研究人员描述了使肌肉适应锻炼成为可能的细胞介质

任何体育锻炼项目的开始都会引起肌肉疼痛，这就像从沙发上起来阻碍锻炼一样容易。随着时间的推移和一点点坚持，肌肉会习惯这种努力，从而增强力量和耐力。美国哈佛大学和巴西圣保罗大学的研究人员在《细胞》杂志上描述了使这种适应性运动成为可能的细胞介质。

介质琥珀酸盐仅因其参与线粒体呼吸而为人所知。本文作者包括美国药典生物医学科学研究所(ICB)教授、FAPESP(圣保罗研究基金会)资助的研究、创新和交流中心(RIDC)Redoxome研究中心成员胡里奥塞萨尔巴蒂斯塔费雷拉(Julio Cesar Batista Ferreira)和法法萨的博士后研究员路易斯恩里克博兹(Luiz Henrique Bozi)

我们的研究结果表明，琥珀酸会在运动过程中离开肌肉细胞，并向其邻居发送信号，从而诱导肌肉组织重塑。运动神经元产生新的分支，肌肉纤维变得更加均匀，从而在收缩时获得力量，所有细胞的血糖摄入量增加，从而产生ATP(三磷酸腺苷，细胞燃料)。效率不断提高。"

美国药典生物医学科学研究所(ICB)教授胡里奥塞萨尔巴蒂斯塔费雷拉。

本文报道的发现是基于对动物和人类志愿者的大量实验。首先，有必要比较小鼠在跑步机上跑步前后腿部肌肉中的500多种代谢产物，直到它们筋疲力尽。

“除了肌肉纤维，肌肉组织还含有免疫细胞、神经细胞和内皮细胞。如果每个人都是一栋房子，那么房子之间的街道就是空隙或间隙空间。我们隔离并分析了每一栋房子和每一条街道。找出运动后的邻里变化，观察琥珀酸只在肌纤维和间隙显著增加。”

在静止的自行车上剧烈运动60分钟后，在25-35岁的健康志愿者中观察到类似的现象。在这种情况下，研究人员分析了通过股动脉和静脉导管获得的血液样本，发现琥珀酸水平在离开肌肉的静脉血中显著增加，并在恢复过程中迅速降低。

在这一点上，研究人员确信肌肉细胞会由于运动引起的压力而释放琥珀酸，但他们想知道原因，尤其是原因。对志愿者血液的分析提供了一个线索：乳酸(乳酸的电离形式)是静脉和动脉血液中另一种随着运动而增加的化合物，这表明细胞已经激活了它们的紧急能量产生系统。

博子解释说：“琥珀酸酯是一种代谢产物，通常不能穿过细胞膜离开细胞。它参与细胞内部的Krebs循环，这是发生在线粒体中的一系列化学反应，导致ATP的形成。”“但是，当能量需求急剧增加，线粒体跟不上时，厌氧系统就会被激活，导致乳酸生成过多，细胞酸化。我们发现，这种pH值的变化会导致琥珀酸的化学结构发生变化，琥珀酸可以通过细胞膜逃逸到细胞外介质中。”

蛋白质组学是琥珀酸从细胞中排出的转运蛋白，是对小鼠和人肌肉细胞膜中所有蛋白质的分析。结果表明，运动后肌肉组织中的MCT1增加。MCT1是一种蛋白质，专门用于将一元羧酸盐转运出细胞。

博子说：“在酸性介质中化学修饰后，MCT1的转运类型与琥珀酸类似。它不再是二羧酸盐，而是一元羧酸盐。我们在体外做了几次实验，证实这是运动引起的机制。”。

其中一个实验是让培养的肌肉细胞缺氧(缺氧)来激活无氧能量产生机制，产生乳酸。可以看出，这足以诱导琥珀酸释放到间隙中。

另一个实验涉及来自青蛙的生殖细胞(卵母细胞)，它们被基因改造以表达人类MCT1。研究人员发现，只有将卵母细胞置于酸性介质中，琥珀酸才能释放出来。

“在这个阶段，我们知道酸性会使琥珀酸发生质子化，这是一个化学过程，使其能够结合MCT1并穿过膜进入细胞外介质，但我们还没有发现琥珀酸在间隙空间积累的意义。”费雷拉说。

一致

在科学文献中，细胞之间的交流对于生物体适应任何种类的压力的重要性已经完全确立。信号被释放到间隙空间的分子交换，从而与附近细胞膜中的蛋白质结合。这些膜受体的激活触发了导致组织结构和功能改变的过程。

Boz说：“我们的假设是琥珀酸通过结合一种在运动神经元膜中高度表达的蛋白质SUCNR1(琥珀酸受体1)在肌肉中发挥这种调节作用。”

为了验证这一理论，他们用转基因小鼠进行实验，使其不表达SUCNR1。老鼠被允许在阻力轮上自由奔跑三周，这被认为是足够长的时间来改变肌肉组织的形状和功能。

费雷拉说：“人们期望肌肉纤维变得更加均匀和强壮，但事实并非如此。”“此外，运动不能促进运动神经元的分支，这可以提高收缩效率。

至关重要。我们还观察到，细胞葡萄糖的摄取并没有增加，并且胰岛素敏感性低于作为对照的野生小鼠。在其他情况下换句话说，没有琥珀酸受体，运动引起的重塑就不会发生。”

根据费雷拉(Ferreira)的说法，该研究首次显示琥珀酸酯在肌肉组织中的旁分泌作用，即其在细胞间信号转导中的作用，以提醒附近的细胞必须调节其内部过程以适应“新的正常”状态。

他说：“下一步是找出这种机制是否在其他以能量代谢改变和细胞酸化为特征的疾病中被破坏，例如神经退行性疾病，其中星形胶质细胞与神经元的通讯对于疾病的发展至关重要。”