短期能量不足期间miR-194-5p表达升高，通过抑制合成代谢信号通路来减弱运动后的肌肉蛋白质合成

《The Journal of Nutrition》：Elevated miR-194-5p Expression During Short-term Energy Deficit Attenuates Post-Exercise Muscle Protein Synthesis by Inhibiting Anabolic Signaling

肌肉蛋白合成分子机制研究显示能量缺乏条件下miR-194-5p等miRNA表达升高并抑制合成，补充EAA或CHO未改变miRNA差异，但能量状态显著影响其表达。

　　

Jess A. Gwin|Jillian T. Robillard|Nancy E. Murphy|Christopher T. Carrigan|Marques A. Wilson|Alyssa N. Varanoske|David D. Church|Arny A. Ferrando|Stefan M. Pasiakos|Lee M. Margolis

美国陆军环境医学研究所军事营养部门，马萨诸塞州纳蒂克

摘要

背景

最近的研究表明，在能量不足的情况下，以必需氨基酸（EAA）而非碳水化合物的形式摄入蛋白质可以促进运动后肌肉蛋白质的合成（MPS）。然而，这些变化背后的分子机制尚不清楚。

目的

本研究探讨了在能量平衡（BAL）和能量不足（DEF）状态下，摄入富含EAA的乳清饮料（添加EAA）或添加碳水化合物的乳清饮料（添加CHO）对骨骼肌微小RNA（miRNA）的影响。

方法

17名成年人参与了这项随机、双盲、双向混合模型研究。他们分别进行了5天的能量平衡（BAL）和能量不足（DEF）饮食，两次饮食之间间隔至少7天。在每种条件下的一天，志愿者在完成60分钟的负重训练（59±4%的O_2peak）和爬楼梯运动（9组×16次重复）后，饮用含有EAA（304千卡，56克蛋白质，48克EAA，2克脂肪，n=8）或含有CHO（311千卡，34克蛋白质，24克EAA，40克碳水化合物，2克脂肪，n=9）的饮料。在休息时（PRE）和恢复后4小时（REC）测量miRNA（微阵列RT-qPCR）的表达情况。在REC期间还测量了MPS的变化（²H₅-苯丙氨酸；先前已有报道）。

结果

无论时间或处理方式如何，三种miRNA（miR-194-5p、miR-324-3p、let-7i-5p）在能量平衡状态到能量不足状态时均有所增加（P < 0.05，FDR < 0.1）。在能量不足状态下的REC期间，miR-194-5p与ΔMPS呈负相关（r = -0.59，P = 0.03）。在C2C12骨骼肌细胞中体外过表达miR-194-5p会导致p-mTOR^Ser2448、p-p70S6K^Thr424/421和p-rpS6^Ser235/236的水平低于对照组。

结论

这些数据为能量不足状态下的运动后合成代谢抵抗提供了分子基础。从能量平衡状态到能量不足状态，miR-194-5p的增加可能通过下调合成代谢信号通路来减弱运动后的MPS，这种效应并非由额外摄入EAA或碳水化合物所引起。

试验注册

ClinicalTrials.gov，标识符编号NCT04621175

引言

军事人员（1）、耐力运动员（2）和重量级运动员（3）经常经历能量不足（能量消耗 > 能量摄入）的情况。能量不足导致的骨骼肌损失以及随之而来的运动表现下降（4）是这些活跃人群持续关注的问题。能量不足对骨骼肌的负面影响主要源于肌肉蛋白质合成（MPS）的减少，即合成代谢抵抗。因此，与其他合成代谢抵抗状态（如静息或运动后的衰老肌肉（5）一样，包含必需氨基酸（EAA）以支持MPS并摄入碳水化合物作为非氨基酸能量来源以缓冲能量不足的营养干预措施可能减轻能量不足对MPS的负面影响（6）。我们之前的研究表明，在中度能量不足的情况下，以EAA而非碳水化合物的形式摄入高质量蛋白质可以促进运动后的MPS。然而，能量不足状态下MPS变化的分子机制尚不清楚。

微小RNA（miRNA）对生物过程的转录后调控机制决定了骨骼肌对合成代谢刺激的适应性（7）。我们的实验室和其他研究已经证明，miRNA的表达谱会受到运动（8, 9, 10, 11, 12, 13）、EAA（14）和碳水化合物（15）及其组合（16, 17）的影响。miRNA表达的变化不仅与MPS（16）和合成代谢信号通路（18）有关，还直接参与肌肉合成代谢和分解代谢途径的调节（9, 13, 15）。因此，miRNA被认为是通过随时间变化的基因表达来调节肌肉肥大的动态调节因子，在啮齿动物（19）和人类训练研究（20）中均得到了证实。miRNA还参与调节涉及肌肉萎缩和降解的分子通路（21, 22）。这些多样且多功能的调节作用表明了miRNA在骨骼肌质量调节中的作用。

尽管人们对运动和营养因素对miRNA表达的影响有了越来越多的了解，但尚不清楚这些反应在能量平衡状态和能量不足状态之间是否存在差异。因此，本研究的目的是探讨在运动后摄入富含EAA的乳清蛋白饮料（添加EAA或添加碳水化合物）对能量平衡状态和能量不足状态下miRNA表达的影响。随后进行了体外分析，以表征所识别miRNA对肌肉合成代谢分子途径的调控机制。我们假设：1）由于氨基酸和碳水化合物含量的不同，两种恢复营养处理之间的miRNA谱会有所不同；2）能量平衡状态和能量不足状态之间的miRNA表达会有所不同；3）miRNA表达的变化会与已知调节骨骼肌合成代谢的分子信号通路的变化相一致。

伦理批准

参与者在开始数据收集前提供了书面且自愿的知情同意书。该研究获得了美国陆军人类研究保护办公室（弗雷德里克斯堡堡，MD；IRB# M-10845）的机构审查委员会的批准。所有数据收集工作于2020年9月至2022年8月在美国陆军环境医学研究所（USARIEM，纳蒂克，MA）进行。该研究符合最新修订版的《声明》所设定的标准。

结果

如先前报道（6），在能量不足状态下（DEF），+EAA组的体重减少了1.0 ± 0.7公斤，+CHO组减少了1.2 ± 0.8公斤，两组之间没有差异。在每种饮食方案的基线和第1天，不同处理组之间以及不同能量状态之间体重没有差异（所有组，P > 0.288）。基线时以及研究期间，不同处理组之间和不同能量状态之间的身体组成没有差异（所有组，P > 0.171，表1）。

讨论

本研究评估了在能量平衡和能量不足状态下，摄入富含EAA的乳清蛋白饮料（添加EAA或添加碳水化合物）对运动后miRNA表达的影响。主要发现是，与我们的假设相反，两种处理方式之间的碳水化合物和氨基酸含量差异并未影响目标分析指标。然而，我们确实观察到从能量平衡状态到能量不足状态，miR-324-3p、Let-7i-5p和miR-194-5p的表达有所增加。

数据可用性

手稿、代码手册和分析代码中描述的去标识化数据将在相应作者提出申请并获得批准后提供。

伦理批准和参与同意

美国陆军医学研究与发展司令部的机构审查委员会在研究开始前批准了这项研究（IRB# M-10785）。所有参与者在入组前都获得了书面知情同意。

作者贡献

作者们的职责如下：JAG、DDC、AAF、SMP和LLM负责研究设计；JAG、JTA、NEM、CTC、MAW、ANV和NEM负责研究实施；JAG和LLM负责数据分析；JAG和LLM负责数据解释；JAG和LLM负责撰写手稿；JAG、JTA、NEM、CTC、MAW、ANV、DDC、AAF、SMP和LLM对最终内容负有主要责任；所有作者都阅读并批准了最终版本的手稿。

作者披露

作者们没有披露任何利益相关关系。本文中的观点或陈述仅代表作者个人观点，不应被视为官方意见或反映陆军或国防部的立场。报告中提到的商业组织和商标名称并不代表陆军或国防部对这些组织的产品或服务的官方认可或批准。

资助

本材料基于军事运营医学研究计划的支持，并通过橡树岭科学与教育研究所的奖学金安排，由美国能源部和美国陆军 医学研究与发展司令部之间的机构间协议资助。美国能源部未参与研究的设计、数据收集、分析和解释。

致谢

作者衷心感谢参与这项研究的各位人士。同时，作者还要感谢Andrew Young博士对本文的宝贵审稿意见。研究结果清晰、客观地呈现，未包含任何伪造、篡改或不适当的数据处理。