晚期糖基化终产物（AGEs）及其受体轴在体外参与了肌母细胞的衰老过程，在体内则延缓了衰老/老化骨骼肌的再生

《Archives of Biochemistry and Biophysics》：Advanced glycation end product-its receptor axis participates in myoblast senescence in vitro and delayed muscle regeneration of senescence/aging skeletal muscles in vivo

肌肉衰老中AGEs-RAGE轴对再生功能的影响研究。通过细胞模型和D-半乳糖加速衰老小鼠模型，发现AGEs诱导肌细胞衰老并抑制分化，中和抗体和氨基胍可逆转此效应，证实AGEs-RAGE轴与肌肉再生受损相关。

　　

陈丁成|黄家华|张芳瑜|徐美玲|蓝国成|刘兴华

台湾国立大学医学院与附属医院老年医学与老年学系，台北，台湾

摘要

全球人口正在迅速老龄化，未来几年与年龄相关的疾病将显著增加。肌肉功能障碍是老年人中普遍存在的慢性疾病，对公共卫生构成了重大挑战。肌肉组织中一个关键的年龄相关变化是晚期糖基化终产物（AGEs）的积累。先前的研究表明，AGEs与肌肉功能障碍密切相关，尤其是在糖尿病患者中。然而，AGEs与肌肉衰老之间的关系仍有待阐明。本研究旨在通过细胞模型和衰老/老化动物模型来探讨AGEs对肌肉修复功能和再生的影响。在细胞模型中，非细胞毒性的AGEs浓度会诱导细胞衰老，并抑制C2C12肌母细胞的肌生成分化，这一点通过衰老相关的β-半乳糖苷酶染色和苏木精-伊红（H&E）染色得到证实。这些AGEs的效应可以通过使用AGEs受体（RAGE）的中和抗体来逆转。在D-半乳糖加速的衰老/老化小鼠模型中，免疫组化染色显示肌肉中AGEs积累显著增加以及RAGE表达升高，而使用AGEs抑制剂氨基胍处理后这些现象可以得到逆转。在前胫骨肌注射甘油诱导的肌肉再生模型中，衰老小鼠的肌肉再生/修复能力显著受损，Pax7和MyoD的表达也减少，这些情况同样可以通过氨基胍处理得到逆转。这些发现表明，AGEs-RAGE轴促进了肌母细胞的衰老，抑制了其分化，并可能损害了衰老动物的肌肉修复能力。需要进一步的研究来阐明其潜在机制。

引言

衰老是导致残疾和发病的重要且不可避免的风险因素。它与肌肉功能的缓慢进行性改变有关。大多数老年人由于肌肉老化而出现肌肉力量减弱、耐力下降以及维持身体平衡困难。研究表明，随着年龄的增长，肌肉质量和肌肉纤维数量都会减少[1]，[2]。对19至87岁健康个体大腿肌肉横截面积的测量显示，与年龄相关的肌肉面积下降大约从30至40岁开始[3]，[4]。Newman等人对2,623名70至79岁的个体进行了研究，以评估低瘦体重和高脂肪体重是否独立影响老年人的肌肉力量和质量，从而增加与衰老相关的风险[5]。越来越多的动物和人类研究表明，肌肉线粒体功能随年龄增长而下降，导致线粒体ATP生成减少、耐力下降和肌肉无力[4]，[6]，[7]。此外，肌肉中IGF-1和其他合成代谢细胞因子的产生也随年龄增长而减少，导致肌纤维合成减少[8]。另外，对于损伤后肌肉修复至关重要的卫星细胞的数量和再生能力在衰老的哺乳动物中也有所下降[9]，[10]。如果修复机制失效，损伤会逐渐累积，最终导致肌肉进一步恶化。

晚期糖基化终产物（AGEs）是一组通过蛋白质的氨基与碳水化合物衍生的醛类之间的美拉德反应形成的化合物[11]。人体内的AGEs主要来自两个来源：高温加工食物中的外源性AGEs和体内自发形成的内源性AGEs。近年来，内源性AGEs已被确认为有害物质，并与多种疾病相关。例如，AGEs在大脑、心血管系统和骨骼肌中的积累及其与受体（RAGE）的相互作用与神经退行性疾病、心血管疾病和肌少症的发病机制有关[12]，[13]，[14]。在糖尿病患者和衰老过程中，AGEs的积累会加速。在糖尿病中，高血糖促进了AGEs的形成；而在衰老过程中，AGEs的形成与清除之间的不平衡导致了其积累[15]，[16]。研究表明，成年早期的AGEs年积累率约为3.7%，到80岁时增加到约33%[17]，[18]。一项队列研究进一步证实，老年人的血清AGEs水平高于年轻人[19]。

长期给予D-半乳糖可诱导类似自然衰老的变化，包括认知和运动技能的下降[20]。研究表明，过量的D-半乳糖可通过增加衰老、氧化应激、细胞凋亡和炎症来加速各种器官的衰老[21]，[22]。D-半乳糖是一种还原糖，会与蛋白质氨基反应生成AGEs。Song等人发现，经过D-半乳糖处理的小鼠血清AGEs水平高于未经处理的对照组[23]。这些处理过的小鼠还表现出运动活动显著减少、淋巴细胞增殖能力下降以及超氧化物歧化酶活性降低，这些变化与自然衰老的小鼠相似。

据报道，糖尿病动物和患者体内的高AGEs水平会引发肌肉萎缩并损害肌肉再生[24]，[25]。如果修复机制失效，这种损伤会加剧肌肉损失。然而，AGEs与肌肉衰老之间的关系仍需进一步明确。我们假设，与年龄相关的肌肉功能下降可能是由AGEs水平升高引起的。因此，本研究的目的是在D-半乳糖加速的衰老/老化小鼠模型中探讨AGEs对肌母细胞肌生成分化和肌肉再生的影响。

部分内容

细胞培养

小鼠C2C12肌母细胞从美国类型培养 kolec tion 获得，并在含有5% CO₂的37°C环境中使用Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) 培养基进行培养，该培养基添加了10%胎牛血清（FBS）和1%抗生素（100 IU/mL青霉素和100 μg/mL链霉素）。为了诱导肌生成分化，培养基被替换为含有F-12 K Ham's solution (Gibco) 和 MCDB201 (Sigma) 的分化培养基，比例为1:1，并添加了2%

AGEs抑制C2C12肌母细胞的肌生成分化并诱导细胞衰老

肌肉损伤后的再生依赖于静息卫星细胞或前体细胞的激活，这些细胞具有启动分化的潜能[32]。肌母细胞在含有或不含AGEs（25和50 μg/mL）或BSA（50 μg/mL）的培养基中孵育48小时。然后，培养基每天更换为含有或不含AGEs或BSA处理的分化培养基，持续4天（图1A）。我们首先评估了AGEs对C2C12肌母细胞的细胞毒性效应。

讨论

晚期糖基化终产物（AGEs）是通过人体内的非酶促糖基化反应形成的。已知AGEs在组织和器官中逐渐积累，刺激活性氧（ROS）的产生以及促炎细胞因子的合成和释放[38]。在衰老过程中，各种组织和器官中的AGEs形成和积累显著增加。

结论

这些发现首次表明，AGEs在肌母细胞肌生成分化过程中诱导细胞衰老，显著抑制了肌生成和肌管形成，这一效应可以通过RAGE中和抗体有效逆转；此外，在D-半乳糖加速的衰老/老化小鼠中，AGEs诱导的衰老还会延缓肌肉再生（图7）。此外，氨基胍处理可以减少AGEs积累、RAGE表达和肌肉组织中的衰老现象。

CRediT作者贡献声明

陈丁成：撰写 – 审稿与编辑、资源管理、研究实施、资金获取、数据管理。黄家华：撰写 – 初稿撰写、方法学设计、研究实施、数据分析。张芳瑜：研究实施、数据分析。徐美玲：撰写 – 审稿与编辑、验证、资源管理、方法学设计、概念构思。蓝国成：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源管理、方法学设计、概念构思。刘兴华：

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究的利益冲突。

数据可用性

数据可应要求提供。

资助

本研究得到了台湾国家科学技术委员会（NSTC，项目编号110-2314-B-002-093-MY3）和三军总医院（TSGH-D-114089）的资助。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的研究。