李秀儒 傅力

天津醫(yī)科大學醫(yī)學技術學院康復醫(yī)學系（天津300070）

線粒體DNA 所含有的開放閱讀框架可編碼多種具有生物活性的多肽，統(tǒng)稱為線粒體衍生肽（mitochondrial-derived peptides，MDPs）[1，2]。2015年，Lee等利用電子計算機技術發(fā)現(xiàn)了一種新的MDPs，將其命名為MOTS-c（mitochondrial open reading frame of the 12S rRNA-c）。MOTS-c是一個含16個氨基酸、分子量為2174.7Da的多肽，可通過多種途徑調節(jié)機體糖、脂代謝，促進線粒體功能[3，4]。近些年來研究表明，MOTS-c功能異?？赡芘c代謝性疾病、心血管疾病及呼吸系統(tǒng)疾病等增齡相關疾病有密切關系，并且其循環(huán)血液水平與年齡增長呈負相關[3，5-7]。適當?shù)倪\動具有延緩衰老的作用，這可能與MOTS-c 及其調控的代謝通路有關[8-10]，因此，MOTS-c可能作為一種“運動因子”在延緩機體衰老過程中發(fā)揮作用。本文主要綜述MOTS-c 與衰老的關系及其運動適應性研究進展，為運動延緩衰老、改善增齡相關疾病提供新思路。

1 MOTS-c改善增齡相關疾病

Lee 等報道，小鼠骨骼肌和循環(huán)血液中MOTS-c 水平隨著年齡的增長而下降[3]。D’Souza 等研究發(fā)現(xiàn)，人類循環(huán)血液中MOTS-c 水平也隨增齡而下降。在中年人（45～55 歲）和老年人（70～81 歲）中，循環(huán)血液中的MOTS-c 水平分別比年輕人（18～30 歲）低11%和21%[11]。另有研究發(fā)現(xiàn)，MOTS-c 水平與糖尿病穩(wěn)態(tài)模型評估（homeostasis model assessment，HOMA）指數(shù)密切相關。血糖調節(jié)效率較低的消瘦個體循環(huán)血MOTS-c 水平較高，推測是一種體重依賴的代償機制[12]。此外，冠狀動脈內皮功能障礙患者的MOTS-c水平較低，內皮功能障礙小鼠模型中MOTS-c 水平升高可減輕小鼠的病理改變[13]。然而，也有研究報道隨年齡增長，人類骨骼肌中MOTS-c 水平升高，推測這可能與衰老過程中快、慢肌纖維類型的轉變有關[11]。這提示人類MOTS-c 水平在衰老過程中發(fā)生了組織特異性調節(jié)。在衰老過程中MOTS-c 水平下降以及MOTS-c 水平與病理變化之間的相關性表明，較高的MOTS-c 水平可能對增齡相關疾病具有保護作用。多項研究發(fā)現(xiàn)，給予小鼠腹腔注射MOTS-c 可減輕小鼠衰老過程中多種病理改變，如增齡性肌萎縮[14]、肥胖和胰島素抵抗（insulin resistance，IR）[3]、骨質丟失[15]和卵巢功能障礙引起的代謝改變[16]等。綜上所述，我們推測MOTS-c 延緩衰老的效果可能是通過改善各種增齡相關疾病而實現(xiàn)的。

2 MOTS-c延緩衰老的作用機制

2.1 改善糖、脂代謝

衰老過程常伴有機體穩(wěn)態(tài)失衡，這可能與糖、脂代謝受損有關[17]。因此，改善糖、脂代謝可能產(chǎn)生延緩衰老及增齡相關疾病的效果[18-20]。MOTS-c可促進小鼠骨骼肌葡萄糖轉運體4 （glucose transporter type-4，GLUT4）的表達，提高骨骼肌對葡萄糖的攝取和利用[3]。同時，予高脂飲食誘導的肥胖小鼠腹腔注射5 mg/kg/d MOTS-c 7 天顯著改善其高胰島素血癥[3]。予非肥胖糖尿病小鼠靜脈注射0.5 mg/kg/d MOTS-c 18周，小鼠血糖顯著降低，提示MOTS-c 提高小鼠組織胰島素敏感性，增加了葡萄糖清除能力[21]。上述結果表明，MOTS-c可改善肥胖和糖尿病動物模型的血糖調節(jié)，提高胰島素敏感性。多項研究表明，MOTS-c可磷酸化誘導乙酰輔酶A 羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）失活，增加肉堿棕櫚酰轉移酶I（carnitine palmitoyl transterase-1，CPT1）的表達，從而調節(jié)機體脂肪酸代謝[3，10]。使用高脂飼料喂養(yǎng)小鼠3周后，腹腔注射MOTS-c 組與對照組相比，小鼠脂肪重量顯著降低[22]。腹腔注射D-半乳糖可使小鼠內臟和皮膚出現(xiàn)異常的脂質沉積，而腹腔注射10 mg/kg MOTS-c 52天可顯著減輕脂質堆積[23]。此外，有研究表明每隔24 小時向培養(yǎng)基中加入10 μM MOTS-c 培養(yǎng)48 小時后，可使C2C12成肌細胞在無葡萄糖而含有脂質的培養(yǎng)基中存活[7]。值得注意的是，代謝組學分析發(fā)現(xiàn)，在腹腔注射MOTS-c的小鼠中鞘磷脂、單酰甘油和二羧酸代謝三條通路下調，而這些通路在肥胖和2 型糖尿?。╠iabetes mellitus type 2，T2DM）小鼠體內上調[24]。上述結果表明，MOTS-c 可上調脂肪酸氧化途徑，提高脂肪酸利用率，降低體內脂肪酸水平。由此可見，MOTS-c 可改善糖、脂代謝，對延緩衰老具有重要作用。

2.2 促進線粒體功能和改善能量代謝

線粒體是細胞的能量代謝中心，而衰老及增齡相關疾病患者的主要表現(xiàn)之一是組織細胞線粒體含量減少及功能障礙，這與線粒體自噬、線粒體融合-分裂平衡失調、線粒體DNA 修復酶的活性異常有關，上述線粒體功能均依賴于線粒體基因和核基因轉錄的精確調控[25-27]。 MOTS-c作為一種線粒體衍生肽，促進線粒體功能和改善細胞能量代謝可能是其延緩衰老的重要機制。線粒體活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生是促進衰老的重要標志[28]。據(jù)報道，培養(yǎng)基中加入5 μM MOTS-c 顯著降低老年人胎盤來源的間充質干細胞（human placenta-derived MSCs，hPDMSCs） 的基礎線粒體耗氧率（oxygen consumption rate，OCR），減少了質子泄露和ROS的產(chǎn)生，從而增強線粒體的動態(tài)平衡[29]。有研究表明，培養(yǎng)基中加入100 μM MOTS-c會增加哺乳動物U-2 OS細胞線粒體轉錄因子A （transcription factor A mitochondrial，TFAM）、細胞色素C 氧化酶亞單位Ⅳ（cytochrome c oxidase subunit Ⅳ，COX4）和核呼吸因子1（nuclear respiratory factor 1，NRF1）的蛋白水平，而這些蛋白是線粒體生物發(fā)生的標志[30]，同時發(fā)現(xiàn)兩種線粒體內外膜融合的關鍵介質OPA1（Optic Atrophy 1）和線粒體融合蛋白2（mitofusin 2，MFN2）蛋白水平顯著增加，這表明MOTS-c 可能同步激活線粒體融合[30]。多項研究表明MOTS-c 通過AMP 活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）依賴的方式移位到細胞核來調控細胞核基因表達，激活核因子紅系2相關因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，NFE2L2/Nrf2）及其下游的血紅素氧合酶1（heme oxygenase-1，HO-1），減少ROS 產(chǎn)生[31-33]。此外，培養(yǎng)基中加入10 μM MOTS-c顯著增加衰老成纖維細胞的ATP產(chǎn)量，可能與MOTS-c增加衰老細胞脂肪酸的利用有關，提示MOTS-c 可改善衰老過程中的細胞能量代謝[34]。綜上所述，MOTS-c可能作為衰老過程中激活的線粒體逆行信號網(wǎng)絡的一個組成部分，通過促進線粒體功能和改善細胞能量代謝來調節(jié)對衰老及增齡相關疾病的適應性反應。

2.3 降低慢性炎癥反應

多項研究表明，慢性炎癥是衰老過程中的一種基本現(xiàn)象，高水平的促炎因子促進了衰老及增齡相關疾病的發(fā)展，然而與衰老相關的慢性低度炎癥的來源仍不完全清楚[35-37]。核轉錄因子κB（nuclear transcription factor kappa B，NF-κB）是炎癥通路的經(jīng)典信號分子，可以調節(jié)細胞因子、趨化因子和黏附分子的分泌，而促炎因子如腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）等可促進NF-κB 的表達[38]。有研究報道腹腔注射5 mg/kg/d MOTS-c顯著降低小鼠循環(huán)系統(tǒng)中IL-6和TNF-α的水平[3]。而MOTS-c 對脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）或β-淀粉樣肽1-42（β-Amyloid 1-42，Aβ1-42）誘導的小鼠神經(jīng)系統(tǒng)炎癥具有保護作用，這可能與抑制星形膠質細胞和小膠質細胞的活化及降低TNF-α、IL-6、IL-1β、環(huán)氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）的水平有關[39]。有研究表明，MOTS-c 可減少幾種促炎因子，如TNF-α，IL-6，IL-1β，COX-2、血管細胞粘附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）和細胞間粘附分子-1（intercellular adhesion molecule 1，ICAM-1）的釋放，從而對冠狀動脈內皮細胞功能障礙起改善作用[40]。此外，MOTS-c下調枸杞多糖誘導的急性肺損傷小鼠中性粒細胞趨化因子-1（cytokine-induced neutrophil chemoattractant-1，CINC-1）和ICAM-1的表達，降低TNF-α、IL-1β和IL-6的水平[41]。值得注意的是，已有多項研究表明MOTSc 發(fā)揮抗炎作用與抑制NF-κB 的活化有關[39，41，42]。由此可見，MOTS-c對降低衰老過程中的慢性炎癥反應具有重要作用。

3 MOTS-c的運動適應性

3.1 運動對體內MOTS-c水平的調控

作為一種線粒體衍生肽，MOTS-c水平不僅受到線粒體狀態(tài)的影響，而且還受到運動的調控。例如，8 周的運動干預顯著增加野生型小鼠血漿和骨骼肌MOTSc 的蛋白和mRNA 水平[9]。有研究發(fā)現(xiàn)，高脂飲食誘導的肥胖小鼠的骨骼肌和血漿中MOTS-c 水平明顯降低，而8周跑步機上中等強度的跑步顯著上調MOTS-c的蛋白水平，降低肥胖小鼠的體重和胰島素濃度[10]。2周有規(guī)律的中等強度跑步運動訓練增加小鼠下丘腦神經(jīng)元MOTS-c 的表達[43]。而離體小鼠骨骼肌收縮在10分鐘內迅速增加骨骼肌內MOTS-c 的表達[44]。上述結果表明，運動可提高小鼠骨骼肌和循環(huán)血液MOTS-c的水平。此外，多項研究表明不同運動方式同樣調控人體的MOTS-c 水平。例如，急性高強度間歇運動方案使健康年輕男性股外側肌MOTS-c 的表達在運動后立即增加5 倍，并且在4 小時后才恢復到基線水平[7]。16周的慢性有氧運動和抗阻運動相結合同樣會增加非西班牙裔乳腺癌幸存者的血漿MOTS-c 的水平[45]。然而，也有報道指出8 周的適度運動訓練并沒有對健康對照組和多囊卵巢綜合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）患者循環(huán)血液MOTS-c的水平產(chǎn)生任何影響[46]。因此，運動對人體MOTS-c水平的調控有待進一步研究。

3.2 補充MOTS-c對運動能力的影響

線粒體可通過與細胞核的信息交流實現(xiàn)對細胞代謝的調控，在衰老過程中線粒體所具備的這種“交流”能力會下降，機體運動能力也隨之下降，而MOTS-c 在這一過程中具有重要調節(jié)作用[3，7]。有研究通過遞增跑步機和轉動桿速度來測量小鼠有氧運動能力，發(fā)現(xiàn)腹腔注射15 mg/kg MOTS-c 10 天可改善幼齡、12 月和22月齡小鼠及高脂飲食喂養(yǎng)小鼠的運動能力[7]。而腹腔注射0.5 mg/kg/d MOTS-c 聯(lián)合運動干預8周可增加小鼠骨骼肌過氧化物酶體增殖物激活受體-γ共激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α，PGC-1α）的基因和蛋白表達以及AMPK 和ACC 的磷酸化水平[9]，提示AMPK-PGC-1α通路可能介導MOTS-c 改善小鼠骨骼肌質量。此外，有研究發(fā)現(xiàn)腹腔注射0.5 mg/kg/d MOTS-c聯(lián)合有氧運動訓練12 周增加大鼠心肌的肌纖維橫截面積（cross sectional area，CSA），調節(jié)心肌生理性肥厚，還可恢復心肌線粒體結構并清除溶酶體[8]，提示MOTS-c 可改善心肌質量和功能。綜上所述，MOTS-c可能是一種對運動敏感的蛋白，對于調節(jié)組織間和組織內對運動的適應性反應以及提高運動能力非常重要。

4 MOTS-c介導運動延緩衰老的可能通路

近些年來研究表明，胰島素是機體代謝調控的重要激素，而衰老過程中出現(xiàn)的IR與增齡相關疾病如肥胖、肌減癥、阿爾茲海默癥、帕金森病等的發(fā)生發(fā)展密切相關，適當?shù)倪\動則可延緩上述改變[47-51]。AMPK是一種重要的細胞能量感受器，可協(xié)調組織和機體能量代謝，在運動促進組織攝取和利用葡萄糖的過程中發(fā)揮著重要作用[52]。此外，磷脂酰肌醇激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）信號通路與IR相關，影響機體葡萄糖轉運[53]。MOTS-c抑制葉酸從頭合成以及蛋氨酸-葉酸循環(huán)，提高5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（5-aminoimidazole-4-carboxamideribonucleotide，AICAR）水平，從而磷酸化激活AMPK[3]。隨后的研究也表明，MOTSc 可促進不同組織AMPK 磷酸化激活[8，29]。此外，有兩項研究表明，小鼠腹腔注射MOTS-c 可增強胰島素介導的PI3K/Akt信號通路，上調骨骼肌GLUT4的表達，促進葡萄糖轉運和利用[14，54]。值得注意的是，Yang等在培養(yǎng)基中加入MOTS-c 的C2C12 肌管細胞發(fā)現(xiàn)了一個有趣的循環(huán)，MOTS-c 誘導C2C12 肌管細胞中PGC-1α的表達，而PGC-1α作為AMPK 的上游調控因子，又介導了AMPK活化，從而促進C2C12肌管細胞分泌MOTS-c[10]。有研究也表明，MOTS-c作用于AMPK、沉默信息調節(jié)因子1 （silent information regulator 1，SIRT1） 和PGC-1α信號通路，并刺激GLUT4 的表達[55]。因此推測，運動激活AMPK/PGC-1α通路增加機體MOTS-c 的水平，而MOTS-c 又反過來磷酸化激活AMPK 和PI3K/Akt 信號通路，增強GLUT4的表達，提高機體葡萄糖轉運能力并降低IR，從而改善衰老及增齡相關疾病，延緩衰老進程。

5 小結與展望

目前研究已證實MOTS-c 作為一種新發(fā)現(xiàn)的線粒體多肽，在衰老及增齡相關疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。運動對骨骼肌和循環(huán)系統(tǒng)中MOTS-c 的水平有顯著影響，MOTS-c 同樣可以提高運動能力。然而，目前我們尚不清楚運動通過調節(jié)MOTS-c 的信號轉導途徑延緩衰老進程的具體機制。因此，深入研究運動與MOTS-c 之間的相互作用關系，對于揭示運動在延緩衰老及增齡相關疾病的發(fā)生發(fā)展中的作用具有重要意義。