运动对男性成年期线粒体功能与肌肉衰老的保护作用:钙稳态失调是关键机制

《Cell Reports Medicine》:Impact of physical activity on physical function, mitochondrial energetics, ROS production, and Ca2+ handling across the adult lifespan in men

【字体: 时间:2025年02月19日 来源:Cell Reports Medicine 11.7

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  编辑推荐:本研究通过横断面分析139名20-93岁男性,首次揭示规律运动通过维持线粒体钙保留能力(mCRC)延缓肌肉衰老。研究发现线粒体呼吸功能与ROS产生不受年龄影响,但mCRC和线粒体通透性转换孔(mPTP)开放时间随年龄显著降低,且与肌肉质量、力量及运动能力正相关。该研究为靶向改善线粒体钙稳态防治老年肌少症提供了新思路。

  随着年龄增长,肌肉质量和功能的逐渐丧失是困扰全球老龄化社会的重大健康挑战。传统观点认为线粒体功能障碍是肌肉衰老的核心机制,但越来越多的证据表明,身体活动水平可能是关键混杂因素。究竟线粒体功能随年龄衰退是衰老本身的必然结果,还是缺乏运动的副产品?这个问题的答案对制定抗衰老策略至关重要。来自加拿大蒙特利尔魁北克大学的研究团队在《Cell Reports Medicine》发表重要研究,通过对139名20-93岁男性进行系统分析,揭示了运动通过独特机制对抗肌肉衰老的奥秘。

研究采用多学科交叉方法:通过加速度计和PASE问卷评估身体活动水平;使用pQCT和DXA分析肌肉组成;采用高分辨率荧光呼吸测定法检测线粒体呼吸和H2O2产生;通过钙绿5N荧光法测定线粒体钙保留能力;结合免疫荧光染色分析肌纤维类型分布。

研究结果呈现四大发现:

  1. 运动部分抵抗年龄相关的身体功能下降:活跃组在所有年龄段的6分钟步行测试、阶梯测试和起立-行走测试中表现更优,但保护效果随年龄增长减弱。
  2. 线粒体能量代谢与运动状态而非年龄相关:活跃组表现出更高的线粒体呼吸能力和柠檬酸合酶活性,但质量特异性呼吸效率不受年龄或运动状态影响。
  3. 线粒体ROS产生与衰老无关:与预期相反,活跃组H2O2产生率更高,且与肌肉功能无负相关,挑战了氧化应激导致肌肉衰老的传统观点。
  4. 线粒体钙处理能力是衰老关键标志:mCRC和mPTP开放时间在60岁后急剧下降,且与肌肉力量、步行距离等临床指标正相关,这种下降不受运动状态影响。

讨论部分指出,该研究首次系统阐明线粒体钙稳态失调可能是人类肌肉衰老的"阿喀琉斯之踵"。虽然运动不能阻止mCRC的年龄相关性下降,但可能通过改善胞浆钙环境降低mPTP开放概率。研究者提出mPTP开放可能通过三条通路导致肌肉萎缩:激活caspase-3依赖的蛋白酶体系统、引起ROS爆发激活FoxO转录因子、释放mtDNA触发cGAS-STING-NLRP3炎症通路。值得注意的是,血浆GDF15(生长分化因子15)水平与mCRC呈负相关,提示其可能作为线粒体应激的生物标志物。

这项研究的意义在于:1)纠正了线粒体呼吸和ROS产生是肌肉衰老驱动因素的传统认知;2)确立了线粒体钙处理能力作为新型干预靶点;3)为开发靶向mPTP的药物提供了理论依据。局限性包括仅纳入男性受试者和相对健康的老年人群,未来需要在女性群体和虚弱老年人中验证这些发现。该研究为理解人类肌肉衰老机制和开发抗衰老策略提供了重要范式转变。

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