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近日，天津医科大学医学技术学院傅力教授团队在中国体育科学学会会刊《运动医学与健康科学(英文)》(Sports Medicine and health Science) 在线发表题为“Exercise preconditioning prevents immobilization-induced skeletal muscle atrophy by activating Prmt1-p38/ATF2-Sesn1 signaling axis in C57BL/6J mice”的研究论文。
研究背景
骨骼肌约占人体体重的40%，除维持机体运动功能外，骨骼肌还具有内分泌功能，其分泌的大量肌肉因子对维持机体代谢稳态至关重要1。废用性骨骼肌萎缩是因长期久坐、卧床、制动等原因导致骨骼肌的质量和功能下降，往往会降低患者的自主生活能力及生活质量。骨骼肌具有较强的可塑性，且在长期机械刺激 (如负重、规律抗阻运动) 可诱导骨骼肌肥大，从而提高其应对伤害性刺激的能力，这种运动对骨骼肌的保护性作用被称为运动预适应 (exercise preconditioning)2。虽然运动干预已被医学界公认为防治骨骼肌萎缩的有效方法，但运动预处理预防废用性骨骼肌萎缩的分子机制尚未完全阐明。
蛋白质精氨酸甲基转移酶 (protein arginine methyltransferases, PRMTs) 是真核生物内一类广泛存在的催化蛋白质发生精氨酸甲基化修饰的蛋白酶，在真核细胞以三种类型存在：I型PRMTs (Prmt1, Prmt2, Prmt3, Prmt4, Prmt6, Prmt8)，II型PRMTs (Prmt5, Prmt9) 和 III型(Prmt7)3。其中 Prmt1 不仅在哺乳动物体内表达量最高，占全部 I型 PRMTs 活性的85%，也在哺乳动物骨骼肌高表达、是发挥主要功能的 PRMT4-7。已有研究证实，急性运动可增加骨骼肌Prmt1的表达和活性8。
应激诱导蛋白Sestrins 介导运动对机体的有益效应并通过调控细胞AMPK 和PGC-1α的表达、维持线粒体质量、参与肌肉再生的调节9,10。其中Sesn1是骨骼肌中表达量最高的Sestrin亚型，在多种骨骼肌萎缩模型中已证实具有抵抗效果11。但其在运动预防骨骼肌萎缩过程中的作用上尚不清楚。本研究发现，Sesn1启动子区域存在ATF2结合序列，且在癌细胞系中Prmt1 可通过激活p38 来提高ATF2 的表达12,13。而Prmt1是否可通过激活p38/ATF2信号通路调控Sesn1的表达尚未在骨骼肌得到验证。
基于上述发现，研究者推测，Prmt1可能通过激活p38/ATF2通路促进Sesn1表达，进而介导运动预处理对肌肉萎缩的保护作用。
研究人员通过给予C57BL/6J小鼠10周联合 (有氧+抗阻) 运动干预后，对小鼠进行下肢石膏固定1周，通过与对照组小鼠对比，研究联合运动预适应对下肢制动小鼠骨骼肌萎缩的影响及其潜在机制。
研究结果
1. 运动预适应预防因制动导致的骨骼肌萎缩
研究发现，10周联合运动显著抵抗小鼠后肢固定引起的肌肉质量和运动能力下降，下调肌萎缩相关蛋白的表达并提高骨骼肌Prmt1及Sestrin1的表达。然而，当给予小鼠注射Prmt1抑制剂后，上述保护作用显著减弱。提示Prmt1介导了运动预适应预防肌萎缩的过程。
2. 运动预适应通过Prmt1-p38/ATF2-Sesn1信号通路调控萎缩骨骼肌Sesn1表达
研究发现，运动通过上调骨骼肌Prmt1的蛋白表达，激活p38/ATF2信号通路，促进Sesn1的转录。此外，在离体细胞实验中抑制ATF2 表达则减弱Prmt1对Sesn1的调控作用。
3. Prmt1-Sesn1介导运动预适应预防制动诱导骨骼肌萎缩的过程
研究发现，运动预适应或过表达Prmt1 均能显著抵抗后肢石膏固定导致的骨骼肌萎缩、促进骨骼肌再生；而抑制Sesn1表达显著降低了这种效应。
此外，Sesn1还通过促进PGC-1α入核激活骨骼肌细胞分化和肌肉再生信号通路，增加骨骼肌蛋白质合成、抑制蛋白降解，介导长期联合运动预适应预防骨骼肌萎缩的效应。
该研究证实联合运动预适应的骨骼肌保护作用分子机制，为运动防治骨骼肌萎缩提供新的理论与实验依据。
该研究由天津医科大学医学技术学院研究生杨雪歌、邹雨晨、本科生王皓宇，和牛燕媚副教授合作完成，国家自然科学基金面上项目 32171135，32371168联合资助。
原文文献：
Xuege Yang, Yuchen Zou, Haoyu Wang, Yanmei Niu, Li Fu. Exercise preconditioning prevents immobilization-induced skeletal muscle atrophy by activating Prmt1-p38/ATF2-Sesn1 signaling axis in C57BL/6J mice[J]. Sports Medicine and Health Science. 2025, In Press.
https://doi.org/10.1016/j.smhs.2025.04.001
参考文献：
1. Naruse M, Trappe S, Trappe TA. Human skeletal muscle-specific atrophy with aging: A comprehensive review. J Appl Physiol (1985). 2023; 134(4): 900-914.
2. Powers SK, Bomkamp M, Ozdemir M, Hyatt H. Mechanisms of exercise-induced preconditioning in skeletal muscles. Redox Biol. 2020; 35: 101462.
3. Thiebaut C, Eve L, Poulard C, Romancer ML. Structure, activity, and function of Prmt1. Life (Basel). 2021; 11(11): 1147.
4. Wang JF, Wang C, Xu P, et al. Prmt1 is a novel molecular therapeutic target for clear cell renal cell carcinoma. Theranostics. 2021; 11(11): 5387-5403.
5. Blanc RS, Richard S. Arginine methylation: The coming of age. Mol Cell. 2017; 65(1): 8-24.
6. Nicholson TB, Chen T, Richard S. The physiological and pathophysiological role of Prmt1-mediated protein arginine methylation. Pharmacol Res. 2009; 60(6): 466-474.
7. Blanc RS, Vogel G, Li X, Yu ZB Li S, Richard S. Arginine methylation by Prmt1 regulates muscle stem cell fate. Mol Cell Biol. 2017; 37(3): e00457-00416.
8. VanLieshout TL, Bonafiglia JT, Gurd BJ, Ljubicic V. Protein arginine methyltransferase biology in humans during acute and chronic skeletal muscle plasticity. J Appl Physiol (1985). 2019; 127(3): 867-880.
9. Lee JH, Budanov AV, Talukdar S, et al. Maintenance of metabolic homeostasis by Sestrin2 and Sestrin3. Cell Metab. 2012; 16(3): 311-321.
10.Sun J, Song FH, Wu JY, et al. Sestrin2 overexpression attenuates osteoarthritis pain via induction of AMPK/PGC-1α-mediated mitochondrial biogenesis and suppression of neuroinflammation. Brain Behav Immun. 2022; 102: 53-70.
11.Segalés J, Perdiguero E, Serranol AL, et al. Sestrin prevents atrophy of disused and aging muscles by integrating anabolic and catabolic signals. Nat Commun. 2020; 11(1): 189.
12.Lee SH, Bahn JH, Whitiock N, Baek SJ. Activating transcription factor 2 (ATF2) controls tolfenamic acid-induced ATF3 expression via MAP kinase pathways. Cancer Res. 2011; 71: 5182-5192.
13.Chang YI, Hua WK, Yao CL, et al. Protein-arginine methyltransferase 1 suppresses megakaryocytic differentiation via modulation of the p38 MAPK pathway in K562 cells. J Biol Chem. 2010; 285(27): 20595-20606.
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