《Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle》：Loss of Myonuclei and Transcriptional Activity During Diaphragm Atrophy in Critically Ill Patients
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本文揭示了一项突破性发现：在重症监护室(ICU)中接受机械通气的患者，其膈肌萎缩与肌核(myonuclei)数量减少密切相关。研究首次证实，膈肌肌纤维的萎缩伴随肌核因内在凋亡途径激活而丢失，且肌核转录活动随之减弱。这一机制为解释“ICU获得性膈肌无力”提供了新视角，并指出肌核丢失可能阻碍膈肌康复，影响患者脱机成功率，具有重要的临床转化潜力。
重症监护下膈肌萎缩的病理新机制：肌核丢失与转录衰退
1 引言
膈肌无力是接受机械通气的重症监护室(ICU)患者中常见的并发症，可导致脱机困难、发病率与死亡率增加以及长期功能障碍。膈肌无力由肌肉萎缩和剩余收缩物质功能障碍共同导致。尽管对收缩功能障碍的机制已有一些研究，但膈肌萎缩的机制仍未完全阐明。肌纤维是由一群肌核维持的大型合胞体细胞，每个肌核负责向一个有限的肌纤维体积（称为“肌核域”）提供基因转录本。肌核数量决定了转录能力，因此在危重疾病后膈肌和骨骼肌的再生中至关重要。然而，在ICU机械通气患者中，萎缩肌纤维的肌核数量变化尚未被研究。
2 研究方法
研究采用横断面设计，结合转录组学、免疫组织化学和共聚焦显微镜技术，分析了来自机械通气的ICU患者(n=24)和非危重患者(n=10)的膈肌及股四头肌活检样本。研究人员通过单肌纤维分离技术精确测量肌核数量、肌纤维体积和肌核域大小，并使用免疫荧光染色标记细胞凋亡标志物（如TUNEL和活化的caspase-3）以及肌核转录活性标志物RNA聚合酶II Ser5磷酸化位点(RNA-Pol-II Ser5)。
3.1 转录组学揭示膈肌中凋亡通路上调
对膈肌组织样本的RNA测序分析显示，ICU患者组与对照组相比存在2977个差异表达基因。通路富集分析发现，ICU患者膈肌中p53信号通路和内在（线粒体）凋亡通路显著上调，而外在凋亡通路未见明显变化。这表明内在凋亡通路激活是潜在的机制。
3.2 肌核的caspase-3介导的细胞凋亡
为进一步验证，研究在肌肉横截面上进行了分析。通过使用肌核标志物PCM1并结合定位，研究人员发现ICU患者膈肌中发生凋亡的肌核比例（TUNEL指数）以及活化caspase-3阳性的肌核比例均显著高于对照组，表明caspase-3介导的凋亡是肌核减少的机制。
3.3 萎缩膈肌纤维中肌核数量和肌核域减小
研究将ICU患者进一步分为有膈肌萎缩组(A+)和无萎缩组(A-)。对分离的单肌纤维进行三维成像分析发现，与对照组和无萎缩组相比，有萎缩的ICU患者组，其快肌和慢肌纤维的肌核数量均减少了约35%，肌核域体积也显著减小。
值得注意的是，肌核丢失与机械通气时长或模式无显著相关性，提示呼吸机导致的膈肌卸载并非驱动凋亡的主要因素。此外，在股四头肌活检中，尽管也观察到caspase-3活性增加，但未出现肌核数量减少，这可能是由于取样时股四头肌萎缩尚未发生。
3.4 有萎缩与无萎缩ICU患者的转录组学特征比较
对有萎缩和无萎缩的ICU患者进行转录组比较，并未发现二者在内在凋亡通路基因表达上有显著差异，表明该通路在两组中均被激活。然而，有萎缩组显示出“细胞因子-细胞因子受体相互作用”通路的上调，提示局部炎症可能在驱动萎缩中发挥更重要的作用。
3.5 萎缩膈肌中肌纤维转录活性减弱
肌核数量是影响转录能力的关键。研究发现，有萎缩的ICU患者膈肌肌纤维中，RNA-Pol-II Ser5的总荧光强度（代表总转录活性）几乎是对照组的一半。这种下降完全由肌核数量减少导致，因为单个肌核的转录活性在两组间并无差异。将转录活性标准化为肌纤维体积后，组间差异消失，表明转录活性与萎缩后的细胞体积相适应，单个肌核的转录功能并未受损。
3.6 ICU患者膈肌中肌肉干细胞数量减少
肌肉干细胞（卫星细胞）对于肌核补充和肌肉修复至关重要。研究通过免疫荧光检测卫星细胞标志物PAX7发现，与对照组相比，有膈肌萎缩的ICU患者膈肌中PAX7阳性细胞数量显著减少。这可能会进一步损害萎缩膈肌的再生修复能力。
4 讨论
本研究首次在机械通气的ICU患者中证实，膈肌萎缩伴随着肌核数量的减少，其机制是内在凋亡通路（特别是caspase-3）的激活。肌核丢失与肌纤维转录总活性下降相关，而卫星细胞的减少可能进一步阻碍康复。与普遍认为的“呼吸机诱导的膈肌功能障碍”(VIDD)主要由卸载引起不同，本研究发现肌核凋亡与机械通气时长无关，提示危重疾病本身的全身性因素（如炎症、代谢应激）可能扮演更关键角色。这一发现为理解ICU获得性膈肌无力提供了新范式：它不仅涉及蛋白质降解和合成失衡导致的收缩物质流失，还涉及维持肌肉“基因组蓝图”的肌核的永久性损失。肌核的丢失意味着康复不仅需要合成新的蛋白质来填充肌纤维，还可能需要卫星细胞贡献新的细胞核来恢复转录储备，而卫星细胞的耗竭使这一过程雪上加霜。
5 结论
总之，肌核凋亡是机械通气ICU患者发生膈肌萎缩的关键病理机制。p53通路的激活是这一过程的上游驱动力。肌核的丢失及其伴随的转录能力下降，连同卫星细胞的减少，可能共同损害膈肌的再生潜力，从而导致脱机失败和长期功能障碍。这一机制为开发新的治疗策略（如靶向凋亡通路或促进卫星细胞激活）以预防或逆转ICU获得性膈肌无力奠定了重要的科学基础。
