研究人員描述了使肌肉適應(yīng)鍛煉成為可能的細(xì)胞介質(zhì)

任何體育鍛煉項目的開始都會引起肌肉疼痛，這就像從沙發(fā)上起來阻礙鍛煉一樣容易。隨著時間的推移和一點點堅持，肌肉會習(xí)慣這種努力，從而增強(qiáng)力量和耐力。美國哈佛大學(xué)和巴西圣保羅大學(xué)的研究人員在《細(xì)胞》雜志上描述了使這種適應(yīng)性運(yùn)動成為可能的細(xì)胞介質(zhì)。

介質(zhì)琥珀酸鹽僅因其參與線粒體呼吸而為人所知。本文作者包括美國藥典生物醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所(ICB)教授、FAPESP(圣保羅研究基金會)資助的研究、創(chuàng)新和交流中心(RIDC)Redoxome研究中心成員胡里奧塞薩爾巴蒂斯塔費雷拉(Julio Cesar Batista Ferreira)和法法薩的博士后研究員路易斯恩里克博茲(Luiz Henrique Bozi)

我們的研究結(jié)果表明，琥珀酸會在運(yùn)動過程中離開肌肉細(xì)胞，并向其鄰居發(fā)送信號，從而誘導(dǎo)肌肉組織重塑。運(yùn)動神經(jīng)元產(chǎn)生新的分支，肌肉纖維變得更加均勻，從而在收縮時獲得力量，所有細(xì)胞的血糖攝入量增加，從而產(chǎn)生ATP(三磷酸腺苷，細(xì)胞燃料)。效率不斷提高。"

美國藥典生物醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所(ICB)教授胡里奧塞薩爾巴蒂斯塔費雷拉。

本文報道的發(fā)現(xiàn)是基于對動物和人類志愿者的大量實驗。首先，有必要比較小鼠在跑步機(jī)上跑步前后腿部肌肉中的500多種代謝產(chǎn)物，直到它們筋疲力盡。

“除了肌肉纖維，肌肉組織還含有免疫細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。如果每個人都是一棟房子，那么房子之間的街道就是空隙或間隙空間。我們隔離并分析了每一棟房子和每一條街道。找出運(yùn)動后的鄰里變化，觀察琥珀酸只在肌纖維和間隙顯著增加。”

在靜止的自行車上劇烈運(yùn)動60分鐘后，在25-35歲的健康志愿者中觀察到類似的現(xiàn)象。在這種情況下，研究人員分析了通過股動脈和靜脈導(dǎo)管獲得的血液樣本，發(fā)現(xiàn)琥珀酸水平在離開肌肉的靜脈血中顯著增加，并在恢復(fù)過程中迅速降低。

在這一點上，研究人員確信肌肉細(xì)胞會由于運(yùn)動引起的壓力而釋放琥珀酸，但他們想知道原因，尤其是原因。對志愿者血液的分析提供了一個線索：乳酸(乳酸的電離形式)是靜脈和動脈血液中另一種隨著運(yùn)動而增加的化合物，這表明細(xì)胞已經(jīng)激活了它們的緊急能量產(chǎn)生系統(tǒng)。

博子解釋說：“琥珀酸酯是一種代謝產(chǎn)物，通常不能穿過細(xì)胞膜離開細(xì)胞。它參與細(xì)胞內(nèi)部的Krebs循環(huán)，這是發(fā)生在線粒體中的一系列化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致ATP的形成?！薄暗牵?dāng)能量需求急劇增加，線粒體跟不上時，厭氧系統(tǒng)就會被激活，導(dǎo)致乳酸生成過多，細(xì)胞酸化。我們發(fā)現(xiàn)，這種pH值的變化會導(dǎo)致琥珀酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，琥珀酸可以通過細(xì)胞膜逃逸到細(xì)胞外介質(zhì)中。”

蛋白質(zhì)組學(xué)是琥珀酸從細(xì)胞中排出的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，是對小鼠和人肌肉細(xì)胞膜中所有蛋白質(zhì)的分析。結(jié)果表明，運(yùn)動后肌肉組織中的MCT1增加。MCT1是一種蛋白質(zhì)，專門用于將一元羧酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞。

博子說：“在酸性介質(zhì)中化學(xué)修飾后，MCT1的轉(zhuǎn)運(yùn)類型與琥珀酸類似。它不再是二羧酸鹽，而是一元羧酸鹽。我們在體外做了幾次實驗，證實這是運(yùn)動引起的機(jī)制?！?。

其中一個實驗是讓培養(yǎng)的肌肉細(xì)胞缺氧(缺氧)來激活無氧能量產(chǎn)生機(jī)制，產(chǎn)生乳酸?？梢钥闯?，這足以誘導(dǎo)琥珀酸釋放到間隙中。

另一個實驗涉及來自青蛙的生殖細(xì)胞(卵母細(xì)胞)，它們被基因改造以表達(dá)人類MCT1。研究人員發(fā)現(xiàn)，只有將卵母細(xì)胞置于酸性介質(zhì)中，琥珀酸才能釋放出來。

“在這個階段，我們知道酸性會使琥珀酸發(fā)生質(zhì)子化，這是一個化學(xué)過程，使其能夠結(jié)合MCT1并穿過膜進(jìn)入細(xì)胞外介質(zhì)，但我們還沒有發(fā)現(xiàn)琥珀酸在間隙空間積累的意義。”費雷拉說。

一致

在科學(xué)文獻(xiàn)中，細(xì)胞之間的交流對于生物體適應(yīng)任何種類的壓力的重要性已經(jīng)完全確立。信號被釋放到間隙空間的分子交換，從而與附近細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)結(jié)合。這些膜受體的激活觸發(fā)了導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)和功能改變的過程。

Boz說：“我們的假設(shè)是琥珀酸通過結(jié)合一種在運(yùn)動神經(jīng)元膜中高度表達(dá)的蛋白質(zhì)SUCNR1(琥珀酸受體1)在肌肉中發(fā)揮這種調(diào)節(jié)作用。”

為了驗證這一理論，他們用轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行實驗，使其不表達(dá)SUCNR1。老鼠被允許在阻力輪上自由奔跑三周，這被認(rèn)為是足夠長的時間來改變肌肉組織的形狀和功能。

費雷拉說：“人們期望肌肉纖維變得更加均勻和強(qiáng)壯，但事實并非如此?！薄按送猓\(yùn)動不能促進(jìn)運(yùn)動神經(jīng)元的分支，這可以提高收縮效率。

至關(guān)重要。我們還觀察到，細(xì)胞葡萄糖的攝取并沒有增加，并且胰島素敏感性低于作為對照的野生小鼠。在其他情況下?lián)Q句話說，沒有琥珀酸受體，運(yùn)動引起的重塑就不會發(fā)生。”

根據(jù)費雷拉(Ferreira)的說法，該研究首次顯示琥珀酸酯在肌肉組織中的旁分泌作用，即其在細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用，以提醒附近的細(xì)胞必須調(diào)節(jié)其內(nèi)部過程以適應(yīng)“新的正常”狀態(tài)。

他說：“下一步是找出這種機(jī)制是否在其他以能量代謝改變和細(xì)胞酸化為特征的疾病中被破壞，例如神經(jīng)退行性疾病，其中星形膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元的通訊對于疾病的發(fā)展至關(guān)重要。”