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宣战“年老力衰”,骨骼肌组织蛋白组揭示衰老导致肌肉力量下降的机制

发布时间: 2019-11-27
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衰老(Aging)最显著的表型之一是骨骼肌力量的下降,这种现象发生在所有的衰老个体中,并导致下肢功能障碍和行动能力丧失。肌力下降的幅度大于肌肉质量下降的幅度,说明随着年龄的增长,每单位肌肉质量的收缩能力逐渐降低,但是肌肉收缩能力下降的原因尚不清楚。

近期来自美国巴尔的摩国家健康研究所的研究人员在国际专业期刊eLife上发表了题为“Discovery proteomics in aging human skeletal muscle finds change in spliceosome, immunity, proteostasis and mitochondria”的文章,研究人员用年龄在20到87岁之间的健康人骨骼肌肉组织进行定量蛋白质组学分析,以此推断出骨骼肌中受衰老影响的分子通路,揭示衰老引发人体骨骼肌中剪接体、免疫调控、蛋白质稳态和线粒体改变,从而导致肌肉收缩能力下降。

宣战“年老力衰”,骨骼肌组织蛋白组揭示衰老导致肌肉力量下降的机制

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健康骨骼肌样本定量蛋白质组学分析

研究人员收集60名年龄在20岁至87岁之间的健康受试者骨骼肌活检样本(样本策略),进行TMT蛋白质组学定量分析(质谱策略)。结果表明,与年龄相关性最强的蛋白为LSM14同源蛋白A(LSm14A)、组织金属蛋白酶抑制剂3 (TIMP-3)和血清淀粉样蛋白P组分(APCS)。蛋白质表达的层次聚类结果表明,年轻人(20-34岁)和老年人(80岁以上)之间差异最大。

宣战“年老力衰”,骨骼肌组织蛋白组揭示衰老导致肌肉力量下降的机制

图1、健康骨骼肌样本定量蛋白质组学分析

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衰老导致线粒体蛋白及转录和剪切调控因子的变化

由于随着年龄的增长,线粒体和能量代谢蛋白的丰度存在显著差异,研究人员利用Uniprot、GO分析等蛋白注释方法对这些蛋白进行了研究。在已鉴定的线粒体蛋白中,25%(173个蛋白)的丰度随年龄变化,多数(70%)随年龄下降。而在69个年龄相关的转录调控蛋白定量中,61个比例较高。研究人员发现许多蛋白的差异表达广泛分布在五个剪接体复合体和其他剪接体相关蛋白因子中,这些蛋白因子对mRNA的成熟和基因表达至关重要。在300种报道的蛋白质和剪接体相关因子中,其中156个在老年肌肉中过度表达。

宣战“年老力衰”,骨骼肌组织蛋白组揭示衰老导致肌肉力量下降的机制

图2、线粒体蛋白及转录和剪切调控因子的变化

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衰老导致可变剪接、蛋白稳态蛋白和免疫蛋白变化

首先,研究揭示随着年龄增长而变化的蛋白质中,有很大一部分也会发生剪接变化,这对线粒体蛋白质来说尤其如此,这可能是对随着年龄增长而产生的能量不足的一种弹性反应。

其次,研究表明衰老与伴侣蛋白介导的自噬下降有关,而蛋白稳态机制对衰老和长寿很重要。在老年肌肉中,巨噬细胞中前体蛋白普遍增加,这可能是一种代偿机制。

最后,在与免疫相关的蛋白中,许多蛋白同巨噬细胞的功能相关。研究人员发现了抗炎活性的证据,它可能抵消衰老肌肉的促炎环境并且衰老肌肉中存在持续的先天免疫活性。

宣战“年老力衰”,骨骼肌组织蛋白组揭示衰老导致肌肉力量下降的机制

图3、与年龄有关的可变剪接、蛋白稳态蛋白和免疫蛋白的进一步研究

综上所述,研究人员通过健康人骨骼肌定量蛋白质组学分析,揭示了骨骼肌衰老中的蛋白剪接、免疫调控、蛋白质稳态和线粒体的变化,为骨骼肌蛋白质组研究衰老的机制奠定了基础,提供了丰富的组学数据。此项研究也进一步证明了蛋白质组学在生物科研领域的重要意义。

参考文献:

1、Ceereena Ubaida-Mohien, et al., 2019, Discovery proteomics in aging human skeletal muscle finds change in spliceosome, immunity, proteostasis and mitochondria. eLife.


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