小肌纤维、骨骼肌与幽灵肌纤维
当空气转凉，十月施展魔力，正是揭开骨骼肌世界中诡异而精妙的科学奥秘的绝佳时机。这个季节，我们将深入探索快速肌动蛋白的奥秘、令人毛骨悚然的骨骼肌谜题，以及幽灵肌纤维的奥秘。从抵御热损伤的褐藻糖胶提取物，到盘踞mTORC1通路的神经信号，再到“幽灵肌纤维”中ATP代谢的诡异机制——在这篇万圣节主题的综述中，研究者们正熬煮着一锅引人入胜的发现。
特色图片包含南瓜与骷髅手（©bilder-von-yuliya-meshkova via Canva.com）及改编自©Dumitras等（2025）的图表，采用CC BY 4.0许可协议。A) 肌肉特异性MetRS小鼠的构建流程及新合成的蛋白质标记、识别与可视化工作流程概述；B) 突变型MetRS酶与野生型（WT）MetRS的差异示意图；C) 代表性膈肌切片，肌纤维按横截面积（CSA）进行颜色编码；比例尺=100 µm； D) MetRS小鼠与WT对照组经7天标记后，肌组织冷冻切片GFP染色（左图：GFP呈绿色，WGA呈红色）及FUNCAT染色（右图：FUNCAT呈红色，WGA呈绿色）对比；E) 坐骨神经电刺激后，MetRS*小鼠与WT小鼠的肌力产出比较。
褐藻糖胶提取物对小鼠体外热应激诱导的快缩肌功能丧失的影响
高温对肌肉力量产出的损害作用——尤其对快缩肌纤维的影响——长期以来一直吸引着肌肉生理学家的关注。尽管氧化应激被认为是导致这种功能下降的原因之一，但仅有少数研究探索过基于抗氧化剂的策略来对抗热诱导的功能障碍。褐藻中含有的硫酸多糖——褐藻糖胶，因其强效抗氧化特性备受关注，但其对热应激下骨骼肌的影响尚不明确。本研究中， Kucewicz et al (2025)旨在探究源自泡囊褐藻或羽状裙带菜的褐藻糖胶能否抵御温度诱导的肌肉衰弱。
雄性C57BL/6小鼠连续口服海藻糖或溶剂对照组七天后，分离出快缩性趾长伸肌（EDL）进行体外测试。肌肉置于温控器官浴槽中，分别在25°C或43°C条件下刺激收缩，以评估热应激下的力量产出。采用Aurora Scientific公司1300A小鼠整体动物系统测量肌肉性能，包括：300C-LR双模式肌肉杠杆装置用于采集收缩力数据，615A动态肌肉控制与分析软件用于施加刺激并记录反应。附加分析包括：通过qRT-PCR检测基因表达，以及在热应激条件下对C2C12肌母细胞进行活性氧（ROS）定量检测。
与维持在25℃的肌肉相比，暴露于43℃环境下导致EDL肌肉力量产出显著且持续下降。然而，接受海带褐藻糖胶（FVF）处理的小鼠在热应激早期阶段表现出明显的力衰减缓解，而羽衣甘蓝褐藻糖胶（UPF）则未呈现此类益处。热暴露还上调了多种热休克蛋白（HSP27、HSP70和HSP90）的表达，但仅FVF处理进一步增强了HSP90的表达。此外，两种褐藻糖胶均能抑制C2C12细胞中热诱导的活性氧（ROS）升高，表明尽管对肌肉力量维持作用不同，但具有共同的抗氧化能力。这些发现强调了海洋来源褐藻糖胶作为靶向营养干预手段的潜力，可增强肌肉在热应激下的抗损伤能力。
神经刺激抑制骨骼肌中mTORC1介导的蛋白质合成
肌肉的大小和功能由肌纤维类型和活动水平决定，氧化型（慢缩）肌纤维通常比糖酵解型（快缩）肌纤维更小且更抗萎缩。尽管已知mTORC1通路调控肌肉生长，但其如何根据神经活动在不同肌纤维类型中产生差异性调控仍属未解之谜——这主要源于缺乏能追踪体内蛋白质合成的肌纤维特异性工具。为此，Dumitras et al (2025)开发出转基因小鼠模型，通过改良tRNA合成酶与点击化学技术，实现了对新合成的蛋白质进行肌纤维类型特异性标记。
通过诱导性肌肉特异性MetRS*小鼠模型，经他莫昔芬处理后，利用氮代诺亮氨酸（ANL）实现对新合成的蛋白质进行体内标记。小鼠经去神经处理、雷帕霉素治疗及电刺激后，进行BONCAT/FUNCAT标记、蛋白质印迹、组织学及蛋白质组学分析。随后采用Aurora Scientific公司305B双模式肌肉杠杆系统进行在体肌肉收缩性能评估，通过测量腓肠肌力量结合分子分析评估功能结果。
肌肉特异性MetRS*小鼠在不影响收缩性能的前提下实现了高效的新合成蛋白质标记，力学测量证实其肌肉力量正常。去神经化导致肌肉质量下降15-20%，但线粒体丰富的I型和2A型肌纤维中mTORC1依赖性蛋白质合成增加，而2B型肌纤维标记量减少。相反，电刺激抑制了蛋白质合成和mTORC1信号传导，表明肌肉活动可暂时抑制合成代谢过程。这些结果表明，神经活动和肌纤维类型共同精细调控着肌纤维中的mTORC1活性与蛋白质合成。
对去膜肌纤维中mantATP周转的实验与计算联合分析
肌动蛋白作为驱动肌肉收缩的马达蛋白，在静息状态下通过两种状态消耗ATP：超松弛态（SRX）与无序松弛态（DRX）。研究者通常采用mantATP追踪法（通过荧光核苷酸代谢监测）来解析这些状态。然而近期研究指出，该方法在可溶性肌动蛋白制备体系中存在误差，源于非特异性结合与扩散限制造成的伪影。去膜肌纤维虽能保留肌动蛋白的天然结构与协同性，但这些特性也增加了mantATP数据解读的复杂性。为解决此问题，Montesel等人（2025）将实验测量与计算建模相结合，分离了mantATP信号中的特异性与非特异性成分，从而提升了去膜肌纤维中SRX/DRX状态的定量精度。
蒙特卡洛肌节模型模拟了肌球蛋白协同作用及SRX/DRX状态转换，而反应扩散模型则描述了肌动蛋白水解及纤维内的扩散过程。实验中，单根透化肌纤维被安装于Aurora Scientific 1400A透化肌纤维系统，该系统配备802D透化肌纤维装置、403C力传感器及315D高速长度控制器，可在追踪mantATP过程中实现精确的肌节长度控制与力学监测。共聚焦显微镜可视化了mantATP结合过程，质谱分析评估了蛋白质组成，NADH偶联ATP酶检测则测量了ATP水解速率。
结果表明，肌球蛋白协同作用对于重现对应于SRX和DRX状态的双相MantATP荧光衰减至关重要。反应扩散模拟证实扩散和非特异性结合共同导致衰减速率减缓，支持采用三指数拟合模型进行精确分析。完整肌纤维中的MantATP追踪实验和ATP酶测定捕捉到了核苷酸周转变化，包括胡椒碱诱导的变化。在幽灵肌纤维（肌球蛋白基本被清除）中，约60%的mantATP信号源于非特异性相互作用，为肌球蛋白耗竭制备物中荧光数据的校正提供了参考。该实验与计算相结合的综合框架阐明了肌球蛋白协同作用与非特异性核苷酸相互作用如何塑造mantATP信号，从而实现对SRX和DRX状态更精确的测量，并评估肌肉能量调节因子的作用机制。
结论
Kucewicz et al (2025)、Dumitras et al (2025)以及Montesel et al (2025)的研究揭示了骨骼肌如何受到微妙且“幽灵般”的力量塑造。从褐藻糖胶对快缩肌纤维的屏蔽作用，到神经信号对mTORC1活性的幽灵般影响，再到幽灵肌纤维中非特异性mANTp信号的出现，这些研究提醒我们：那些无形的力量正悄然主宰着肌肉能量代谢。
