骨骼肌的健康和可塑性是人类健康和疾病的重要决定因素。为了满足生理或病理应激反应的需求，线粒体需要通过适应性重新编程的方式来维持骨骼肌的能量稳态。而骨骼肌中线粒体功能障碍又与许多疾病的发病机理有关，包括肌营养不良，肌肉萎缩，2型糖尿病和衰老相关的肌肉减少症等。值得注意的是，运动抵消了许多慢性疾病对骨骼肌线粒体功能的影响。最近的研究揭示了一个精细调整的调节网络，它可以协调骨骼肌线粒体的生物发生和功能，进而影响运动和疾病状态。此外，越来越多的证据表明线粒体还可以与细胞核“交流”并调节适应性基因组重新编辑。
iNature
年8月14日，南京大学动物模式研究所甘振继联合美国宾夕法尼亚医院学者在CellResearch上发表了题为“Skeletalmusclemitochondrialremodelinginexerciseanddiseases”的综述性文章。该文章回顾了运动和疾病状态对骨骼肌线粒体动态重塑相关的最新研究进展。
1.骨骼肌中特殊的线粒体系统
骨骼肌结构和功能可塑性是一个关键特征，它使骨骼肌可以适应无数的生理刺激。生理状况通常由身体活动和肌肉负荷的急性和慢性变化决定。因此，肌肉通过收缩，钙处理和能量代谢能力的变化做出反应。最重要的是，线粒体ATP的产生必须符合身体活动和运动变化。有研究发现，为了达到上述目的，骨骼肌线粒体系统已经进化。
2.生理活动与肌肉线粒体生物发生
核受体网络控制着肌肉中的线粒体消耗和呼吸功能。核受体是构成DNA结合转录因子的重要组成部分。这些转录因子中有一些是肌肉燃料代谢和线粒体生物发生和功能的关键调节剂。过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）核受体家族最初被鉴定为过氧化物酶体生物发生的调节剂。该家族的典型成员PPARα在调节肌肉消耗方面发挥着核心作用。雌激素相关受体（ERR）也是肌肉中线粒体生物发生的关键调节因子。ERR家族由3个成员（α，β和γ）组成，ERR因子已被证明在许多类型细胞中可激活线粒体能量代谢，包括TCA循环，电子传递链和氧化磷酸化（ETC/OXPHOS）等。ERR在维持骨骼肌能量代谢和功能中起关键作用。
生理代谢需求的增加需要一个系统来应对增加的能量需求和增强的氧化能力以产生ATP。在有研究发现PPARγ共激活因子-1α（PGC-1α）可作为一种高度可诱导的转录共调节因子，并介导提供了将细胞外和细胞内信号与线粒体能量代谢和质量控制相结合。随后的研究表明PGC-1α可直接作用并共激活多种核受体，进而增加多种细胞类型的氧化代谢和线粒体生物合成.有证据表明，糖尿病患者的骨骼肌PGC-1α表达减少。虽然尚未确定PGC-1α信号传导减弱和胰岛素抵抗之间的直接因果关系，但它们之间存在明显的相关性。
3.肌肉线粒体质量控制和生物发生的研究
线粒体形态变化线粒体可以反映融合和裂变的相对速率。更重要的是，不同的肌纤维类型显示出不同的线粒体动力学模式。在快速开关肌肉纤维中，小块状线粒体以行和列排列，而在来自慢肌肉的纤维中，线粒体更加细长并且从多个肌节相互连接.此外，从糖酵解转变为氧化肌纤维促进鉴于慢速和快速纤维类型的能量代谢特征不同，人们很容易推测线粒体动力学的变化。多项研究表明线粒体融合在骨骼肌质量控制中起关键作用。线粒体动力学的适当维持，即裂变和融合之间的平衡，对于最佳肌肉线粒体功能和适应性是必需的。
4.肌肉线粒体作为代谢传感器中枢影响生理刺激反应
线粒体与细胞核的通讯（逆行反应）越来越多的证据表明，线粒体不仅是产生ATP的细胞的动力室，而且还是细胞信号传导的中心节点。有证据表明线粒体可以与细胞核（逆行）相通，以改变核基因在各种细胞应激反应中的转录。此外，最近的研究还表明，源自线粒体代谢的中间代谢产物向细胞核发出信号，导致表观遗传修饰以调节基因表达。
5.疾病状态下的肌肉线粒体重塑
由X连锁基因肌营养不良蛋白突变引起的杜氏肌营养不良症（DMD）是最常见和最严重的肌营养不良症，迄今仍无法治愈。患有该症的个体表现出肌肉无力和肌肉疲劳增加。有研究表明，快速糖酵解肌纤维对DMD患者以及DMD的临床前mdx小鼠模型中的营养不良更敏感。先前的研究显示DMD肌肉中的线粒体功能障碍可导致DMD的恶化。最近还有研究表明，促进自噬可能对肌营养不良有治疗作用。通过促进缺陷线粒体的清除，可以增强肌肉功能，从而对肌营养不良症表型产生有利影响。
原文链接：
