趙 琴，楊軍杰，鐘炎平，李 姍，劉園園，雷 旭，劉 龍，譚華炳

1 十堰市人民醫(yī)院(湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬人民醫(yī)院)感染性疾病科，肝病研究所，湖北 十堰 442000；2 湖北省房縣人民醫(yī)院 檢驗(yàn)科，湖北 十堰 442100

肌肉減少癥(myopenia disease, MD)是與增齡相關(guān)的、進(jìn)行性、廣泛性骨骼肌質(zhì)量減少和力量下降，以及由此造成機(jī)體功能和生活質(zhì)量降低甚至導(dǎo)致死亡的臨床綜合征[1]。MD在癌癥和慢性病的人群中也普遍存在，MD導(dǎo)致生存率、生活質(zhì)量下降，并發(fā)癥上升，對(duì)預(yù)后產(chǎn)生不利影響[2]。研究MD在腫瘤和慢性病患者中的發(fā)病現(xiàn)狀和干預(yù)方法對(duì)改善腫瘤和慢性病患者的預(yù)后具有重要意義。

肝臟是人最大的消化、吸收、代謝器官，受腫瘤和肝硬化等慢性病影響大。肝細(xì)胞癌(HCC)是原發(fā)性肝癌最主要的病理學(xué)類型。終末期肝病(end-stage liver disease, ESLD)是HCC和肝硬化的統(tǒng)稱。ESLD患者常合并MD，MD與預(yù)后不良有關(guān)[3]，是ESLD患者死亡的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。既往認(rèn)為肝臟對(duì)糖、脂肪、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)元素和能量的代謝有非常重要的調(diào)節(jié)作用，肝病患者可逐漸出現(xiàn)不同程度的營(yíng)養(yǎng)不良癥狀，表現(xiàn)為MD和脂肪組織減少。近年發(fā)現(xiàn)激素、細(xì)胞因子改變也參與了ESLD患者M(jìn)D的發(fā)生和發(fā)展。肌肉生長(zhǎng)抑制素(myostatin，MSTN)是已知的負(fù)性肌肉調(diào)節(jié)因子，對(duì)骨骼肌生長(zhǎng)發(fā)育有負(fù)性調(diào)節(jié)作用[4]，通過(guò)調(diào)控成肌細(xì)胞增殖影響肌肉生長(zhǎng)，本文主要對(duì)MSTN與ESLD的關(guān)系作一綜述。

1 MSTN的基礎(chǔ)研究概述

生長(zhǎng)因子在生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮重要作用，主要包括TGFβ等多種成分。MSTN是一種分泌型TGFβ超家族蛋白，又稱生長(zhǎng)分化因子8(growth differentiation factor 8, GDF-8)，在兒童發(fā)育中和成年骨骼肌中均有表達(dá)。MSTN是由24氨基酸信號(hào)肽、243氨基酸前肽和10氨基酸成熟蛋白組成的376氨基酸前蛋白[5]，它控制成肌細(xì)胞增殖，是骨骼肌質(zhì)量的負(fù)調(diào)節(jié)因子。動(dòng)物體出生后，MSTN基因主要通過(guò)限制骨骼肌纖維數(shù)量和大小對(duì)骨骼肌生長(zhǎng)發(fā)育起著重要的抑制作用[6]，MSTN過(guò)量表達(dá)，動(dòng)物的肌肉量降低、肌纖維數(shù)量和肌核數(shù)量減少，組織中脂肪含量明顯升高；MSTN缺失或部分抑制的動(dòng)物，其肌肉表現(xiàn)出明顯的增生和/或肥大，脂肪積累顯著降低，抑制飲食引起的肥胖；MSTN拮抗劑可降低MSTN的水平，改善肌肉質(zhì)量。

2 MSTN對(duì)ESLD患者營(yíng)養(yǎng)代謝的影響

2.1 MSTN對(duì)ESLD患者糖、脂質(zhì)、能量代謝的影響 MSTN主要表達(dá)于成熟或發(fā)育的肌肉組織中，可通過(guò)自分泌或旁分泌形式抑制成肌細(xì)胞增殖和分化，參與糖類代謝和攝取的調(diào)控，調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝并對(duì)脂肪沉積起抑制作用，調(diào)節(jié)能量代謝，通過(guò)影響糖類代謝、脂質(zhì)代謝和能量代謝影響惡病質(zhì)的發(fā)生和進(jìn)展。MSTN不僅是肌肉生長(zhǎng)負(fù)性調(diào)節(jié)因子，而且對(duì)脂肪代謝、糖代謝、能量代謝也有調(diào)節(jié)作用，阻斷MSTN不僅可促進(jìn)肌肉生長(zhǎng)，還可以增加能量消耗，可用于減緩或預(yù)防肥胖和2型糖尿病的發(fā)展[7-10]。研究[11]表明大鼠MSTN基因敲除可使肌肉量大量增加，與此同時(shí)葡萄糖利用率增加，胰島素敏感性上升，脂肪含量下降，從而抑制肥胖。癌癥細(xì)胞(cancerous cell, CC)代謝與正常細(xì)胞有很大區(qū)別，表現(xiàn)為特征性糖酵解致葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)速率增加，丙酮酸氧化減少，乳酸生成增加，脂肪酸周轉(zhuǎn)增加，脂肪酸氧化速率下降[12-13]。氧化應(yīng)激反應(yīng)可引起細(xì)胞損傷、進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡已經(jīng)得到公認(rèn)。CC在氧化應(yīng)激上與正常細(xì)胞有區(qū)別，可能對(duì)氧化應(yīng)激更敏感，因?yàn)榇x應(yīng)激和增殖能力增加會(huì)產(chǎn)生高內(nèi)源性活性氧水平[14-15]。為了對(duì)抗氧化應(yīng)激損傷，CC會(huì)通過(guò)Warburg效應(yīng)增加糖酵解和減少線粒體呼吸以減少氧化應(yīng)激，保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷[16-17]。Warburg效應(yīng)是癌癥進(jìn)展、抗腫瘤治療藥物耐藥、患者不良預(yù)后的主要原因[18]。MSTN減少對(duì)抑制肝臟脂肪變性和脂肪在肌肉組織中積聚有益[19]，推測(cè)MSTN的缺失可能有對(duì)抗癌癥和癌癥惡病質(zhì)由于脂肪酸氧化和活性氧(ROS)增加誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡而導(dǎo)致的肌肉損失作用。反過(guò)來(lái)，監(jiān)測(cè)腫瘤患者M(jìn)STN水平可以判斷癌癥患者惡病質(zhì)程度。

2.2 MSTN對(duì)ESLD患者營(yíng)養(yǎng)的影響 臨床發(fā)現(xiàn)ESLD患者肌肉質(zhì)量和數(shù)量下降、皮下脂肪減少，并預(yù)示生存率、生活質(zhì)量下降，肝硬化并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展等[20]。既往將這些歸因于消化、吸收、合成障礙，腫瘤高代謝狀態(tài)，內(nèi)毒素血癥，活動(dòng)能力下降；近年發(fā)現(xiàn)這些改變與MSTN密切相關(guān)。MSTN表達(dá)增加誘發(fā)線粒體功能障礙、ROS增加、蛋白質(zhì)合成減少，增加自噬介導(dǎo)的蛋白質(zhì)水解，并可能導(dǎo)致患者合成與代謝相抵抗、營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充反應(yīng)不足；通過(guò)抑制MSTN表達(dá)，可有效緩解肌肉損失[21]。研究者[22]通過(guò)建立腫瘤惡病質(zhì)小鼠模型，使用化學(xué)藥物阻斷MSTN信號(hào)通路，使腫瘤惡病質(zhì)小鼠的肌肉損失減少、生存時(shí)間延長(zhǎng)，提示通過(guò)抑制MSTN活性可能對(duì)治療肌營(yíng)養(yǎng)不良、癌癥惡病質(zhì)、MD和廢用性肌萎縮等有效。MD或骨骼肌量減少是肝硬化等ESLD的主要臨床表現(xiàn)[23]，是肝性腦病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，也是影響生存時(shí)間和生活質(zhì)量的獨(dú)立因素，增加了感染的風(fēng)險(xiǎn)，并降低肝移植存活率[24]。與肝硬化的其他并發(fā)癥在肝臟移植后改善，甚至消除不同，MD通常在肝移植后惡化，在肝移植前評(píng)估MD的程度十分重要[25]。研究人員檢測(cè)了重組MSTN基因?qū)π∈蠊趋兰〖?xì)胞的影響，發(fā)現(xiàn)重組蛋白可抑制骨骼肌細(xì)胞增生及DNA和蛋白質(zhì)的合成，從而抑制肌細(xì)胞生長(zhǎng)，其機(jī)理為MSTN抑制細(xì)胞增殖相關(guān)的蛋白表達(dá)，上調(diào)細(xì)胞周期依賴性磷酸轉(zhuǎn)移酶抑制因子，抑制成肌細(xì)胞從G1向S期轉(zhuǎn)化[26]。由于供體原因、經(jīng)濟(jì)原因、病情原因，肝硬化患者進(jìn)行肝移植的比率較低，一方面對(duì)肝移植前MD程度和發(fā)生率進(jìn)行評(píng)估[27]；更重要的是，對(duì)MSTN增高并發(fā)MD的發(fā)病機(jī)理及干預(yù)通路進(jìn)行研究，以抑制由于MSTN增高并發(fā)MD導(dǎo)致的肝移植后生存時(shí)間、生活質(zhì)量下降。肝硬化患者M(jìn)D除與MSTN相關(guān)外，營(yíng)養(yǎng)因素也是重要原因，對(duì)營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)十分重要。凝血酶原時(shí)間(PT)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化比值(INR)、白蛋白、前白蛋白、肌酐、身高指數(shù)、BMI等被用于對(duì)ESLD患者營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，但這些指標(biāo)受肝功能、腎功能影響較大。肝硬化患者(包括肝硬化進(jìn)展至HCC患者)具有特征性細(xì)胞外液增多、MD和脂肪組織減少。男性肝硬化腹水患者可因體液增加掩蓋肌肉和脂肪組織的損失(男性肝硬化肌肉消耗更多，女性脂肪組織消耗更多)。鑒于MSTN是導(dǎo)致ESLD患者M(jìn)D、脂肪減少、惡病質(zhì)的最主要原因，降低MSTN對(duì)改善ESLD患者預(yù)后的重要性不言而喻。基礎(chǔ)研究[28]發(fā)現(xiàn)光氧化是一種很有前途的蛋白質(zhì)失活方法，該方法將被光激發(fā)催化劑激活的分子氧插入到目標(biāo)蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)修飾改變蛋白質(zhì)的序列，導(dǎo)致靶蛋白失活。研究者[24,29]利用光氧化催化劑對(duì)MSTN結(jié)合肽進(jìn)行了功能化，導(dǎo)致MSTN失活。通過(guò)將光氧化劑引入MSTN結(jié)合肽，對(duì)引入后新的位點(diǎn)設(shè)置光氧化的開(kāi)關(guān)。當(dāng)改變后的新位點(diǎn)結(jié)合淀粉樣結(jié)構(gòu)的催化劑時(shí)，可以誘導(dǎo)光氧化，導(dǎo)致MSTN失活。這種方法為ESLD通過(guò)MSTN途徑導(dǎo)致MD和惡病質(zhì)的治療提供了一種新的策略。

3 MSTN對(duì)HCC等腫瘤發(fā)生發(fā)展的影響

肝硬化性心肌病這類ESLD重要的臨床表現(xiàn)最先在酒精性肝硬化(alcoholic cirrhosis，ALC)中被發(fā)現(xiàn)、與肝硬化程度密切相關(guān)一樣[30-31]，MSTN與HCC的關(guān)系也是最先在ALC向HCC發(fā)展的病例中被發(fā)現(xiàn)。多中心ALC研究[32]發(fā)現(xiàn)，血清MSTN與ALC患者HCC發(fā)生有關(guān)，MSTN與目前HCC篩查指標(biāo)脫-γ-羧基凝血酶原(desgamma-carboxy-prothrombin, DCP)相似，優(yōu)于甲胎蛋白(AFP)；特別是在HBV相關(guān)HCC篩查領(lǐng)域與DCP 和AFP聯(lián)合篩查相似[33-34]，具有良好的應(yīng)用前景。而且在預(yù)測(cè)AHC患者2.5、3、5年發(fā)展至HCC方面具有較高的敏感度和特異度。Cox分析發(fā)現(xiàn)MSTN水平是ALC進(jìn)展為HCC的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[35]。MSTN對(duì)HCC發(fā)展的預(yù)測(cè)作用，驗(yàn)證了血清MSTN水平對(duì)肝硬化患者生存率的影響，說(shuō)明在ALC患者中，高基線水平MSTN與5年內(nèi)發(fā)生HCC的風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)。為研究MSTN升高是否為HCC的獨(dú)有現(xiàn)象，研究者對(duì)胃癌、肺癌、食管癌癌組織、癌旁組織MSTN表達(dá)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)MSTN在不同腫瘤組織和人類癌細(xì)胞中的表達(dá)顯著增加[27]。MD和惡病質(zhì)被認(rèn)為是晚期腫瘤死亡的主要原因，高水平的MSTN提示發(fā)生了惡病質(zhì)，說(shuō)明動(dòng)態(tài)觀察惡性腫瘤患者M(jìn)STN水平變化可能對(duì)發(fā)現(xiàn)腫瘤惡化復(fù)發(fā)有益。為進(jìn)一步研究MSTN與人癌癥發(fā)生之間的關(guān)系，科學(xué)家通過(guò)體外培養(yǎng)的人類癌細(xì)胞系肝癌(Huh-7, HepG2)、宮頸癌(HeLa)、肺腺癌基底上皮(A549)細(xì)胞和非癌細(xì)胞HEK293中的MSTN表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)癌癥細(xì)胞中MSTN表達(dá)水平顯著高于非致瘤性HEK293細(xì)胞；反過(guò)來(lái)，研究者用病毒介導(dǎo)的shRNAs敲除肝癌(Huh-7, HepG 2)、宮頸癌(HeLa)、肺腺癌基底上皮(A549)和HEK293細(xì)胞的MSTN基因，與對(duì)照shRNA細(xì)胞相比，所有MSTN-shRNA轉(zhuǎn)染細(xì)胞的MSTN mRNA水平均顯著降低，證明MSTN確實(shí)與腫瘤細(xì)胞增殖相關(guān)；進(jìn)一步研究用CRISPR/cas9敲除宮頸癌HeLa細(xì)胞中MSTN基因，發(fā)現(xiàn)基因敲除的細(xì)胞生長(zhǎng)速度下降7倍，說(shuō)明MSTN基因敲除顯著抑制了癌細(xì)胞的增殖。以上研究證明MSTN是與癌細(xì)胞生長(zhǎng)相關(guān)的一種因子，能引起嚴(yán)重骨骼肌消耗，導(dǎo)致MD與腫瘤進(jìn)展相關(guān)[36]。上述研究結(jié)果在小鼠C26結(jié)腸癌模型中也得到驗(yàn)證[37]。說(shuō)明MSTN不僅是腫瘤病情發(fā)生和進(jìn)展的指標(biāo)，而且可以通過(guò)抑制MSTN通路治療癌癥惡病質(zhì)。已有研究[38]證實(shí)基于阻斷MSTN通路的治療策略可顯著延長(zhǎng)荷瘤動(dòng)物的生存期。

4 展望

MSTN是一種癌癥相關(guān)蛋白，可誘導(dǎo)肌肉損失并與腫瘤進(jìn)展相關(guān)，MSTN導(dǎo)致癌癥患者M(jìn)D、惡病質(zhì)是患者生存時(shí)間和生存質(zhì)量下降的主要原因。MSTN調(diào)控研究一方面會(huì)成為癌癥患者病情進(jìn)展干預(yù)靶點(diǎn)，另一方面會(huì)成為防治肌肉減少、惡病質(zhì)的干預(yù)靶點(diǎn)。針對(duì)癌癥病因治療(如HCC的抗病毒治療)，以及針對(duì)癌癥綜合治療、靶向治療滅活MSTN、使用MSTN拮抗劑、通過(guò)中醫(yī)藥辨證施治等，可能是未來(lái)癌癥防治研究的熱點(diǎn)之一。MSTN在非腫瘤性終末性疾病(如肝硬化、肝硬化性心肌病)病情進(jìn)展中的價(jià)值，以及通過(guò)MSTN途徑干預(yù)可能是改變預(yù)后的途徑。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：趙琴負(fù)責(zé)論文撰寫，資料分析；楊軍杰、鐘炎平、李?yuàn)?、劉園園、雷旭等負(fù)責(zé)文獻(xiàn)檢索；劉龍、譚華炳等負(fù)責(zé)科研思路設(shè)計(jì)，指導(dǎo)論文撰寫和定稿。