氘代多不饱和脂肪酸可缓解氧化应激引起的体外骨骼肌功能障碍

《Free Radical Biology and Medicine》：Deuterated Polyunsaturated Fatty Acids Alleviate In Vitro Skeletal Muscle Dysfunction Induced by Oxidative Stress

骨骼肌萎缩与氧化应激相关，重氢多不饱和脂肪酸（D-PUFAs）可抑制脂质过氧化并保护肌肉细胞功能，其机制涉及抗氧化酶及线粒体代谢酶的调控。

　　

Xinyue Lu|Olga L. Sharko|Vadim V. Shmanai|Mikhail S. Shchepinov|James F. Markworth

美国印第安纳州西拉斐特市普渡大学农业学院动物科学系

摘要

过度的氧化应激会引发脂质过氧化，从而导致多种肌肉骨骼疾病中的骨骼肌萎缩。多不饱和脂肪酸（PUFAs）是肌肉细胞膜磷脂的重要组成部分，由于含有双键，因此特别容易发生过氧化。目前，针对脂质过氧化以预防肌肉萎缩的治疗选择非常有限。用氘原子替代双烯丙基位置的氢原子，可以在保留PUFAs酶促代谢的同时限制脂质过氧化。本研究探讨了氘代PUFAs（D-PUFAs）在氧化应激条件下保护肌肉细胞功能障碍的潜在作用。在无氧化应激的情况下，包括花生四烯酸（ARA）、二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳五烯酸（DPA）和二十二碳六烯酸（DHA）在内的长链PUFAs的天然形式（H-）和氘代形式（D-）均能刺激体外肌肉细胞的生长和发育。D-ARA、D-EPA、D-DPA和D-DHA通过限制脂质过氧化，保护培养的肌管免受活性氧（ROS）的损害。相比之下，H-ARA、H-EPA、H-DPA和H-DHA则增加了肌肉细胞对ROS诱导的脂质过氧化的敏感性，并加剧了氧化应激引起的肌肉细胞功能障碍。氘代18碳亚油酸（D-LA）和α-亚麻酸（D-ALA），以及D-ARA和D-EPA（但不是D-DPA或D-DHA）也能保护肌生成过程免受铁死亡诱导剂erastin的损害。总体而言，我们的研究表明D-PUFAs作为新型治疗药物，在预防氧化应激引起的骨骼肌功能障碍方面具有广阔的应用前景。

部分内容摘录

引言

骨骼肌是人体最大的组成部分之一，对调节身体机能和组织代谢至关重要[1]。骨骼肌萎缩指的是肌肉质量、力量和功能的非自愿性丧失，可能由多种病理生理状况引起，包括长期肌肉不活动、代谢性疾病（如糖尿病）、肌肉损伤、炎症性疾病、癌症和衰老[2]。在许多疾病中，长期的肌肉萎缩会

材料与方法

细胞培养：: C2C12小鼠骨骼肌细胞系（ATCC, CRL-1772）在含有10%胎牛血清（FBS, Corning, 35-010-CV）和抗生素（青霉素100 U/mL、链霉素100 μg/mL, Gibco, 15140-122）的Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM, Gibco, 11995-065）中培养，培养条件为37°C、湿润空气和5% CO₂。当细胞密度达到70%时，将C2C12细胞传代并接种到12孔培养板上，细胞密度为2.5 × 10⁴/cm²

在无氧化应激条件下，H-PUFAs和D-PUFAs均能促进肌管融合

先前的研究对于H-PUFAs在正常细胞培养条件下对骨骼肌细胞生长和发育的影响结果并不一致[53],[54],[55],[56]。此外，尚未研究H-PUFAs和D-PUFAs在体外对骨骼肌细胞的差异性影响。为了确定H-PUFAs和D-PUFAs在无氧化应激条件下的基础作用，我们将融合的C2C12肌母细胞诱导为

讨论

氧化应激通过多种途径阻碍肌生成并导致骨骼肌萎缩，其中之一是激活肌肉细胞膜上的PUFA物种的脂质过氧化[20],[24],[71]。研究表明，氧化应激会对骨骼肌的发育产生负面影响[6]。此外，先前的研究还发现氘代PUFAs在糖尿病小鼠模型中具有保护肌肉萎缩的作用[72]。然而，目前尚无直接研究

结论

本研究表明，掺氘的PUFAs能够保护肌肉细胞免受体外高氧化应激的损害，这是肌肉减少症和癌症恶病质病理生理学的关键因素之一。具体而言，与使肌肉细胞对氧化应激的损害更加敏感的H-PUFAs不同，D-PUFAs可以防止铁死亡对肌生成的负面影响。D-PUFAs对肌肉细胞生长的有益作用

作者贡献声明

James F. Markworth:撰写 – 审稿与编辑、监督、软件使用、资源获取、项目管理、方法论设计、资金申请、数据分析、概念构思。Olga L. Sharko:撰写 – 审稿与编辑、数据验证、资源管理、方法论设计、概念构思。Xinyue Lu:撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法论设计、实验设计、数据分析、概念构思。Mikhail S. Shchepinov:撰写 – 审稿与编辑、监督

利益冲突声明

无

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

资助

本研究得到了美国农业部国家食品与农业研究所[研究能力基金（HATCH Multistate），项目编号7004451（NC1184）；国立卫生研究院国家糖尿病、消化系统疾病和肾脏疾病研究所[资助编号R01DK132819]的支持；以及普渡大学农业学院为James F. Markworth提供的实验室启动资金。资助方未参与研究设计、数据收集与分析过程。

致谢

作者感谢Shihuan Kuang（杜克大学，曾任职于普渡大学）在实验中的支持及有益讨论。MF20（由Fischman, D.A.开发）和F5D（由Wright, W.E.开发）单克隆抗体来自NIH NICHD创建的发育研究杂交瘤库（DSHB），该库由爱荷华大学生物学系维护（地址：IA 52242）。图形摘要使用BioRender.com制作（Lu, X., 2026, //biorender.com/p4twd3y