综述:雄激素 —— 骨骼肌中的 “衰老魔杖”

《Cell Communication and Signaling》:Androgens as the “old age stick” in skeletal muscle

【字体: 时间:2025年04月05日 来源:Cell Communication and Signaling 8.2

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  这篇综述聚焦雄激素在骨骼肌衰老及肌肉减少症(sarcopenia)中的作用。详细阐述了雄激素 / 雄激素受体(AR)轴的分子机制,探讨其与衰老、肌肉减少症的关联及临床意义,还评估了靶向该轴的治疗潜力与挑战,为相关研究和治疗提供重要参考。

  

雄激素在骨骼肌中的作用机制

雄激素在人体生理过程中扮演着多样且关键的角色,尤其在骨骼肌方面,其影响广泛而深入。雄激素属于类固醇激素,由性腺和肾上腺合成,化学结构基于胆固醇,因碳原子数量不同区别于雌激素和孕激素 。在骨骼肌的生长、发育和维持中,雄激素作用显著。它能够增强蛋白质合成,促进细胞内氨基酸循环利用,让肌纤维变得更粗壮,增加肌核数量,还能刺激卫星细胞增殖。在卫星细胞中,雄激素会提升自身受体的表达水平,增强细胞对雄激素的敏感性。而在肌纤维中,雄激素能增加肌肉质量和力量,促进葡萄糖摄取,减少氨基酸分解代谢和游离脂肪酸的摄取。
雄激素发挥作用主要依赖经典的雄激素受体(AR),AR 属于类固醇受体超家族,是一种 110KDa 的蛋白质,包含 N 端结构域、DNA 结合结构域和配体结合域 。睾酮及其代谢产物 5α - 二氢睾酮(DHT)可激活 AR,此外,还有一些激素、生长因子和肽能间接影响 AR 的活性。AR 被激活后,会通过转录和非转录两种方式调控细胞反应,最终影响细胞周期、存活、迁移、分化以及代谢变化。
在转录调控方面,AR 通过与雄激素反应元件(ARE)结合,调控靶基因的表达。研究发现,AR 在骨骼肌细胞中的转录作用与肌肉分化和功能密切相关,例如,Myocyte enhancer factor 2 (Mef2) 家族转录因子与 AR 存在功能上的相互作用,共同影响骨骼肌的发育 。通过构建不同的小鼠模型,如肌肉特异性 AR 敲除(ARKO)小鼠模型,研究人员进一步揭示了 AR 在维持肌肉质量、调节纤维类型、影响肌肉力量等方面的重要作用。不过,AR 的转录活性受多种因素影响,像共调节因子的异常、配体可用性的变化,以及 AR 蛋白水平的改变等。共调节因子包括共激活因子和共抑制因子,它们能影响 AR 介导的多种反应;而随着年龄增长,雄激素水平下降,会导致 AR 转录活性降低,同时 AR 蛋白在骨骼肌细胞中的含量也会减少,并且 AR 的降解会损害其转录活性。
除了转录调控,雄激素还能引发非转录效应。它能在靶组织的核外区域触发快速反应,激活一系列细胞内效应器,如蛋白激酶 A(PKA)、蛋白激酶 C(PKC)等,最终调控细胞周期、存活、细胞骨架变化等多种反应 。在骨骼肌细胞中,雄激素可通过膜相关信号转导途径,引发钙离子浓度升高,激活 Ras / 丝裂原活化细胞外信号调节激酶(MEK)/ 细胞外信号调节激酶(ERK)等通路。此外,雄激素还能与生长因子相互作用,如胰岛素样生长因子 1(IGF - 1),IGF - 1 是肌肉生长的重要促进因子,雄激素可通过调节 IGF - 1 的表达,激活磷脂酰肌醇 3 - 激酶 - 蛋白激酶 B(PI3K - Akt)通路,促进蛋白质合成,抑制肌肉细胞凋亡。同时,雄激素还能与肌生成抑制素(Myostatin)、Notch 等信号通路相互影响,调节骨骼肌的生长和发育。

雄激素与衰老、肌肉减少症的关联

衰老过程中,骨骼肌会发生一系列变化,其中肌肉减少症是一个重要特征。肌肉减少症表现为骨骼肌质量和功能逐渐下降,这与年龄增长密切相关,通常在 65 岁以上人群中较为常见,严重影响老年人的生活质量,增加医疗负担 。雄激素水平随着年龄增长而下降,这与肌肉减少症的发生和发展紧密相连。临床研究表明,男性中低睾酮水平与肌肉减少症的发生风险显著相关,而且在 80 岁以上人群中,男性和女性肌肉减少症的发病率差异更为明显。不过,在女性中,雄激素与肌肉减少症的关系证据相对较少,但女性在衰老过程中同样会经历明显的骨骼和肌肉衰退。
雄激素在肌肉减少症的发生发展中起着多方面的作用。一方面,它对维持肌肉质量和力量至关重要,外源性睾酮补充可以增加肌肉质量和腿部力量 。另一方面,雄激素还参与调节肌肉的代谢过程,影响肌肉的有氧能力。随着年龄增长,老年人的有氧能力下降,而睾酮治疗能够改善这一状况,进一步证明了雄激素在肌肉减少症中的重要作用。
肌肉减少症并非孤立存在,它常与其他疾病或综合征相伴,如骨质疏松、胰岛素抵抗、肥胖和代谢综合征等 。这些疾病相互影响,形成复杂的病理网络。例如,雄激素水平下降不仅会导致肌肉减少症,还可能引发骨质疏松,因为雄激素能够调节骨吸收和基质沉积,与骨矿物质密度呈正相关 。同时,低雄激素水平与肥胖、胰岛素抵抗也密切相关,肥胖会导致雄激素水平进一步降低,形成恶性循环。此外,雄激素还参与调节炎症和免疫反应,在肌肉减少症患者中,常伴有炎症因子水平升高,而雄激素具有抗炎作用,能够抑制促炎细胞因子的产生,增强抗炎细胞因子的表达。

靶向雄激素 / AR 轴治疗肌肉减少症的策略

鉴于雄激素在肌肉减少症中的关键作用,靶向雄激素 / AR 轴成为治疗肌肉减少症的重要策略。目前,主要的治疗方法包括睾酮替代疗法(TRT)和使用选择性雄激素受体调节剂(SARMs)。
睾酮替代疗法在临床应用中存在争议。在健康男性中,超生理剂量的睾酮联合抗阻训练,能够显著增加瘦体重、肌肉大小和力量,显示出睾酮强大的合成代谢特性 。然而,对于老年男性,TRT 的效果存在差异。一方面,它可以改善性功能、减轻抑郁症状、增加骨矿物质密度和纠正贫血 。但另一方面,TRT 可能会增加心血管事件的风险,如高血压、水肿、心肌梗死和中风等 。而且,长期使用 TRT 还可能引发其他不良后果,如红细胞增多症、良性前列腺增生、男性乳腺增生以及前列腺癌风险增加等。因此,在使用 TRT 治疗老年肌肉减少症患者时,需要严格选择患者,并密切监测心血管事件。
为了克服睾酮治疗的局限性,SARMs 应运而生。SARMs 能够特异性地调节 AR 活性,对肌肉骨骼组织具有治疗益处,同时减少全身副作用 。一些 SARMs,如 GLPG0492 和 SARM - 2F,能够增加肌肉质量,减少脂肪组织。不过,目前许多 SARMs 仍处于临床试验阶段,其长期疗效和对肌肉力量的影响尚不确定,部分 SARMs 还存在胃肠道紊乱、死亡率增加等问题,限制了它们的大规模应用。
此外,还有一些其他的治疗方法正在探索中。例如,通过运动和营养干预与雄激素治疗相结合,可以提高治疗效果。运动能够增强肌肉功能,营养优化可以提供肌肉生长所需的物质基础,与雄激素治疗协同作用,更好地改善肌肉健康 。同时,研究人员也在寻找新的靶点和治疗药物,如激活膜雄激素受体 GPR133 的小分子 AP503,在小鼠模型中显示出对肌肉力量的有益影响,为肌肉减少症的治疗提供了新的方向。

总结与展望

雄激素在骨骼肌的生长、发育和维持中起着不可或缺的作用,其通过复杂的信号通路和分子机制,影响着肌肉的代谢、结构和功能。随着年龄增长,雄激素水平下降与肌肉减少症的发生发展密切相关,并且与多种慢性疾病相互关联,形成复杂的病理网络。
目前,针对雄激素 / AR 轴的治疗方法,如睾酮替代疗法和选择性雄激素受体调节剂,虽然在治疗肌肉减少症方面具有一定的潜力,但也面临着安全性和有效性等诸多挑战。未来的研究需要进一步明确雄激素作用的细胞内位点,优化治疗药物的安全性和有效性,探索更合理的联合治疗方案,将药物治疗与运动、营养干预等相结合,以更好地改善老年人的肌肉健康,提高生活质量,减轻慢性疾病带来的负担。同时,深入研究雄激素与其他信号通路、免疫系统的相互作用,也将为开发更精准、更有效的治疗策略提供理论基础。

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