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编号:10227595
去神经肌萎缩研究进展
http://www.100md.com 《上海医学》 1999年第3期
     作者:田涛 吴朝晖 金惠铭

    单位:200032 上海医科大学病理生理学教研室

    关键词:

    上海医学990312 在日常生活及生产活动中,经常会因牵拉、压砸、切割、枪弹、手术、药物、产伤等原因造成下运动神经元的损伤。下运动神经元的功能障碍表现为肌无力、肌张力丧失、肌萎缩、肌肉自动收缩、电兴奋的改变等。在手外科中,臂丛神经损伤后的肌萎缩常见而难治,常导致肢体运动功能丧失,因此其研究受到广泛的重视。

    以前的研究[1]表明,骨骼肌萎缩时,肌纤维变细,肌原纤维常大量消失,以致留下互相靠近的细胞核,肌细胞的解体大多在自噬泡内进行,因而可见到许多溶酶体性的残存小体,即脂褐素。肌萎缩在一定情况下可以恢复,严重者可出现细胞消失。近年来,许多科研工作者从各个角度研究了肌萎缩的机制,以下分别予以综述。
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    一、骨骼肌萎缩时细胞结构的改变

    研究骨骼肌去神经后超微结构的改变,已发现肌萎缩时肌纤维膜系统肿胀,排列紊乱,核固缩,线粒体肿胀,溶酶体增生,无明显细胞浸润[2,3]。Faulkner等[4]发现去神经肌肉中快缩纤维比慢缩纤维更易退变。Zealear等[5]研究了动物环杓软骨肌去神经后3个月和7个月时的改变,发现肌肉收缩力降低,收缩时间延长。收缩力降低与肌重量降低、肌纤维密度和直径下降有关。肌纤维组成由于快缩纤维退变明显而发生改变。骨骼肌纤维化在3个月时还较轻,7个月时占肌纤维的1/3。Bodine等[6]研究了酚阻断神经后的肌肉改变,发现两周后大鼠比目鱼肌收缩减慢,所有肌纤维均表达慢肌球蛋白重链(MHC)。Jakubiec[7]在超微结构水平发现去神经肌萎缩时,快肌的肌球纤维比肌动纤维先消失,肌球蛋白的比例下降明显。

    二、骨骼肌去神经后酶和蛋白质的改变
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    Wing等[8]认为去神经后蛋白质的迅速减少是由于非溶酶体ATP依赖性蛋白水解过程加快造成的。他用特异性多克隆抗体检测了泛肽结合蛋白在萎缩肌肉中的量,发现有明显升高,证实蛋白降解与泛肽降解通路有关。Medina等[9]研究发现大鼠比目鱼肌去神经后一天内蛋白水解增加50%~250%,同时泛肽蛋白及其mRNA增加2~3倍,因此认为骨骼肌的快速萎缩与去神经后大量加强的蛋白水解作用有关,阻止溶酶体或Ca2+依赖性途径并不能阻止肌肉蛋白水解,而依靠ATP供能的泛肽途径在细胞蛋白降解中发挥重要作用。泛肽(Ubiquitin,Ub)是一种含76个氨基酸的蛋白质,其氨基酸序列高度保守,仅存在于真核细胞。Ub的羧基端可被一种ATP水解酶E1激活,然后与转运蛋白家族E2s中的成员形成活性巯基酯,在E3的促进下,激活的Ub被转运到蛋白底物表面并与赖氨酸基团结合。结合后的底物可被ATP依赖性蛋白酶P所水解,Ub可再次参加循环(见图1)。研究发现单个Ub结合并不能促进底物的降解,必须在底物上形成Ub链或树,才能发挥作用[10]
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    P:被水解的蛋白 S peptide:底物多肽 Ub:泛肽 E1:ATP水解酶 E2:转运蛋白 E3:底物识别蛋白图1 泛肽介导的依赖ATP的蛋白质水解途径

    Virtamen等[11]采用钳夹坐骨神经10秒钟的方法,造成去神经损伤,然后任其慢慢恢复,检测了在此过程中腓肠肌、比目鱼肌和跖肌的肌肉湿重、胶原合成酶PH(prolyl hydroxylase)、GGT(galactosylhydroxylysyl glucosyltransferase)以及羟脯胺酸的含量,发现腓肠肌肌肉湿重在19、26、40、61天时分别比对照组下降52%、49%、23%、19%,腓肠肌中PH活性、GGT活性在19天时比对照组升高193%、32%,羟脯胺酸的含量26天时升高71.3%。以后随着神经支配的恢复其含量逐渐下降,61天时接近正常。认为失神经肌萎缩与胶原合成作用增强有关,恢复神经支配后,肌肉生长,重量增加的同时,胶原合成作用减弱。Bockowski等[12]发现去神经后肌肉氧化和糖酵解活动减弱,蛋白质和嘌呤降解加快,肌肉对胰岛素抵抗作用增加。Brazaluk等[13]认为去神经肌萎缩是一系列神经营养障碍导致细胞膜Na+-K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶、过氧化或抗氧化系统、肌纤维膜蛋白质均发生一系列改变的结果。Henrikson等[14]研究了去神经后大鼠比目鱼肌糖转移能力与可调性糖转移蛋白GLUT-4(regulatable glucose transporter protein)表达改变的关系,结果发现去神经1天和3天后糖转移能力分别下降了29%和31%,GLUT-4蛋白含量下降18%和52%,胰岛素促进糖转移的效率下降了51%和74%。认为去神经后肌肉GLUT-4表达下降是胰岛素刺激糖转移能力降低的主要原因,它还可能与糖的有氧氧化能量代谢改变有关。Willans[15]研究发现去神经后肌肉中胆固醇与磷脂之比增高,这种增高与胆固醇在非肌纤维部位蓄积有关。
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    三、去神经肌萎缩时的核酸变化

    Leyland等[16]研究了去神经大鼠腓肠肌中糖原磷酸化酶的代谢情况。糖原磷酸化酶是快肌肌浆中的一种主要蛋白质,对糖原的分解代谢起着关键性的作用。作者采用Western blot方法发现糖原磷酸化酶含量在去除神经支配3~4天后开始下降,降解速度大约是对照组的2倍,21天后其活性只有对照组的25%。应用定量Northern blot分析发现糖原磷酸化酶mRNA量先是一段急剧下降,然后维持在对照侧肢体的50%左右。作者认为去神经肌肉中糖原磷酸化酶含量下降是合成减少、降解加快双重作用的结果。Babji等[17,18]研究了去神经、倒置悬垂、固定不动三种方法所致骨骼肌萎缩时核糖体RNA、α-肌动蛋白mRNA、细胞色素C mRNA的变化,发现7天后,三种模型引起的肌萎缩细胞α-肌动蛋白mRNA量下降51%~66%,细胞色素C mRNA量下降42%~64%。但总RNA量变化不一致,通过倒置悬垂、固定不动所致肌萎缩细胞的总RNA下降27%~44%。而去神经者变化不明显。他们推测肌肉所承担负荷的改变可能是引起肌萎缩时α-肌动蛋白mRNA与细胞色素C mRNA降低的重要因素。Gundersen等[19]发现肌肉去神经后Ⅰ d-1(转录负调节因子)的mRNA增加2~7倍,认为Ⅰ d-1可能在转录水平调节了废用性肌纤维的粗细。Czerwinski等[20]研究发现失去神经支配后,大鼠腓肠肌活动能力下降,肌肉湿重在第2、3、5、7、10、12和17天时分别比对照侧减轻4.2%、7.7%、18.1%、27.7%、35.1%、45.0%和60.3%。而肌肉细胞DNA量前12天不变,17天时升高。IGF-ⅡmRNA量在10天时升高2.5倍,12天时升高3倍,17天时升高6.8倍,IGF-Ⅰ(胰岛素样生长因子-Ⅰ)无明显变化。以前的研究表明,当增加肌肉负荷,使肌肉肥大,肌活动能力增加时,IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ(胰岛素样生长因子-Ⅱ)的mRNA升高,曾推测当肌肉活性降低时IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ的mRNA可能会降低。本实验推翻了这种推测。结果说明肌肉活性并非是影响IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ表达改变的唯一因素。
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    四、骨骼肌萎缩与细胞凋亡的关系

    近年来,随着人们对凋亡现象的认识不断深入,已有人将肌肉萎缩与细胞凋亡联系起来,发现骨骼肌萎缩中有细胞凋亡现象的存在。

    哥本哈根大学的研究人员在电镜下观察到去神经比目鱼肌出现细胞皱缩、核固缩、核周池扩大、染色质浓缩等细胞凋亡的形态学改变,但未发现明显核碎片。原位缺口末端标记(in situ nick tailing,ISNT)未发现DNA裂解,认为这可能是一种无DNA降解的细胞凋亡,但这种凋亡在正常情况下是否发生还有待证明[21]。而Schmalbruch[22]的研究结果略有不同,他除了在电镜下观察到新生大鼠比目鱼肌出现核周池扩大、染色质浓缩、肌纤维减少外,在电镜和原位缺口末端标记(ISNT)中发现了少量有凋亡改变的细胞核,并观察到肌萎缩时有NK细胞和巨噬细胞的聚集,认为凋亡现象伴随NK细胞而发生,凋亡与NK细胞有密切关系。Tews等[23]则比较肯定地认为失去神经支配后的肌肉存在细胞凋亡现象。他采用末端转移酶介导的dUTP缺口末端标记法(TdT-mediated dUTP nick end labeling,TUNEL)检测了切断神经的大鼠面肌,发现失去神经支配后大鼠面肌细胞出现DNA碎片,凋亡相关蛋白Bcl-2、Bcl-xL、Bax表达处于高水平,恢复神经支配7周后Bcl-2表达增高,Bcl-xL、Bax表达下降。认为大鼠面肌失去神经支配后Bcl-2的高表达有助于维持肌细胞的存活,持续增加的Bcl-2的表达可以对抗Bax促进凋亡的作用。Tews等[24]进一步检测了一氧化氮合成酶(NOS)在大鼠面肌失神经和复神经过程中的表达,发现在生理情况下,大鼠面肌中nNOS有一定量的表达,eNOS表达较少,iNOS无表达;失去神经支配后nNOS表达下降;恢复神经支配后nNOS表达逐渐上升,10周后恢复到正常水平,eNOS和iNOS表达无变化。作者认为一氧化氮在失神经后氧化应激引起的肌细胞凋亡中发挥一定作用。此外,Oliveira等[25]发现去神经后骨骼肌纤维Clusterin表达明显升高,认为Clusterin可能与细胞凋亡有关。
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    五、骨骼肌萎缩的防治

    Chan等[26]选择肌湿重、纤维直径和纤维组成为指标,研究了脉冲式磁疗对肌萎缩的作用,发现磁疗能一定程度上减缓肌肉重量的减轻,增加肌纤维直径。Kanaya等[27]采用2Hz、100ms的脉冲方波,在麻醉状态下经皮肤电刺激切断腓神经的大鼠胫骨前肌12周,每周5次,每次30分钟,发现肌肉湿重在2、4、6、8周时分别是对照侧的53.7%、37.8%、29.5%、25.4%,与对照组(分别是对照侧的45.7%、30.5%、25.9%、20.7%)相比有显著性差异,而10周后差异不明显。电刺激组Ⅰ型纤维和Ⅱ型纤维的直径在第6周时分别是对照侧的81.1%和44.3%,优于未经电刺激组(分别是对照侧的70.3%和33.2%)。作者们认为电刺激治疗虽不能最终改变失神经肌肉萎缩的发展方向,但可延缓肌萎缩的进程,为神经再生和肌肉功能恢复创造条件。Maltin等[28]发现10mg/kg体重剂量的氨哮素对肌萎缩有治疗作用,用药后肌纤维蛋白质和RNA含量增加。徐向阳等[29,30]对此作了进一步研究,发现给予失神经大鼠含氨哮素的合成饲料后,实验组失神经支配侧比目鱼肌湿重和蛋白质含量均较对照组明显增加,肌肉单收缩力、最大强直收缩力和肌纤维截面积也相应增加,有神经支配侧的比目鱼肌无明显变化;给予神经切断再缝合大鼠氨哮素80天后,实验组的上述指标均高于对照组,认为氨哮素不但对失神经肌肉有抑制肌萎缩作用,而且可以促进神经缝合修复后肌肉功能的恢复。
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    由上可见,已经有不少人从多个角度对去神经肌萎缩的机制开展了研究,得出一些有益的结果,但尚不系统,有些结果还相互矛盾,无法深入揭示肌肉萎缩的机制。至于肌肉萎缩的有效防治方法,目前研究很少。因此这些课题均有待于通过临床和实验作进一步探索。

    本文受美国中华医学基金资助(CMB No.95-619)

    参考文献

    [1] 武忠弼.病理学.北京:人民卫生出版社,1990.23.

    [2] Marquez A,Finol HJ.Effect of neurotomy on human skeletal muscle ultrastructure.Acta Cient Venez,1991,42:319-325.

    [3] Finol HJ,Gonzalez N,Marquez A,et al.Effects of simultaneous and the ultrastructure of a rat slow twitch muscle.Acta Cient Venez,1992,43:26-33.
, 百拇医药
    [4] Faulkner JA,Brooks SV.Muscle fatigue in old animals.Adv Exp Med Biol,1995,384:471-480.

    [5] Zealear DL,Hamdan AL,Rainey CL,et al.Effects of denervation on posterior cricoarytenoid muscle physiology and histochemistry.Ann Otol Rhinol Laryngol,1994,103:780-788.

    [6] Bodine Fowler Sc,Allsins S,Botte MJ,et al.Time course of muscle atrophy and recovery following a phenol induced nerve.Muscle Nerve,1996,19:447-450.
, http://www.100md.com
    [7] Jakupiec P A.Changes in myosin and actin filaments in fast skeletal muscle after denervation and self-reinnervation.Comp Biochem Physiol Comp Physiol,1992,102:93-98.

    [8] Wing SS,Haas AL,Goldberg AL,et al.Increase in ubiquitin protein conjugates concomitant with the increase in proteolysis in rat skeletal muscle during starvation and atrophy denervation.Biochem J,1995,307:639-645.

    [9] Medina R,Wing SS,Goldberg AL,et al.Increase in levels of polyubiquitin and proteasome mRNA in skeletal muscle during starvation and deneration atrophy.Biochem J,1995,307:631-637.
, http://www.100md.com
    [10] Martin R.Natural substrates of the ubiquitin proteolytic pathway.Cell,1991,66:615-618.

    [11] Virtanem P,Tolonen U,Savolainen J,et al.Effect of reinnervation on collagen synthesis in rat skeletal muscle.,J Appl Physiol,1992,72:2069-2074.

    [12] Bockowski L,Gorski J.Metabolic changes in denervated skeletal muscles.Postepy Hig Med Dosw,1996,50:191-204.

    [13] Brazaluk Az.Effect of skeletal muscle atrophy on sarcolemma lipids and proteins.Ukr Biokhim Zh,1993,65:113-116.
, 百拇医药
    [14] Henriksen EJ,Rodnick KJ,Monon CE,et al.Effect of denervation or unweighting on Glut-4 protein in rat soleus muscle.J Appl Physiol,1991,70:2322-2327.

    [15] Willians KD.Cholesterol conservation in skeletal muscle associated with age and denervation related atrophy.Brain Res,1989,24:493:14-22.

    [16] Leyland DM,Tumer PC,Beynon RG,et al.Effect of denervation on the expression of glycogen phosphorylase in mouse skeletal muscle.Biochem J,1990,15;272:231-237.
, 百拇医药
    [17] Babji P,Booth FW.Clenbuterol prevents or inhibits loss of specific mRNA in atrophying rat skeletal muscle.Am J Physiol,1988,254:657-660.

    [18] Babij P,Booth FW.Alfpha-actin and cytochrome CmRNAs in atrophied adult rat skeletal muscle.Am J Physiol,1988,254:651-656.

    [19] Gundersen K,Merlie JP.Id-l as a posible transcriptional mediator of muscle disuse atrophy.Proc Natl Acad Sci USA,1994,91:3647-3651.
, 百拇医药
    [20] Czerwinski SM,Novakofski J,Bechtel PJ,et al.Modulation of IGF mRNA abundance during muscle denervation atrophy,Med Sci Sports Exerc,1993,25:1005-1008.

    [21] Rodrigues A de C,Schmalbruc.Satellite cells and myonuclei in long term denervated rat muscles.Anat Rec,1995,243:430-437.

    [22] Schmalbruch H.Natural killer cells and macrophages in immature denervated rat muscles.J Neurolpathol Exp Neurol,1996,55:310-319.
, 百拇医药
    [23] Tews DS,Goebel HH,Schneider I,et al.DNA fragmentation and expression of apoptosisrelated proteins in experimentally denervated and reinnervated rat facial muscle.Neuropathol Appl Neurobiol,1997,Apr,23:2,141-149.

    [24] Tews DS,Goebel HH,Scheider I,et al.Expression of different isoforms of nitric oxide synthase in experimentally denervated and reinnervated skeletal muscle.J Neuropathol Exp Neurol,1997,Dec,56:1283-1289.

    [25] Oliveira AS,Corbo M,Duigou G,et al.Expression of a cell death marker (Clusterin) in muscle target fibers.Arq Neuropsoquiatr,1993,51:371-376.
, http://www.100md.com
    [26] Chang CW,Lien IN.Tardy effect of neurogenic muscular atrophy by magnetic stimulation.Am J Phys Med Rehabil,1994,73:275-279.

    [27] Kanaya F,Tajima T.Effect of electrostimulation on denervated muscle.Clin Orthop,1992,283:296-301.

    [28] Maltin CA,Delday MI,Hay SM,et al.Denervation increases clenbuterol sensitivity in muscle from yound rats.Muscle Nerve,1992,15:188-192.

    [29] 徐向阳,顾玉东.氨哮素对成年大鼠失神经支配肌肉的作用.中华手外科杂志,1996,12(增刊):42-45.

    [30] 徐向阳,顾玉东.氨哮素对神经切断再缝合后肌肉功能恢复的影响.中华手外科杂志,1996,12(增刊):46-48.

    (收稿:1998-11-25), http://www.100md.com