今天给大家解读一篇4月发表在《Aging Cell》上的题目为“Ghrelin Receptor Deletion or Pharmacological Inhibition Improves Muscle Function in Aging Male Mice.”的文章。该研究以雄性C57BL/6J小鼠为模型，比较了不同年龄（6、24、28月龄）的GHSR-1a基因敲除（KO）小鼠和野生型（WT）小鼠的肌肉减少症相关参数。结果显示，GHSR-1a缺失显著改善了老年小鼠的抓力（力量）和跑台时间（耐力），并降低了重度肌肉减少症的发生率，但对肌肉质量或寿命无影响。机制上，KO小鼠的骨骼肌中，线粒体生物发生标志物（PGC-1α）和线粒体自噬标志物（p62、PINK1）水平升高。进一步的蛋白组学分析表明，GHSR-1a缺失影响了与肌肉减少症指标相关的多个通路，尤其是线粒体相关的代谢通路。最后，使用GHSR-1a反向激动剂PF-5190457短期处理中年（9-11月龄）和老年（25-27月龄）小鼠，发现其能重现基因敲除的部分效果，即提高耐力、增加线粒体标志物，并额外减少食物摄入和脂肪量。（请持续关注我们，每天为您解读最新见刊的文献!）想薅生信资料羊毛？直接在对话框回复 “资料”，免费领取干货大礼包！包括数据集、绘图代码、图表复现、思路总结、参考文献……0代码！鼠标点点点即可轻松完成5-10分生信SCI全文复现！
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题目：《胃饥饿素受体缺失或药理学抑制可改善老年雄性小鼠的肌肉功能》Ghrelin Receptor Deletion or Pharmacological Inhibition Improves Muscle Function in Aging Male Mice
发表期刊：Aging Cell
影响因子：7.1
研究背景：
- 肌肉减少症现状
肌肉减少症是与年龄相关的肌肉力量和质量下降，目前除运动外，缺乏有效的药物治疗手段。肌肉功能的丧失比质量的丧失更具临床意义。 线粒体角色线粒体功能障碍（生物发生与自噬失衡）是肌肉减少症的核心病理特征。改善线粒体质量控制是潜在的治疗策略。 - GHSR-1a的矛盾角色
胃饥饿素通过激活其受体GHSR-1a可刺激食欲和生长激素分泌。然而，循环中的胃饥饿素随年龄增长而轻微增加，且胃饥饿素敲除（而非激活）能改善老年小鼠的肌肉功能和线粒体代谢。因此，作者提出抑制GHSR-1a可能是一种可行的抗肌肉减少症策略。
研究思路：
- 第一步：验证基因敲除效果
通过比较不同年龄（青年、中年、老年）的GHSR-1a KO小鼠与WT小鼠，评估其对肌肉质量、力量（抓力）、耐力（跑台）、纤维类型、收缩功能和肌肉减少症严重程度的影响。 - 第二步：探索分子机制
在肌肉组织中检测线粒体呼吸功能、生物发生（PGC-1α、mtDNA）及线粒体自噬（p62、PINK1、Parkin）的标志物，以探究功能改善的潜在机制。 - 第三步：进行蛋白组学分析
通过对肌肉组织进行蛋白组学分析，系统性地找出GHSR-1a缺失在衰老过程中影响的、与肌肉减少症指标（力量、耐力、质量）相关的关键信号通路。 - 第四步：验证药理学效果
使用GHSR-1a反向激动剂PF-5190457处理中年和老年小鼠，验证药理学抑制是否能复制基因敲除的效果，评估其作为药物的潜力。
研究亮点：
- 明确目标靶点
首次系统性地证实了抑制GHSR-1a是改善年龄相关性肌肉功能衰退（而非肌肉质量）的可行策略，为治疗肌肉减少症提供了新的药物靶点。 - 机制深入
将GHSR-1a抑制带来的肌肉功能改善，明确归因于线粒体质量控制（生物发生和自噬）的增强，而非单纯的营养或激素水平变化。通过蛋白组学分析，进一步揭示了与肌肉耐力、力量和质量相关的关键KEGG通路，其中线粒体组分占主导地位。 - 药物验证
使用临床试验中已证实安全的GHSR-1a反向激动剂PF-5190457，部分重现了基因敲除的效果（改善耐力、提升线粒体标记物），并额外观察到减少体重和脂肪量的代谢益处，增加了该靶点的临床转化潜力。
研究结果：
- GHSR-1a缺失改善老年小鼠肌肉功能
在24和28月龄的老年KO小鼠中，抓力（绝对和归一化后）和跑台耐力显著优于同龄WT小鼠。在老年小鼠中，KO小鼠的重度肌肉减少症比例显著低于WT小鼠。但这种改善不伴随肌肉质量或寿命的改变。 - 改变纤维类型组成
在24月龄的KO小鼠中，观察到了抗疲劳的IIB型肌纤维比例增加，易疲劳的IIA型纤维比例减少的趋势，但纤维大小无差异。 - 提升肌肉抗疲劳性
通过原位肌肉生理学测试，28月龄KO小鼠的胫骨前肌在疲劳测试中表现出更高的力输出，显示出更强的抗疲劳能力。 - 增强线粒体生物发生和自噬
在老年KO小鼠肌肉中，线粒体生物发生标志物PGC-1α和Sirt1水平升高，mtDNA（线粒体DNA）拷贝数下降被抑制；线粒体自噬标志物p62、PINK1、Parkin水平升高，且观察到更多LC3与线粒体标记物的共定位。整体肌肉的柠檬酸合酶活性也更高。 - 蛋白组学揭示关键通路
GHSR-1a缺失影响了与肌肉减少症指标相关的多条KEGG通路。核心发现是，与耐力和肌肉质量相关的通路主要涉及线粒体（如氧化磷酸化、生热作用），而与力量和质量相关的通路涉及氨基酸代谢。补体和凝血级联通路与所有三个指标相关。 - PF-5190457药理学验证
在中年小鼠中，28天PF-5190457处理减少了食物摄入、体重和脂肪量，并显著提高了跑台耐力。在分子水平上，它提升了PGC-1α和Nrf1（线粒体生物发生）以及LC3II和Bnip3（线粒体自噬）等标志物。在老年小鼠中，虽然功能改善不显著，但观察到了线粒体呼吸功能的改善。
研究总结：
- 结论
本研究有力证明了抑制GHSR-1a信号通路（无论是通过基因敲除还是药物PF-5190457）能够改善老年小鼠的肌肉功能（尤其是耐力和力量）。这种改善的机制主要与提升骨骼肌线粒体的生物发生和自噬（即改善线粒体质量控制）有关。因此，GHSR-1a是治疗肌肉减少症的一个有前景的治疗靶点。 - 讨论
- 机制特殊性
与肿瘤恶病质等疾病不同，肌肉减少症主要由能量失衡和线粒体功能驱动。GHSR-1a敲除改善线粒体功能，而非通过促进生长或增加食欲来起作用，这与在急性消耗性疾病中不同。 - 对寿命无影响
GHSR-1a敲除并未延长小鼠寿命，其效果仅限于改善老年期的肌肉功能，表明其作用机制与生长激素/胰岛素样生长因子（GH/IGF-1）轴的广泛寿命调节不同。 - 药理学潜力
PF-5190457作为已在临床试验中被证明安全的药物，其效果与基因敲除相似，并额外带来减少脂肪的代谢益处，但其对肌肉力量的影响不显著。研究提示早期（预防性）使用可能比后期干预更有效。 - 研究局限性
- 性别局限
仅基于雄性小鼠的研究，未来需要纳入雌性小鼠。 - 年龄样本
受限于样本，部分比较（如线粒体功能）仅在6和28月龄进行，缺少中间年龄点。 - 机制动态性
仅评估了线粒体标记物的静态水平，未检测其动态通量（如线粒体自噬流）。 - 因果性未确定
虽然发现了功能改善与线粒体标志物变化的相关性，但因果关系尚未通过实验证实。需要未来研究进行验证。 - 间接作用
由于GHSR-1a不在骨骼肌中表达，其对肌肉的作用被认为是间接的（通过中枢或旁分泌途径），肌肉特异性敲除模型将有助于进一步阐明机制。
结果译文：
1.GHSR-1a缺失改善老年雄性小鼠的肌肉功能
为了解GHSR-1a缺失对老年小鼠少肌症的影响，我们评估了6月龄、24月龄和28月龄雄性GHSR-1a WT及KO小鼠的身体成分、摄食量、跑台跑步时间、握力和后肢肌肉质量。在6月龄组中，与WT小鼠相比，GHSR-1a缺失（KO）动物表现出较低的体重和去脂体重（图1A,B）。与6月龄小鼠相比，两种基因型的体重在24月龄小鼠中均增加，但在28月龄小鼠中未见增加（图1A）。在去脂体重中观察到年龄的显著主效应；然而，去脂体重随年龄的增加仅在KO小鼠中达到显著（图1B）。由于饥饿素可能通过抗利尿激素释放促进水潴留，我们基于身体成分分析评估了年轻和老龄小鼠的游离水含量。尽管两种基因型的游离水含量均随衰老而增加，但WT和KO小鼠之间未观察到显著差异（图S1）。此外，两种基因型的28月龄小鼠均显示出较6和24月龄小鼠更低的脂肪量（图1C）。各组每日摄食量无显著差异（图1D）。后肢肌肉总质量计算为双侧比目鱼肌、腓肠肌/跖肌复合体、胫骨前肌、趾长伸肌和股四头肌的重量之和。6月龄KO小鼠的后肢肌肉总质量低于同月龄WT小鼠，且在两种基因型中均随年龄下降，但在老年组中未发现基因型差异（图1E）。类似地，各后肢肌肉在两种基因型中均表现出与年龄相关的萎缩，且KO小鼠在6月龄时显示出比目鱼肌、GAS/PL、胫骨前肌和股四头肌质量降低（图1F）。尽管老年阶段肌肉质量无基因型差异，但24月龄KO小鼠表现出较同月龄WT小鼠更高的握力（图1G）。6月龄和28月龄的KO小鼠分别展现出较WT小鼠高出9.4%和10.6%的标准化握力（握力/去脂体重）；然而该指标在两种基因型中均随年龄下降（图1H）。24月龄和28月龄的KO小鼠分别展现出较WT小鼠高出29.5%和44.3%的跑台跑步时间，且KO小鼠在衰老过程中跑步时间的下降较WT小鼠延迟（图1I）。此外，我们基于先前在C57BL/6小鼠中建立的、整合了握力、肌肉质量和跑台跑步时间的定义，评估了24月龄及以上小鼠的少肌症状态。根据这三项参数中存在的缺陷数量，将小鼠分为四类：非少肌症（NonS）、可能少肌症（PS）、少肌症（S）和严重少肌症（SS）。在老年小鼠中，观察到WT和KO之间显著的基因型差异，KO小鼠中严重少肌症的比例较低（图1J）。
2.GHSR-1a缺失改变24月龄小鼠的肌纤维类型组成但不影响肌纤维尺寸
为了评估GHSR-1a缺失对肌纤维特征的影响，我们检测了6月龄、24月龄、28月龄WT和KO小鼠跖肌中肌纤维横截面积和纤维类型比例。在所有年龄组中，WT和KO小鼠之间在不同肌纤维类型的平均横截面积上均未观察到显著差异（图2A,B）。24月龄KO小鼠显示出较同月龄WT小鼠更高的IIA型肌纤维比例，而IIB型肌纤维比例未见明显变化（图2C-E）。在6月龄或28月龄组中未观察到肌纤维类型比例的基因型差异（图2C-E）。
3.GHSR-1a KO小鼠的肌肉比WT小鼠更耐疲劳
我们在28月龄WT和KO雄性小鼠的胫骨前肌中进行了原位肌肉生理学测试。在力-频率曲线中，WT和KO小鼠在不同刺激频率下产生的力无显著差异（图3A）。在150 Hz刺激下测定的峰值力在两组间相似（图3B）。然而，在重复强直刺激下，KO小鼠表现出较WT小鼠显著更慢的力衰减（图3C），从第15次收缩开始即可观察到显著差异，且KO小鼠在4分钟疲劳协议结束时保持的力显著更高（图3C,D）。
4.GHSR-1a缺失增加骨骼肌中线粒体生物发生和线粒体自噬的标志物
与6月龄对应物相比，28月龄WT小鼠的跖肌分离线粒体中观察到最大线粒体呼吸功能下降（图4A）。WT小鼠线粒体呼吸功能的年龄相关下降模式也在基线、寡霉素和抗霉素状态下被记录到，尽管未达显著。在GHSR-1a KO小鼠中也观察到了线粒体呼吸功能的年龄相关下降，但这些下降仅在基线及ADP和FCCP刺激的最大呼吸状态达到显著（图4A）。值得注意的是，与WT小鼠相比，KO小鼠在FCCP状态下的变化幅度显著降低（图S2A）。WT小鼠中还观察到氧化磷酸化复合物IV含量的年龄相关下降（图4B,C）。我们定量了分离线粒体中的柠檬酸合酶活性，并通过将线粒体CS活性乘以从跖肌分离的线粒体总蛋白含量，得出了全肌CS活性。值得注意的是，老年KO小鼠显示出较同月龄WT小鼠更高的CS活性，且仅在WT动物中观察到CS活性的显著年龄相关下降（图4D）。我们还测量了分离线粒体中的细胞色素C蛋白水平以评估线粒体健康；6月龄KO小鼠显示出较同月龄WT或28月龄KO小鼠更高的细胞色素C水平（图S2B）。在跖肌中，作为氧化能力指标的琥珀酸脱氢酶阳性细胞数量随WT小鼠年龄增长而下降。KO小鼠显示出类似的年龄相关下降，但未达统计学显著（图4E,F）。在WT小鼠中，线粒体生物发生标志物过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1-α在28月龄时低于6月龄。相反，28月龄KO小鼠展现出较其年轻同类及同月龄WT小鼠更高的PGC-1α水平（图4G,I）。年轻KO小鼠显示出较同月龄WT小鼠更高的Sirtuin 1水平，这是一种PGC-1α的潜在调节因子（图4G）。为评估线粒体含量的调节因子，我们测量了6月龄和28月龄WT和KO小鼠跖肌中的线粒体DNA拷贝数。我们观察到WT小鼠的相对mtDNA表达存在显著的年龄相关下降，而该下降在KO组中不明显（图4G）。我们进一步评估了几个线粒体自噬标志物，因为它们可用于线粒体数量控制。在WT小鼠中，线粒体自噬标志物p62的蛋白水平在24月龄和28月龄时显示出较6月龄组轻微下降的趋势。相反，KO小鼠的p62水平在24月龄时增加，至28月龄时恢复至基线水平。值得注意的是，与同月龄WT对照相比，6月龄KO小鼠的p62水平较低，而24月龄KO小鼠的p62水平较高（图4H,I）。此外，与同月龄WT小鼠相比，28月龄KO小鼠中PINK1的基因表达显著升高（图4H）。在分离的线粒体中，28月龄的KO小鼠显示出线粒体自噬标志物Parkin的蛋白水平升高（以电压依赖性阴离子通道1进行标准化，图4J）。与此一致，与同月龄WT小鼠相比，28月龄的KO小鼠还表现出自噬标志物微管相关蛋白1A/1B轻链3B与线粒体含量标志物Tomm20的共定位增加（图4J）。
5.骨骼肌蛋白质组学分析揭示GHSR-1a缺失对KEGG通路与少肌症测量指标之间相关性的影响
为阐明少肌症进展的分子机制，我们对6月龄和28月龄WT和KO小鼠的腓肠肌进行了蛋白质组学分析，从中鉴定出3110个蛋白质组，这些组由24885个可检测肽段映射而来。对各蛋白质丰度进行了定量，并进行线性回归分析以评估蛋白质丰度与少肌症相关测量指标（包括握力、肌肉质量和跑台跑步时间）之间的关联。经多重比较校正后，未在个体蛋白质水平上检测到显著相关性。
6.GHSR-1a缺失不影响生存
我们对267只WT和222只KO雄性小鼠进行了Kaplan-Meier生存分析。WT小鼠的中位生存年龄为126周，KO小鼠为125周，两种基因型间的生存差异无统计学意义（图S4）。
7.GHSR-1a反向激动剂PF-5190457减少雄鼠摄食量、体重和体脂，同时增加耐力以及骨骼肌中线粒体自噬和线粒体生物发生标志物
为探究药物靶向GHSR-1a是否能复现GHSR-1a缺失对肌肉功能和分子标志物的影响，用GHSR-1a反向激动剂PF-5190457处理中年雄性小鼠28天。在处理前及每周间隔测量基线摄食量、身体成分和肌肉功能，直至第28天。将每周测量值对基线水平进行标准化并以百分比表示。PF-5190457给药导致的累积摄食量下降在第1周即可观察到，并在第2周和第3周达到显著（图6A）。PF-5190457处理的小鼠在第3周和第4周显示出更低的体重和脂肪量，而去脂体重在整个处理过程中保持不变（图6B-D）。PF-5190457处理小鼠的跑台跑步时间在第3周开始改善，并在第4周达到显著（图6E）。在将跑步时间对体重进行标准化后，PF-5190457的效应仍然存在，尽管未达统计学显著（图6E）。握力在两组间无显著差异（图6F）。在研究结束时，收集后肢骨骼肌进行质量测量。PF-5190457处理小鼠的标准化比目鱼肌倾向于较DMSO处理小鼠更大，而DMSO处理小鼠的标准化股四头肌倾向于更大。其他肌肉在两组间未发现显著差异（图6G）。PF-5190457处理小鼠的腓肠肌中线粒体生物发生标志物PGC-1α的蛋白水平升高。类似地，核呼吸因子1的转录水平在PF-5190457处理后显示出上升模式（图6H）。线粒体自噬标志物，包括LC3II蛋白和Bcl2相互作用蛋白3的mRNA水平，在PF-5190457给药后也增加。尽管在p62、Park2和PINK1中未检测到显著差异，但它们的表达模式与在LC3II中观察到的趋势一致（图6I）。研究结束时，各组跖肌分离线粒体的线粒体呼吸在各组间无显著差异（图6K）。
更多结果和补充图表：doi：10.1111/acel.70472
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