分泌因子介导的细胞间对话在组织稳态和代谢平衡的精细调节中发挥关键作用,日益成为代谢研究领域的热点和难点。除了胰岛素、胰高血糖素等经典内分泌激素之外,近期研究发现脂肪、骨骼肌、肝脏等主要代谢器官能够分泌多种因子(包括蛋白质、脂类、核酸、代谢物等),通过自分泌、旁分泌和内分泌等多种方式,对机体能量代谢产生重要调节作用。这些因子的合成分泌和功能异常与肥胖和2型糖尿病 (T2D) 等代谢性疾病的发生发展密切相关。作为人体最大的运动和代谢器官,骨骼肌也具有分泌功能,通过合成和分泌肌肉分泌因子 (myokine),在机体代谢稳态调控中发挥重要作用。尤其是在过去二十年时间里,肌肉分泌因子相关基础和临床研究受到领域内的广泛关注,取得了系列重要进展。
2024年3月2日,Life Metabolism期刊在线发表了浙江大学医学院孟卓贤教授团队和美国密歇根大学林建谍教授共同撰写的综述文章“Myokines: Metabolic Regulation in Obesity and Type 2 Diabetes”。文章就肌肉分泌因子在代谢稳态调控,尤其是在肥胖和T2D病理进程中的作用和机制进行了系统综述。
骨骼肌细胞具有高度异质性和可塑性:根据收缩特性,可分为快肌和慢肌,根据外观和代谢特征,可分为红肌和白肌。骨骼肌作为人体最大的代谢器官之一,负责高达80%餐后葡萄糖的摄取。因此,骨骼肌葡萄糖感应和利用障碍是T2D的重要病理生理机制之一。此外,我们和其他课题组的研究提示:生理(如饥饿、运动)和病理(如肥胖、衰老)条件下,骨骼肌能够整合(Integrate)体内营养、炎症等代谢信号,动态调控肌肉因子的合成和分泌,一方面通过自分泌和旁分泌通路调控骨骼肌再生功能和组织重塑,另一方面通过内分泌机制调控靶组织(如脂肪、胰腺、肝脏等)的代谢功能,从而在全身能量稳态的精细调节中发挥重要作用。
2003年,肌肉分泌因子第一次被正式命名为“myokine”。此后的二十年余时间见证了骨骼肌内分泌功能和肌肉分泌因子研究领域的快速发展。通过梳理文献,作者发现下列肌肉分泌因子的研究受到广泛关注,进展迅速:白细胞介素6(IL-6)、鸢尾素(Irisin)、肌肉生长抑制素(MSTN)、生长分化因子11 (GDF11)、成纤维细胞生长因子21 (FGF21)、爱帕琳肽(Apelin)、β-氨基异丁酸(BAIBA)、脑源性神经营养因子 (BDNF)、镍纹样蛋白(Metrnl)、富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白(SPARC)。因此,文中对这些因子的发现过程、调控机制和生物学功能进行了详细介绍(图1)。此外,文章还重点介绍了孟卓贤和林建谍教授团队在肌肉素(Musclin)和Dickkopf相关蛋白3(Dkk3)的功能和机制研究方面取得的最新研究进展。该综述试图以这些分泌因子的研究为范例,总结过去,继往开来,助力Myokine领域更好地开展基础和临床研究。
图1 肌肉分泌因子与代谢调控
运动对健康的益处已经广为人知,适度的运动也是对抗肥胖和T2D的有力方法。骨骼肌作为非肥胖人体最大的器官,在全身营养和能量代谢中起着举足轻重的作用。此外,骨骼肌也是重要运动器官,这意味着它是介导体力活动对身体健康影响的主要部位。肌肉分泌因子的发现促进了人们对运动获益的分子基础的认识。本文讨论了运动在肌源性因子表达和分泌中的作用及其对代谢生理学和疾病的贡献,梳理总结了运动影响代谢的分子机制(图2)。进一步全面解析肌肉分泌因子在内分泌系统和代谢稳态调控中的作用,揭示其在肥胖和T2D进程中的病理生理意义,发现生活方式干预对上述过程的可逆调控和机制,将为肥胖和T2D的诊断和治疗提供新的靶点和策略。
图2 运动通过调控肌肉分泌因子的表达影响靶组织稳态和全身代谢平衡
最后,作者从该领域未来发展的角度提出展望:尽管肌肉分泌因子的研究取得了重大进展,但许多因子的准确量化仍然具有挑战性。因此,有必要开发新的检测技术和方法,发掘更多潜在的肌肉分泌因子。微量(空间)蛋白质组学、代谢物组学、单细胞转录测序等高通量检测技术,以及抗体生产技术的发展和运用,将大大推进肌肉分泌因子的发现、功能解析和机制研究,为肥胖和T2D的病理生理机制提供新的见解和干预靶点。
浙江大学基础医学院孟卓贤研究员为论文的最后通讯作者, 美国密歇根大学生命科学学院林建谍教授为本文的共同通讯作者,浙江大学基础医学院为本文第一单位。浙江大学-爱丁堡大学联合学院生物医学专业本科生陈芷恬为第一作者,浙江大学临床医学巴德年班本科生翁徵玄为第二作者。