研究人員描述了使肌肉適應(yīng)鍛煉成為可能的細胞介質(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《細胞》雜志上描述了使這種適應(yīng)性運動成為可能的細胞介質(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，琥珀酸會在運動過程中離開肌肉細胞，并向其鄰居發(fā)送信號，從而誘導(dǎo)肌肉組織重塑。運動神經(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，所有細胞的血糖攝入量增加，從而產(chǎn)生ATP(三磷酸腺苷，細胞燃料)。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胞、神經(jīng)細胞和內(nèi)皮細胞。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胞會由于運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動而增加的化合物，這表明細胞已經(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，通常不能穿過細胞膜離開細胞。它參與細胞內(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，琥珀酸可以通過細胞膜逃逸到細胞外介質(zhì)中?！?

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

博子說：“在酸性介質(zhì)中化學(xué)修飾后，MCT1的轉(zhuǎn)運類型與琥珀酸類似。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，證實這是運動引起的機制?！?。

其中一個實驗是讓培養(yǎng)的肌肉細胞缺氧(缺氧)來激活無氧能量產(chǎn)生機制，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胞(卵母細胞)，它們被基因改造以表達人類MCT1。研究人員發(fā)現(xiàn)，只有將卵母細胞置于酸性介質(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并穿過膜進入細胞外介質(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)文獻中，細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)合一種在運動神經(jīng)元膜中高度表達的蛋白質(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)基因小鼠進行實驗，使其不表達SUCNR1。老鼠被允許在阻力輪上自由奔跑三周，這被認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壯，但事實并非如此。”“此外，運動不能促進運動神經(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，即其在細胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用，以提醒附近的細胞必須調(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制是否在其他以能量代謝改變和細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)細胞與神經(jīng)元的通訊對于疾病的發(fā)展至關(guān)重要。”