摘要：为了探讨肌肉质量负调控因子肌肉生长抑制素（myostatin）在低氧和运动调控骨骼肌质量中的作用，将SD大鼠分为常氧对照组、常氧运动组、低氧暴露即刻组、高住低训即刻组、低氧暴露复氧1周组、高住低训复氧1周组。运动方式为跑台运动。采用人工模拟氧浓度13.6%的低氧环境进行间歇性低氧暴露，每天晚上在氧浓度13.6%低氧舱内低氧暴露12 h，共4周,实验后取腓肠肌称重，采用RTPCR方法测定腓肠肌myostatin mRNA的表达。结果表明：1）与常氧对照组比，高住低训即刻组体重显著下降，腓肠肌质量显著下降（P<0.05）；2) 与常氧对照组比，常氧运动组骨骼肌myostatin mRNA表达明显上升（P<0.05）；3) 4周低氧暴露后骨骼肌myostatin mRNA表达明显上升（P<0.05），复氧1周后被完全抑制；4) 4周高住低训后骨骼肌myostatin mRNA表达明显上升（P<0.05），复氧1周后被完全抑制。高住低训后骨骼肌质量丢失，myostatin mRNA表达上升。提示高住低训调节骨骼肌质量可能与运动、低氧调控骨骼肌myostatin水平有关。
关键词： 运动素质与生物力学；肌肉生长抑制素；肌肉质量
中图分类号： G 804.2 文章编号：1009783X(2012)03028004 文献标志码： A
收稿日期：20100519
基金项目：教育部全国高校博士点基金（20050043002）;三峡大学人才基金（KJ2008B062）。
作者简介：贺道远（1967—），男，湖北荆州人，博士，教授，研究方向为运动适应的分子调控机制；叶鸣（1975—），女，陕西绥德人，博士，副教授，研究方向为低氧训练；朱一力（1961—），男，北京人，博士，副教授，研究方向为运动的能量代谢；曾凡星（1956—），男，湖北荆州人，博士，教授，研究方向为运动调控的内分泌机制。
作者单位：1.三峡大学体育学院，湖北 宜昌 443002；2.首都体育学院 运动生理教研室，北京 100191；3.北京体育大学 运动人体科学学院，北京 100084
1.School of Physical Education,China Three Gorges University,Hubei 443002,China；2.Department of Exercise Physiology,Capital University of Physical Education and Sports,Beijing 100191,China；3.School of Human Kinesiology,Beijing Sport University,Beijing 100084,China. 肌肉生长抑制素（myostatin）又称为生长分化因子8（growth and differential factor8）即GFD 8，是TGFβ超家族的一个成员，主要在胚胎生长发育时期和成熟的骨骼肌中表达，对骨骼肌的生长具有强烈的负调节作用。McPherron[1]通过观察myostatin基因敲除或基因突变的小鼠，发现其骨骼肌体积是正常野生型小鼠的3倍以上，而其他生长发育性状上没有任何表现型的差异。有报道阻力运动后肌肉肥大，myostatin表达下降。而耐力运动对其表达影响不清楚。低氧暴露和低氧运动影响肌肉生长和质量，但未见任何有关低氧、低氧复合运动对myostatin表达影响的报道。本实验通过探讨高住低训对骨骼肌myostatin mRNA表达影响的规律，为揭示运动和低氧调控肌肉生长的分子机制提供依据。
1 材料和方法
1.1 动物及分组
健康雄性、SPF级2月龄的SD大鼠，体重180~200 g，由北京大学医学部实验动物中心提供。昼夜节律人工控制光照，环境温度（23±2）℃，动物自由取食及饮水，饲养1周后用于实验。实验动物随机分４大组：常氧对照组（Ｃ）、常氧运动组（Ｅ）、低氧暴露组（Ｈ）、高住低训组（HL）。低氧暴露组又分低氧暴露即刻组、低氧暴露复氧1周组，高住低训组又分为高住低训即刻组、高住低训复氧1周组，共6小组，每组6只。
注：myostatin mRNA表达为myostatin/actin的相对值，结果为平均数±标准差，n=6，*表示与常氧对照相比有显著性差异，P<0.05；#表示与4周即刻组比复氧1周组有显著差异，P<0.05。
3 分析与讨论
体重状况是机体生长正常与否的标志。本实验的结果表明，4周高住低训后大鼠体重比常氧对照组减少了16.6%，高住低训明显抑制大鼠体重的增重。早前的研究显示，人体在高原训练过程中体重下降[24]，动物在低氧训练时体重也下降[56] ，我们的结果与这一致。高住低训对体重的影响与低氧暴露和运动2方面都有关[7]。研究还表明，4周耐力运动对体重增重影响不大，而4周低氧暴露后体重增重比对照减少了14.7%，其变化过程和幅度与高住低训的影响类似，因此低氧是高住低训影响体重的主要因素。
体重主要与能量的平衡状况有关，受营养、运动、生长发育、机体内分泌状况等影响。研究显示：代谢调控因子如生长激素（GH），胰岛素样生长因子1（IGF1）等对体重有调节作用，IGF1促进常氧下的体重增重，也对低氧状况所致体重的下降有明显的控制作用[8]，但myostatin水平与体重的关系还不清楚，未见任何报道。
肌肉质量影响肌肉收缩等骨骼肌的机能。无论是力量运动还是速度、耐力运动的运动能力都主要取决于肌肉质量。本研究发现，4周高住低训后肌肉质量下降，这可能与低氧和运动2种因素都有关，但低氧可能是主要影响因素。本实验观察到4周低氧暴露和常氧运动后肌肉质量均显著下降，但低氧暴露后肌肉质量下降幅度更明显。肌肉质量的下降主要包括肌肉蛋白的丢失，本实验中肌肉质量的下降表明低氧运动影响蛋白代谢。 肌肉质量受营养、运动、内分泌状况的影响。GH、IGF1、睾酮是肌肉质量的正调控因子，而IL6、myostatin是肌肉质量的负调控因子，它们可能共同调控肌肉生长。
Myostatin是继GH、IGF1等之后新发现的一种调节骨骼肌生长发育的重要细胞因子，对肌肉的生长起负的调控作用。在一些导致肌肉萎缩，如包括后肢去负荷[9]、空中飞行失重[10]，卧床休息[11]、衰老[12]、艾滋病人[13]等状态下myostatin的表达上调。这些都表明骨骼肌Myostatin水平与肌肉的质量存在负相关。
本研究首次报道了高住低训对myostatin mRNA表达的影响，结果显示：4周高住低训后Myostatin mRNA表达显著增加，复氧1周后myostatin mRNA表达被完全抑制。表明高住低训明显促进myostatin mRNA表达，复氧抑制其表达。由于本实验及其他报道均表明高住低训抑制肌肉生长，而myostatin又是肌肉质量的负调控因子，因此本研究提示myostatin可能参与了高住低训对肌肉质量的调控。
肌肉的收缩活动对肌肉生长的调节存在一个非常复杂的调控机制,既有正性的促肌肉生长的调节,也有负性的抑制肌肉生长的调节,它们共同构成了对肌肉生长的精细调节。其中2种重要的正负调节因子IGF1和myostatin起关键的调控作用。研究表明4周耐力运动后myostatin mRNA表达显著增加，提示运动通过影响myostatin表达来调节肌肉质量；但运动影响myostatin表达规律还不太清楚，已有研究显示可能与运动类型有关。多数结果均表明阻力运动后血液及肌肉中的myostatin的表达下降，并且myostatin的表达与肌肉质量和体积，肌纤维面积、蛋白含量呈现负相关[14]，提示myostatin可以作为运动调控肌肉生长状况的指标；但耐力运动对myostatin表达影响的研究报道很少，Matsakas[15]报道了大鼠一次急性游泳训练和4周游泳耐力运动后myostatin表达都下降，肌肉横截面积增加，而游泳有类似阻力运动的促肥大作用，游泳抑制myostatin表达实质上仍与myostatin的功能一致，而跑台运动与游泳运动方式有较大差别，没有显著促肥大作用，因而本实验中4周跑台运动促进myostatin表达也反映了myostatin的功能。
低氧对myostatin影响未见任何报道。本研究首次报道了低氧暴露对myostatin mRNA表达的影响，结果显示：4周低氧暴露后即刻myostatin mRNA表达显著增加；复氧1周后 myostatin mRNA表达又被完全抑制。表明低氧促进myostatin mRNA表达，复氧明显强烈地抑制其表达；研究结果提示myostatin可能参与低氧对骨骼肌质量的调控，这一发现对于揭示低氧调控肌肉生长的分子机制具有重要的意义。
高住低训对myostatin mRNA表达的影响与低氧和运动2种因素有关。由于myostatin mRNA表达在低氧暴露和高住低训中存在相同的变化规律，即低氧促进其表达，复氧完全抑制其表达；因此，我们认为高住低训对myostatin mRNA表达的影响可能主要是低氧因素的影响。
低氧和运动影响myostatin mRNA表达的机制还不清楚。一些研究表明，其他的肌肉生长调控因子GH、IGF1、睾酮、皮质醇等与myostatin表达存在关联[1619]，低氧暴露及低氧运动过程中这些调控因子是否影响myostatin表达还不清楚；因此，目前需要进一步明确的是运动如何影响myostatin表达，运动中IGF1 和myostatin表达呈现反向的关系[20]，而运动又直接影响IGF1、睾酮等的表达；因此，是否可以推测运动导致的肌肉收缩引起细胞膜上IGF1受体或胞内睾酮等受体的变化，再进而影响myostatin的表达的变化呢？
由于本研究首次报道了低氧对myostatin表达的影响，还没有其他任何研究报道低氧与myostatin表达的关系，有关线索还知道甚少。是否低氧影响myostatin表达机制也可能同样与IGF1、睾酮等的变化相关呢？由于研究表明低氧也抑制IGF1的表达[2122]，因此，可以推测低氧影响myostatin表达可能涉及IGF1及相关通路，但是，这些还需要实验进一步加以证实。低氧后复氧，myostatin表达被抑制，是由于此时肌肉的氧供应又重新恢复，促进myostatin表达的因素消失所致，这也与复氧后体重、肌肉质量显著恢复正好呈现负相关性。
虽然有力的证据已经显示了myostatin是控制肌肉质量的关键调控因子，但myostatin影响肌肉蛋白合成的具体机制还有待进一步研究。蛋白合成的调控主要包括基因转录的调控和蛋白翻译的调控。mTOR信号通路是非常重要的蛋白翻译的调控信号，它包括从PI3K/PKB/TOR/p70S6K的信号通路[23]，而目前已有研究显示myostatin能够调节mTOR信号通路[24]。myostatin能够调节IGF1、IGF2表达[25]，而IGF1、IGF2又调节蛋白合成，其途径涉及mTOR信号；因此，myostatin调节翻译过程也可能是通过IGF1等调控mTOR信号进行的。另外，由于睾酮及其受体作用主要是影响与蛋白合成相关的基因表达[26]，并且睾酮及其受体与myostatin表达存在相关性；因此，myostatin调控蛋白合成也有可能是经睾酮及其受体等途径调节基因表达；但就我们所知，Myostatin对促蛋白合成的基因表达及翻译的调控直接证据还甚少，因此myostatin调控肌肉蛋白合成的具体机制需今后的实验进一步研究弄清。
4 结论
本研究首次报道了低氧暴露和高住低训对大鼠骨骼肌myostatin mRNA表达的影响，发现高住低训4周后体重增重下降，肌肉质量丢失。高住低训4周后myostatin mRNA表达明显增加，复氧1周后myostatin mRNA表达被完全抑制，表明高住低训明显促进myostatin mRNA表达。研究提示myostatin可能参与运动和低氧对骨骼肌质量的调控。 参考文献：
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