初稿 | 屈若颖
校对 | 李欣茜
小编注 | 屈若颖 李欣茜
排版 | 王兰 梁城玮
编辑 | 孟美瑶
B细胞由骨髓淋巴前体细胞发育而来，是浆细胞的前体细胞，在体液免疫应答中具有重要作用。某些基因的突变或缺失会导致B细胞分化和功能缺陷。为了增强抗原亲和力，B细胞会在次级淋巴器官的生发中心（GC）中进行体细胞高频突变，即在编码B细胞受体（BCR）的基因处引入大量随机突变，尤其是抗原结合区域。这些突变会改变BCR的氨基酸序列，只有突变后BCR亲和力提高的B细胞才能被选择存活并继续增殖，从而筛选出能高效结合抗原的B细胞。而由于快速增殖和高频突变的特性，GC B细胞容易发生癌变，导致B细胞淋巴瘤等疾病。目前，已存在针对B细胞表面糖蛋白（例如CD20）的治疗药物，可以通过清除癌性和非癌性CD20+B细胞来治疗B细胞淋巴瘤。尽管B细胞的免疫学功能已明确，但其在生理或病理过程中是否存在非免疫功能仍有待探索。
运动对健康有多种益处，运动能力需要依靠肌肉骨骼、心血管和呼吸系统之间的复杂协同作用来实现。运动时，许多分子信号通路参与其中，包括钙调蛋白依赖性蛋白激酶（CaMK）、p70S6 激酶（p70S6K）、钙调蛋白、有丝分裂原活化蛋白激酶通路及其靶点、共激活因子和抑制因子。具体而言，在骨骼肌收缩过程中，钙离子振荡的增加促进了肌球蛋白/肌动蛋白跨桥的相互作用，调节CaMK激酶活性以及相关基因表达，从而产生骨骼肌纤维的表型多样性。除骨骼肌氧气消耗之外，运动还会引发骨骼肌的代谢变化，肌肉能量的快速消耗会导致AMP/ADP与ATP的比例升高，同时能量代谢副产物活性氧增多使细胞内氧化还原平衡发生改变，这些变化都是运动刺激肌肉适应和增强的重要信号。值得注意的是，耐力训练能够诱导线粒体的生物合成，增加肌纤维内线粒体的数量。同时，运动还会影响某些免疫通路：例如运动会释放肌细胞因子白细胞介素IL-6，其作用于T细胞，诱导肌肉驻留的调节性T（Treg）细胞产生。然而，免疫系统是否调节运动目前尚不清楚。
本研究中，研究人员发现B细胞具有一种不依赖免疫系统的功能，能够通过转化生长因子TGF-β1介导的谷氨酰胺酶2（GLS2）和Gln反向转运蛋白SLC7A5的转录，参与调节肝脏谷氨酸（Glu）代谢，从而影响运动能力。
敲黑板啦！
1. B细胞缺失限制运动表现和骨骼肌功能
2. B细胞维持外周Glu水平以增强运动能力
3. B细胞来源的TGF-β1可重塑肝脏Gln分解代谢及逆转运作用
4. Glu激活骨骼肌的功能性信号转导和代谢
研究结果
1.B细胞缺陷小鼠（muMT小鼠）表现出运动能力和骨骼肌功能受损
为了评估B细胞清除对小鼠生理活动（如运动能力）的影响，研究人员通过两种小鼠模型进行研究，其一是B细胞耗竭小鼠（抗CD20小鼠），尾静脉注射CD20抗体以耗竭小鼠体内的B细胞，其二是成熟B细胞缺陷型小鼠（muMT小鼠），该小鼠无法表达膜结合免疫球蛋白M（小编注：该小鼠靶向敲除了B细胞膜型IgM重链（μ链）的外显子，导致其无法表达功能性的膜型IgM（mIgM）受体，阻断了B细胞的发育与成熟过程，导致外周成熟B细胞几乎完全缺失。该小鼠是常用的全身性B细胞缺陷小鼠模型），导致成熟B细胞缺失。对外周血单个核细胞（PBMC）、脾脏和肝脏进行流式细胞术分析，结果显示抗CD20小鼠或muMT小鼠体内B细胞被有效清除（图S1A-S1C）。值得注意的是，抗CD20小鼠在转棒实验、跑步机实验和抓握力测试中的运动表现下降40%至50%，在旷场的活动能力也有较轻程度的下降（图1A）。同时，在muMT小鼠中也出现了相似结果（图1B）。此外，muMT基因缺陷导致的B细胞缺失对muMT雄鼠的体重无显著影响，但会导致muMT雌鼠的体重显著增加（图S1D）。为了排除体重变化可能带来的副作用，后续只对雄性小鼠进行研究。
接下来，研究人员对WT和muMT小鼠在跑步机运动（EXE）或静止状态（SED）下的骨骼肌组织和血清进行了深入分析（图1C）。具体而言，EXE小鼠在跑步机上进行跑步训练，SED小鼠自由活动（所有小鼠在运动前均未经过训练）（图S1E）。snRNA-seq共检测到17种细胞类型的85,292个细胞核（图1D）。在运动状态下，WT和muMT小鼠均表现出运动诱导的快缩IIA型和IIX型肌纤维增加，同时成纤维细胞和肌腱细胞减少（图1E）（小编注：图E为散点相关性图，用来对比WT与muMT小鼠在运动和静息状态下，SKM中各类细胞丰度变化的差异。X轴表示muMT小鼠中，运动相对于静息时，每种细胞类型丰度的对数倍数变化（log2 FC），大于0说明运动后该细胞类型在muMT小鼠中丰度上升，反之则下降。Y轴表示WT小鼠中，运动相对于静息时，每种细胞类型丰度的对数倍数变化（log2 FC），大于0说明运动后该细胞类型在WT小鼠中丰度上升，反之则下降。红色对角线表示表示WT与muMT对运动的响应完全相同（Y=X）。点落在对角线上，表示WT与muMT小鼠对运动的丰度变化趋势一致，点偏离对角线，则表示对运动的响应存在差异）。而muMT小鼠没有表现出WT小鼠中观察到的慢缩I型纤维增加，以及髓系细胞和脂肪细胞减少的现象，但其肌腱连接（MTJ）细胞群体出现扩张。
由于昼夜节律和进食时间会影响能量消耗（EE），因此研究人员对EE水平和呼吸交换率（RER）进行了分析。与对照小鼠相比，在光照/黑暗周期中，抗CD20小鼠的EE水平均降低，体重无明显差异（图1F和1H）。同时，抗CD20小鼠的RER降低，表明B细胞耗竭会导致脂肪酸（FA）氧化增加，碳水化合物氧化减少（图1G）。检测基因表达后发现，与各自对照组相比，抗CD20小鼠和muMT小鼠在糖异生、糖酵解或脂质合成通路上没有一致的差异，但白色脂肪组织（WAT）中CD36表达均显著升高（图S1F-S1H）。这表明WAT中CD36表达上调可能与B细胞耗竭小鼠脂肪量的轻度增加有关（图1I）。另外，B细胞耗竭不影响体温（图S1I）。
健康线粒体的生成是运动的关键前提条件，研究人员进一步研究了骨骼肌的线粒体质量和生成情况。值得注意的是，muMT小鼠的骨骼肌线粒体DNA（mtDNA）拷贝数低于WT小鼠，即使运动后部分恢复，这一差异仍然存在（图1J）。同时，骨骼肌中编码核心线粒体膜呼吸亚基的Atp6、Atp8和Nd4的mRNA水平也显著降低（图1K）。透射电子显微镜（TEM）成像的定量分析表明，muMT小鼠在静息状态和运动后骨骼肌中的线粒体数量更少（图1L），线粒体嵴形态更模糊且不完整（图1M）。有趣的是，运动或B细胞耗竭均未影响骨骼肌线粒体的大小或高宽比（图1L）。在抗CD20小鼠中也观察到了类似的结果（图S1J和S1K）。以上表明B细胞在维持骨骼肌线粒体的质量和功能方面具有重要作用。
进一步研究发现，muMT小鼠的骨骼肌纤维形态和大小无明显变化（图S1L和S1M）。然而，在WT小鼠中，运动可促使腓肠肌和股四头肌中CaMKII和p70S6K磷酸化（小编注：CaMKII（钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II）是骨骼肌内感受钙离子信号的核心激酶，p70S6K（核糖体蛋白S6激酶）是mTORC1下游的关键效应分子，主要调控蛋白质合成。运动会使腓肠肌和股四头肌发生反复兴奋-收缩耦联，导致肌浆网释放大量Ca2+至胞浆。Ca2+与钙调蛋白（CaM）结合形成Ca2+-CaM复合物，该复合物能解除CaMKII的自抑制构象，使其发生磷酸化而活化。磷酸化的CaMKII能通过激活mTORC1使p70S6K发生磷酸化。这一信号级联能促进骨骼肌结构蛋白合成、提升肌纤维收缩能力并维持线粒体功能），而这种效应在muMT小鼠中消失（图1N和S1N-S1P）。另外，在muMT小鼠的其他组织（如肝脏）中没有观察到上述磷酸化效应（图S1Q）。
此外，在SED和EXE条件下，muMT小鼠的心脏形态或功能均无明显变化，左心室（LV）/心脏质量、心率、射血分数（EF）、缩短分数（FS）、二尖瓣血流速度（早期与晚期充盈比[E/A]）（图S1R-S1T）以及心脏和骨骼肌中的毛细血管密度均无显著差异（图S2A-S2C）。这些数据表明，B细胞介导的运动能力可能与心脏功能或代谢底物供应途径无关。
以上研究结果表明，B细胞在调控运动表现和骨骼肌功能方面发挥作用。
图1.B细胞缺失损害运动能力及骨骼肌功能
图S1.B细胞缺失限制运动能力，对心脏无显著影响
图S2.B细胞缺陷或耗竭对免疫球蛋白、T细胞、单核细胞和中性粒细胞数量的影响
2.B细胞维持外周Glu水平，以增强运动能力
B细胞是体液免疫的组成部分。与预期相符，抗CD20小鼠的IgM和部分IgG水平降低，muMT小鼠的降低水平更为显著。然而，在静息或运动条件下，两组间均未观察到这些指标的一致变化（图S2D和S2E）（小编注：在B细胞活化并分化为浆细胞后，可分泌IgM、IgG、IgA、IgE、IgD五大类免疫球蛋白，IgM、IgG是最主要的两种。此处检测了两种B细胞缺陷小鼠血清中的IgM、IgG（包括IgG1、IgG2a、IgG2b、IgG3四个亚型）含量，是为了验证两种模型是否成功耗竭了B细胞产生的免疫球蛋白，同时探究运动是否影响这一变化。结果证明，muMT、抗CD20小鼠血清中免疫球蛋白水平均显著降低，且运动无法改善这一现象）。在静息稳态下，抗CD20小鼠脾脏单核细胞和中性粒细胞频率增加，但运动并不影响该变化，且抗CD20小鼠和muMT小鼠之间的变化并不一致（图S2F-S2I）。同样，脾脏T细胞数量也未发生一致变化，具体表现为muMT小鼠减少，抗CD20小鼠没有显著变化，运动也不影响这种变化（图S2J和S2K）。另外，B细胞缺陷或运动并未显著影响骨骼肌单核细胞、中性粒细胞和T细胞比例（图S2L-S2O）。因此，B细胞缺陷导致运动能力受损的原因可能是其他因素，而非免疫反应。
骨骼肌也是一种代谢器官，检测发现抗CD20小鼠的呼吸熵显著改变（图1F和1G）。研究人员检测发现运动和B细胞耗竭均不影响小鼠的空腹/进食血糖和空腹甘油三酯（TGs）水平（图S2P-S2R）。于是研究人员进一步检测出差异显著的代谢物，并应用层次聚类的统计方法将变化趋势相似的代谢物归入同一个模块。结果显示，在骨骼肌（M1-M5；图2A）和血清（S1-S4；图2B）中分别鉴定出5个和4个代谢物模块。评估这些模块中的代谢物相似性发现，M1和S2之间以及S1和M2之间具有高度相似性（图2C）（小编注：图2A和2B首先通过统计学方法（Mann‑Whitney U检验）比较了WT小鼠和muMT在静息或运动状态下，骨骼肌和血清里各种代谢物的含量，筛选出那些在不同组间有明显差异的代谢物。接着，针对这些差异代谢物，计算两两之间的Spearman相关系数（即判断它们的变化趋势是否一致），再根据相关性高低进行层次聚类，把变化模式相似的代谢物归为同一个“模块”。例如骨骼肌中得到了M1到M5五个模块，血清中得到S1到S4四个模块。图中右侧的热图展示的就是这些代谢物之间的相关性强弱，颜色越深代表相关性越高。图2C则进一步比较骨骼肌模块和血清模块之间的相似程度，用的是余弦相似度（即两个模块中代谢物整体变化模式的吻合度），气泡图中每个气泡代表一对骨骼肌-血清模块，气泡的大小表示这个模块对里包含的代谢物数量，气泡的深浅反映相似度的高低。下面的圆环图则展示了每个模块中代谢物的类型构成，例如氨基酸、脂肪酸等各占多少百分比）。
游离脂肪酸容易受环境和内在代谢变化的影响，其动态变化更可能是结果而非调控因素。而血清中氨基酸水平的升高更值得注意，因为部分氨基酸可以作为信号分子发挥调控作用。其中，谷氨酰胺（Gln）和谷氨酸（Glu）备受关注：Glu由Gln分解代谢产生，其不仅是参与转氨基作用、介导氨基酸合成的关键代谢物，同时也是重要神经递质。研究人员检测后发现，运动降低了WT小鼠血清中的Glu水平，但增加了骨骼肌中的Glu水平。而muMT小鼠在静息和运动后血清中的Glu水平均较低（图2D）。尽管运动或B细胞缺陷降低了血清中的Gln水平，但在骨骼肌中未观察到这种效应（图2D）。值得注意的是，在检测的20种氨基酸中，只有Glu在WT小鼠运动后出现血清中降低、骨骼肌中升高的现象（图S3A和S3B），这表明Glu可能通过B细胞直接调节运动表现。
此外，通过尾静脉注射一次CD20抗体进行B细胞耗竭，持续收集小鼠血清和脾脏进行检测，发现血清中Glu/Gln水平与B细胞数量之间存在显著正相关，其中Glu的变化尤为显著（图2E和S3C），进一步证实了B细胞可能维持体Glu水平。
为了探究在B细胞耗竭后给予Glu是否能够恢复小鼠运动能力，研究人员给抗CD20小鼠喂食Glu饮食进行补充，结果显示Glu水平、运动表现和整体活动情况均得到恢复（图2F-2H）。同时脂肪量有所减少，瘦体重增加（图2I），且不影响能量摄入（图2K）。同时，Glu饮食提高了RER，并改善了B细胞耗竭引起的能量消耗减少（图2J和2L）。
总之，这些结果表明B细胞能够维持血清中的Glu水平，揭示Glu在B细胞影响运动表现中具有潜在作用。
图2.B细胞维持外周Gln水平，进而促进运动表现
图S3.在SED和EXE条件下，B细胞耗竭或缺陷对多种组织的氨基酸和TCA循环水平的影响
3.B细胞缺陷通过重塑肝脏Glu代谢，降低外周及骨骼肌Glu水平
接下来，研究人员进一步探究了B细胞调控血清及骨骼肌中Glu水平的作用机制。肝脏对于整个机体的代谢平衡至关重要。由于muMT小鼠表现出轻微的肝脏损伤和代谢失调，但并未出现明显的纤维化（图S3D-S3F），研究人员推测肝脏可能参与B细胞对血清Glu水平的稳态调控。分析静息和运动状态下muMT小鼠的肝脏代谢物，确定了四个变化一致的代谢物模块（L1-L4，图3A）。其中L2含有多种氨基酸（约占19.6%），在muMT小鼠中丰度很高，其中包含Gln，表明肝脏中存在Gln积累。然而，muMT小鼠肝脏的Glu水平较低，提示Gln到Glu的转化可能存在阻断现象（图3A和3B）。经检测发现，muMT小鼠肝脏中脂质代谢物增加，肉碱水平降低，进一步证明B细胞缺陷引发了肝脏代谢重编程（图S3G）。
此前有研究报道，运动能力与脂质代谢呈负相关，而与肉碱水平呈正相关（小编注：引文中报道，当肝脏因高脂摄入等因素导致脂代谢紊乱时，会向血液中释放大量游离脂肪酸，这些脂肪酸进入骨骼肌后激活PPAR信号通路，通过调节丙酮酸代谢相关酶来阻断丙酮酸进入TCA循环，迫使骨骼肌从碳水化合物氧化转向低效的脂质供能。由于高强度运动高度依赖碳水化合物快速分解，而脂质供能速率慢、氧利用效率低，因此肝脏脂代谢异常会显著影响高强度运动能力。另外，肉碱是脂肪酸β-氧化的关键跨膜转运载体，在肝脏和骨骼肌中均参与脂肪酸β-氧化。体内肉碱充足时，能够提升脂肪氧化效率并缓解乳酸堆积，对耐力及高强度运动均有保护作用。综上，运动能力与脂质代谢呈负相关，而与肉碱水平呈正相关），上述结果与该运动能力不良代谢模式高度一致。
此外，在静息或运动状态下，B细胞缺陷不影响乳酸或糖原水平，表明B细胞不改变葡萄糖代谢（图S3H和S3I）。
随后，研究人员进一步探究了肝脏中的Glu代谢。通过向小鼠体内注入[U-13C]-Gln进行同位素追踪，监测静息和运动状态下不同器官中Gln代谢和Glu生成情况（图3C）。与WT小鼠相比，muMT小鼠血清和骨骼肌中同位素标记的Gln（Q-M+5）水平无显著差异，而肝脏中水平升高（图3D）。同时，这些组织中由[U-13C]-Gln衍生的Glu（E-M+5）水平显著降低，且运动后该效应仍然存在（图3E）。代谢组学分析显示，muMT小鼠肝脏Gln增加，而上述三种组织中Glu均减少（图3F和3G），提示肝脏Gln分解受损并导致Gln积累。同时，muMT小鼠肝脏三羧酸（TCA）循环通量也受到了抑制（图3H和3I）。值得注意的是，WT和muMT小鼠骨骼肌的Gln水平、TCA循环通量没有差异（图3D和3J），骨骼肌中谷氨酰胺合成酶（GLUL）、谷氨酰胺酶（GLS1）或谷氨酸脱氢酶（GDH）的表达（图S3J），以及骨骼肌或血清中的TCA循环代谢物水平也没有差异（图S3K-S3M）。因此，B细胞缺陷引起的骨骼肌Glu降低并非由于局部Gln分解代谢变化所致，主要是由于肝脏代谢改变导致Glu生成减少。检测其他关键代谢器官心脏和肾脏，发现B细胞缺陷或运动不影响心脏或肾脏中的Gln/Glu水平（图S4A-S4D），进一步支持了上述结论。在脾脏中也观察到和肝脏类似的代谢模式（图S4E和S4F），但由于脾脏中Gln含量较低，因此其不太可能对外周/骨骼肌中的Glu维持产生显著影响。另外，运动后肝脏TCA通量立即下降（图3I），这与之前的研究结果一致，即运动后肝脏Gln代谢减缓是一种代谢保护机制（小编注：Gln分解与TCA循环之间存在密切关系，Gln经谷氨酰胺酶分解生成Glu，Glu进一步转化为α-酮戊二酸并补给TCA循环。本研究中muMT小鼠肝脏Gln分解受阻、Glu生成减少，流入TCA循环的底物减少，最终导致肝脏TCA循环通量下降，因此TCA通量可反映肝脏Glu的代谢活性。另外，运动后肝脏Gln代谢减缓能够维持机体代谢稳态：一方面降低Gln分解产生的氨，避免肝细胞氨中毒；另一方面可减少Gln的过度消耗，保障肝脏其他代谢功能），这可能会削弱B细胞对肝脏Glu代谢的影响（小编注：上文中提到，为了维持机体代谢稳态，运动后小鼠肝脏Gln代谢减缓。这会抑制Gln→Glu→α-酮戊二酸的代谢流向，导致Gln/Glu含量发生变化，进而削弱B细胞对肝脏Glu代谢的影响）。然而，骨骼肌中Glu水平升高仍然存在（图3E和3G），这表明肝脏和骨骼肌之间的Glu信号效应存在时间延迟（小编注：在静息状态下，muMT小鼠肝脏、血清及骨骼肌中的Glu水平均显著降低。运动后，肝脏与血清中Glu水平均升高至接近WT小鼠水平，而骨骼肌中的Glu水平仍然较低。这一现象提示，肝脏的Glu代谢首先影响肝脏局部及外周血清，而Glu在从肝脏分泌至骨骼肌的过程中存在一定的时间延迟，导致运动后骨骼肌中的Glu水平没有立即发生变化）。
综上所述，这些研究结果表明，B细胞通过调节肝脏的Glu代谢来维持周围组织和骨骼肌中的Glu水平。
拓展阅读 肝脏：氨基酸枢纽
肝脏是进行氨基酸分解代谢最主要的器官，摄入的大部分蛋白质都被运往肝脏进行代谢。其中其含氮部分被转化为尿素排出体外，而碳骨架则大部分被用于合成葡萄糖和脂肪酸。此外，肝脏有双向氨基酸跨膜转运系统，不仅能摄取氨基酸进行分解代谢，还能向外释放氨基酸。例如支链氨基酸（BCAA，包括亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸）在肝脏中代谢极少，原因是肝脏内负责其分解第一步的分支链氨基转移酶（BCAT）表达水平很低。因此，膳食来源的 BCAA 大多能以完整形式进入血液，输送到肌肉等外周组织中被利用。这些释放到血液中的氨基酸可能不仅作为营养底物，还能作为信号分子调控其他器官的代谢。目前有少量研究报道肝脏能通过输出氨基酸影响其他器官：
肝脏能通过释放氨基酸来调控胰岛。用药物阻断胰高血糖素受体（GCGR）信号后，肝脏内谷氨酰胺酶 2（GLS2）等氨基酸分解基因表达发生改变，其分解氨基酸的能力显著下降。未被肝脏分解的氨基酸如谷氨酰胺、亮氨酸和谷氨酸直接进入血液，导致血液循环中的氨基酸水平升高。而高水平氨基酸能通过mTOR激活胰岛α细胞，其中谷氨酰胺发挥主要作用。
此外循环中的谷氨酰胺也能作用于肠道L细胞，激活关键代谢酶谷氨酸脱氢酶（GDH），进而促进胰高血糖素样肽-1（GLP-1）分泌，调节血糖稳态。
[1]Baird FE, et al. The Journal of Physiology, 2004.
[2]Bo T,et al. Molecules, 2024.
[3]Dean ED, et al. Cell Metab. 2017.
[4]L. E., et al. Diabetes, 2018.
图3.B细胞缺陷改变多种组织中的Glu代谢
4.B细胞分别通过GLS2和SLC7A5促进肝脏Gln的分解代谢和逆向转运
接下来，研究人员探究了B细胞缺陷抑制肝脏Gln分解代谢的作用机制。检测Gln代谢相关酶、潜在转运蛋白和反向转运蛋白的基因表达，发现muMT小鼠肝脏中谷氨酰胺酶2（GLS2）和溶质载体家族7成员5（SLC7A5）表达显著降低（图3K）。GLS2是肝脏产生Glu的关键酶，负责在肝脏中分解Gln生成Glu。SLC7A5是反向转运蛋白，负责将胞内Gln运出细胞，促进Gln输出。谷氨酰胺合成酶（GLUL）则在其他组织（如肌肉）中合成Gln。值得注意的是，与肾脏、骨骼肌和脾脏相比，GLS2在肝脏中的表达水平最高（图3L）。同样，在人类中，GLS2在肝脏中含量最高，GLS在肾脏中含量最高，GLUL在骨骼肌中含量最高（图S4G），表明代谢模式具有保守性。以上表明B细胞缺陷可能通过下调肝脏GLS2和SLC7A5的表达，抑制Gln的分解代谢和输出，从而抑制肝脏中Glu的生成。
为了探究肝脏中Gln积累的具体机制，研究人员构建小鼠模型，通过同时尾静脉注射CMV-SB质粒和PT3表达载体，在muMT小鼠肝脏中分别过表达SLC7A5、SLC38A3（另一种谷氨酰胺转运体，但主要摄取Gln进入细胞，而不是像SLC7A5一样进行反向转运）或转入空载对照质粒。具体而言，先将目的基因构建到转座子载体PT3上，同时PT3带有GFP和转座子末端重复序列，该序列能被巨细胞病毒启动子驱动的SB转座酶（CMV-SB）识别并切割，从而将PT3上的目标基因整合到宿主细胞基因组中，转染成功后发绿色荧光（图S4H-S4K）。对小鼠肝脏进行免疫荧光染色，证实肝脏SLC7A5成功过表达（图S4L），并且通过检测基因表达验证了肝脏的特异性转染（图S4M）。肝脏特异性过表达SLC7A5（SLC7A5小鼠）的小鼠骨骼肌中CaMKII和p70S6K的磷酸化水平升高，肝脏特异性过表达SLC38A3小鼠（SLC38A3小鼠）则无此变化（图S4N）。同时，SLC7A5小鼠的运动能力得到改善（图S4P），肝脏Gln减少，血清和骨骼肌Gln增加（图S4Q，左），骨骼肌Glu显著升高（图S4Q，右）。这些发现表明肝细胞SLC7A5有助于运动能力的提升，其机制可能是向骨骼肌提供多余的Gln用于Glu生成。
以上结果表明，B细胞通过上调GLS2和SLC7A5促进肝脏Gln分解代谢和逆向转运，从而维持外周和骨骼肌中的Glu水平。
图S4.在muMT小鼠中，肝脏特异性过表达SLC7A5能提高运动表现和骨骼肌Glu水平
5. B细胞维持血清TGF-β1水平稳态对运动表现至关重要
接下来，研究人员探究了B细胞调节肝脏代谢从而影响骨骼肌功能的机制。考虑到细胞与器官之间的通讯，研究人员推测可能存在一些血清信号分子，将B细胞与骨骼肌的Glu代谢以及运动表现联系起来。因此，研究人员探究了B细胞相关趋化因子是否能调节小鼠的运动活动。外周血单个核细胞（PBMC）的单细胞RNA测序（scRNA-seq）显示（图4A），与WT小鼠相比，muMT小鼠的TGF-β1的表达水平降低（图4B和4C）。对PBMC细胞中TGF-β1的来源细胞进行进一步分析，发现只有B细胞来源的TGF-β1受到B细胞缺陷的强烈影响，其他类型细胞表达水平不变，且无法补偿B细胞缺陷带来的下降，这表明血清中的TGF-β1主要受血清中B细胞丰度的调节（图4D和图S5A）。抗CD20小鼠中也出现相同结果，ELISA结果显示，抗CD20小鼠血清TGF-β1蛋白水平降低（图4E）。值得注意的是，运动显著增加了对照小鼠血清TGF-β1蛋白水平（图4E），但B细胞耗竭会显著抑制这一上调效应。这说明B细胞是血清TGF-β1的主要调节者，且在运动状态下对血清TGF-β1的调控作用超越了其他组织。
研究人员还探究了维持血清TGF-β1水平是否会影响运动表现。结果表明，与血清TGF-β1水平回升相一致，抗CD20小鼠在接受TGF-β1治疗后表现出运动能力的提升（图4F和4G），表明B细胞对运动的影响是由外周TGF-β1介导的。同样，给muMT小鼠补充TGF-β1，显著改善其运动表现（图4H和4I），并提高了腓肠肌中的CaMKII和p70S6K的磷酸化水平（图4J），同时对肝脏中CaMKII和雷帕霉素靶蛋白（mTOR）活性无显著影响（图S5B）。
值得注意的是，直接将TGF-β1注入肌肉不能提高骨骼肌中的Glu水平、激活CaMKII或p70S6K，也不能改善小鼠的运动能力（图4K-4M），这表明局部骨骼肌中TGF-β1的变化与运动能力无关。与此一致，腹腔注射（小编注：TGF-β1可以通过腹腔注射进入血液发挥作用，前文中已证实TGF-β1治疗能改善小鼠的运动能力（图4F-I）。此处研究人员想要探究血液中TGF-β1的直接作用器官，在腹腔注射TGF-β1后首先检测了骨骼肌TGF-β受体和下游因子的基因表达，发现没有影响，排除了TGF-β1对骨骼肌的直接调控作用，进而在下文中继续寻找TGF-β1的直接作用器官）或肌肉注射TGF-β1也不影响小鼠骨骼肌中潜在TGF-β受体或下游Smads的RNA表达（图S5C-S5E）。此外，在C2C12细胞和原代肌管中，TGF-β1处理对潜在骨骼肌Glu受体表达或CaMKII和p70S6K磷酸化也没有影响（图S5F-S5H）。因此，这些结果表明TGF-β1并不直接作用于骨骼肌。
这些研究结果表明，B细胞可通过调控外周TGF-β1水平来维持机体运动表现。同时，B细胞清除-恢复实验进一步证实该结论：血清TGF-β1水平与外周B细胞数量存在明显正相关（图2E、4N）。
此外，尽管muMT小鼠血清IL-6 mRNA水平没有变化，但IL-6蛋白水平降低（图S5I）。但由于IL-6对小鼠的运动能力影响极小（图S5J和S5K），排除其参与B细胞介导的运动表现。
图4.B细胞维持血清TGF-β1水平以促进运动能力
图S5.骨骼肌和肝脏中的TGF-β1信号通路
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自徐凌燕科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3483272-1539058.html?mobile=1
收藏
