后碎片化,增强肌肉再生能力,改善肌肉功能,这为肌少症的治疗提供了新的潜在靶点和治疗方向。
研究人员开展此项研究时,运用了多种关键技术方法。在动物实验方面,使用 HDAC11 基因敲除(HDAC11-/-)小鼠与野生型(WT)小鼠对比,在标准条件下饲养至 20 - 22 个月龄进行实验。通过组织学分析,对肌肉和神经进行染色,观察其结构变化;利用基因表达分析技术,检测相关基因的表达水平;借助脂肪酸氧化分析、线粒体 DNA 含量测定等方法,探究肌肉代谢情况 。
在研究结果部分:
- HDAC11 缺陷降低死亡率、防止肌肉萎缩:HDAC11-/-老年小鼠死亡率低于 WT 小鼠。对老年小鼠比目鱼肌(SL)和胫骨前肌(TA)分析发现,HDAC11 缺陷减缓了年龄相关的肌肉横截面积(CSA)减小,尤其显著减轻了 II 型肌纤维萎缩。通过分析肌肉萎缩相关基因(如 Ctsl、MuRF1)表达,发现 HDAC11-/-小鼠中这些基因表达降低,表明 HDAC11 缺陷影响肌肉萎缩相关机制。
- HDAC11 缺陷减少老年肌肉 NMJ 突触后碎片化:研究人员标记 NMJ 的突触前和突触后成分,分析其形态和结构特征。结果显示,HDAC11-/-小鼠 NMJ 突触后碎片化程度显著降低,而突触前参数和突触后面积无明显变化,说明 HDAC11 缺陷可减轻与衰老相关的 NMJ 突触后碎片化。
- 老年 HDAC11 缺陷小鼠外周神经正常:对坐骨神经进行组织学分析,包括测量有髓神经纤维数量、髓鞘厚度(g - 比值)、髓鞘折叠等参数,结果表明 HDAC11-/-老年小鼠外周神经在这些方面与 WT 小鼠无显著差异,即 HDAC11 缺陷不影响老年期外周神经系统。
- 老年 HDAC11 敲除小鼠肌肉性能更好:通过跑步机疲劳测试和四肢悬挂测试评估肌肉功能,发现 HDAC11-/-老年小鼠在耐力、力量等方面表现更优,如跑步机测试中,HDAC11-/-小鼠跑步时间、距离、速度和做功等指标均优于 WT 小鼠,四肢悬挂测试中悬挂时间更长,证明 HDAC11 缺陷可增强老年小鼠肌肉耐力和力量,改善肌肉性能。
- HDAC11-/-老年小鼠脂肪酸代谢增强:HDAC11-/-老年小鼠肌肉脂肪酸氧化(FAO)活性显著增加,肌肉中脂质滴减少,线粒体 DNA 含量增加。分析 FAO 相关基因(Acot1、Cd36、Cpt1b、Pgc1α、Ucp3)表达,发现除 Cd36 外,其他基因表达显著上调。此外,HDAC11-/-老年小鼠肌肉脂肪酸组成更接近年轻 WT 小鼠,ω - 6/ω - 3 脂肪酸比值降低,ω - 3 指数升高,这些变化有助于改善肌肉功能。
- HDAC11 缺陷保护卫星细胞池并促进骨骼肌再生:研究发现 HDAC11-/-老年小鼠在稳态下,TA 和腓肠肌(GC)中卫星细胞(SCs)数量显著增加。在肌肉损伤(注射心肌毒素 CTX)模型中,HDAC11-/-老年小鼠再生肌纤维横截面积更大,SCs 数量增多,肌肉分化相关基因表达上调,巨噬细胞产生的多种细胞因子(Tnfα、Il - 1β、Il - 6、Il - 10)表达增加,表明 HDAC11 缺陷可保护卫星细胞池,促进骨骼肌再生。
综合研究结果和讨论部分,该研究首次全面评估了 HDAC11 缺陷对骨骼肌衰老的影响。HDAC11 在老年肌肉中过度表达,其缺失可减轻肌肉纤维萎缩、NMJ 突触后碎片化、肌肉干细胞耗竭,增强骨骼肌再生能力。从代谢角度看,HDAC11 缺陷改善了肌肉脂肪酸氧化,提高了 ω - 3 指数,整体提升了肌肉功能。这一研究成果将 HDAC11 确立为治疗肌少症的新靶点,为开发延缓衰老的治疗方法提供了理论依据和潜在方向。不过,该研究也存在一定局限性,如未排除全身敲除 HDAC11 对肌肉组织的系统性影响,且仅分析了雄性小鼠,未来研究需使用骨骼肌特异性 HDAC11 敲除小鼠,并考虑性别差异进行深入探究。