《International Journal of Molecular Sciences》：Moderate Aerobic Training Causes Muscle Wasting in a DMBA-Induced Sarcoma Rat Model
Rafael Ribeiro Correia,
Allice Santos Cruz Veras,
Maria Eduarda Almeida Tavares,
Victor Rogério Garcia Batista,
Sarah Santiloni Cury,
Jakeline Santos Oliveira,
Geysson Javier Fernandez,
Brittany R. Counts,
Omnia U. Gaafer and
Giovana Rampazzo Teixeira
+ 7 authors
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本综述揭示了在已建立的促炎性DMBA诱导肉瘤大鼠模型中，后期介入的中等强度有氧运动（60% Pmax）非但未能改善癌症恶病质（cachexia），反而加剧了肌肉消耗、促进肿瘤生长，并导致运动不耐受。其机制涉及加剧的炎症反应、能量代谢（如氧化磷酸化、TCA循环）基因抑制，以及增强的趋化因子信号（如CXCL6_CXCR2、CCL19_CXCR3）介导的肿瘤-肌肉交互对话。该研究表明，在晚期癌症的特定炎症背景下，标准化运动干预需极为审慎。
1. 引言
癌症恶病质是一种由肿瘤引发的复杂代谢综合征，其特征是严重的体重减轻，包括骨骼肌和体脂的系统性丢失，并伴随炎症。它影响约50%的癌症患者的生活质量与生存率。虽然运动通常对健康个体和慢性病患者有益，且在恶病质中的效果普遍被认为是积极的，但在癌症相关恶病质中，运动的效果存在相互矛盾的报告。本研究旨在探讨在癌症恶病质大鼠模型中，中等强度有氧运动的效果，并聚焦于肿瘤、血清和骨骼肌之间的分子交互对话。
研究人员使用7,12-二甲基苯并蒽（DMBA）腹腔注射诱导斯普拉格-道利（Sprague-Dawley）雄性大鼠产生肉瘤样肿瘤。动物被分为三组：非癌症组（Non-Cancer）、癌症组（Cancer）以及癌症加运动组（Cancer + Ex）。运动组接受为期八周、强度为最大速度60%（中等强度）的跑台训练。
2. 结果
2.1. DMBA癌症模型未呈现完全的恶病质表型，但有氧运动使其达到该表型
实验发现，虽然癌症组动物在处死时的去瘤体重低于非癌症组，但单纯的DMBA诱导并未导致骨骼肌重量显著减轻或纤维化，表明该模型本身不足以诱导完全的癌症恶病质。然而，引人注目的是，在癌症基础上施加八周有氧运动后，癌症加运动组出现了更为严重的表型：与癌症组相比，该组动物的去瘤体重进一步下降，肿瘤重量显著增加，并且出现了进行性的运动不耐受（运动耐受时间在第八周评估时大幅下降）。
在肌肉组织方面，与癌症组和非癌症组相比，癌症加运动组的胫骨前肌（tibialis anterior）和腓肠肌（gastrocnemius）重量显著降低。组织学分析显示，癌症加运动组的肌肉出现更多胶原沉积，并且肌肉纤维横截面积（CSA）减小。此外，癌症恶病质相关基因，如肌肉萎缩关键泛素连接酶Fbxo32、白细胞介素-6信号通路成员Il6st等，在癌症组和癌症加运动组中均上调；而Casp3、Igf1r等基因仅在癌症加运动组中特异性上调。自噬和氧化应激相关基因的表达改变也主要集中于癌症加运动组。肌肉质量的减少与肿瘤重量呈负相关，在癌症加运动组中这种相关性更为显著。这些数据表明，运动加剧了DMBA癌症模型的恶病质表型。
2.2. 肌肉的恶病质反应因有氧运动而加剧
对胫骨前肌的转录组（RNA sequencing）分析揭示了显著的基因表达变化。与非癌症组相比，癌症加运动组存在大量差异表达基因（上调1276个，下调744个）。无监督聚类分析将差异基因分为两个主要集群。第一集群基因在非癌症、癌症到癌症加运动组中表达呈递增趋势，其通路富集分析显示，免疫反应、先天免疫、血小板活化、细胞因子反应（包括白细胞介素-6信号）等炎症相关通路被激活。第二集群基因的表达呈递减趋势，其富集通路包括三羧酸（TCA）循环、呼吸电子传递、氧化磷酸化等能量代谢通路，表明能量生成过程受到抑制。
2.3. 肿瘤转录组揭示其为横纹肌肉瘤，且受有氧运动影响的基因改变有限
对肿瘤组织的分析表明，DMBA诱导产生的肿瘤被鉴定为横纹肌肉瘤样肿瘤。尽管癌症加运动组的肿瘤体积更大，但转录组层面的差异基因相对较少（与癌症组相比，仅132个下调，24个上调）。然而，富集分析显示，运动上调了肿瘤中ERBB2-EGFR信号通路（部分由Tgfa基因的10.6倍上调驱动）、胶原生物合成和修饰酶等相关基因。同时，运动下调了肿瘤中趋化因子/趋化因子受体（如Ccl19， Ccl11）等通路基因。蛋白质组分析进一步证实，运动增加了肿瘤中与细胞外基质组织调控相关的蛋白质（如VEGF， MMP3， MMP9）的丰度。
2.4. 血清蛋白质与恶病质宏观环境中的潜在交互对话
血清细胞因子阵列分析发现，与非癌症组相比，癌症组和癌症加运动组中有40种蛋白质的表达量增加超过两倍，且两组间水平相似。这些上调的蛋白质包括多种趋化因子，如CCL2， CCL5， CCL11， CCL17， CCL20， CCL21和LIX。对这些蛋白质对应基因的表达分析提示，许多血清因子（如Ccl2， Ccl5等）在肿瘤组织中的表达远高于肌肉组织，表明肿瘤可能是这些血清因子的主要来源。而另一些因子（如Wisp1， Nov， Cxcl5）在肿瘤和肌肉中均未检测到表达，提示它们可能来源于其他组织。
2.5. 趋化因子通路在两种组织中均被激活，是介导肿瘤-肌肉交互对话中肌肉消耗的候选通路
为了探究肿瘤与肌肉之间潜在的分子对话，研究人员进行了交互作用分析。在自分泌（同一组织内）分析中，在肌肉内发现了五对强相互作用的配体-受体对，包括CCL19_CXCR3， CCL5_CCR3， CXCL11_CXCR3等；在肿瘤内则发现了CXCL6_CXCR2和BMP2_BMPR1B。这些基因的富集分析显示，趋化因子受体结合趋化因子是最相关的生物学过程。
在旁分泌（组织间）分析中，从肿瘤到肌肉的潜在交互作用有12对，涉及肌肉内与内吞作用和GPCR配体结合相关的受体。从肌肉到肿瘤的潜在交互作用有24对，涉及肿瘤内与细胞外基质组织和整合素信号通路相关的受体。这些结果提示，运动可能通过增强肿瘤和肌肉内部（自分泌）及彼此之间（旁分泌）的趋化因子信号网络，加剧了恶病质和肿瘤进展。
3. 讨论
本研究的发现与通常报道的运动对癌症恶病质的益处相悖。在这项特定的DMBA诱导的晚期肉瘤模型中，后期介入的中等强度有氧运动导致了负面结果：运动耐受性降低、肿瘤生长加速以及肌肉消耗加剧。运动增强了肿瘤大鼠已有的炎症和分解代谢通路，同时损害了肌肉的能量生产通路（如氧化磷酸化）。研究揭示了运动可能通过促进肿瘤和肌肉内部及之间的促肿瘤生成和促恶病质趋化因子信号通路（如肿瘤中的CXCL6-CXCR2轴，肌肉中的CCL19/CCL5/CXCL11-CXCR3/CCR3轴），驱动了肿瘤生长和肌肉消耗的恶性循环。
有多种因素可能解释本研究与其他报道运动有益的研究之间的差异。首先，DMBA诱导的癌症模型具有高度异质性、进展快速和全身性炎症环境强烈的特点，不同于发展较缓的遗传模型。其次，运动干预是在肿瘤进展的相对晚期（诱导后约13周）才开始，此时肌肉可能已处于代谢受损状态，难以承受额外的生理负荷。第三，固定的中等强度（60% Pmax）跑台强制训练方案，可能对恶病质动物构成了过度训练和生理应激，促进了皮质酮等应激激素的释放，从而可能促进了肿瘤生长。因此，运动的益处高度依赖于具体情境，包括疾病阶段、肿瘤类型和个体代谢储备。本研究并非否定运动在癌症治疗中的价值，而是强调了在制定运动处方时，需要根据患者的特定临床状况进行高度个体化和审慎的评估。
4. 材料与方法（概述）
研究使用30只4周龄雄性斯普拉格-道利大鼠，分为非癌症组、DMBA癌症组和癌症加运动组。癌症通过单次腹腔注射DMBA（65 mg/kg）诱导。运动组在肿瘤诱导后第13周开始，进行为期8周、每周5天、强度为个体化最大速度60%的跑台训练。实验终点时，收集血清、多种组织（肌肉、脂肪、器官）和肿瘤。分析内容包括体重、肿瘤重量、器官重量、肌肉组织学（H&E染色、天狼星红染色、NADH-TR染色）、氧化应激生物标志物、胫骨前肌及肿瘤的RNA测序、血清及肿瘤的蛋白质组学（抗体芯片）以及生物信息学分析（差异基因、通路富集、免疫细胞反卷积、配体-受体互作分析）。数据以均值±标准差表示，使用适当的统计方法（如单因素方差分析、t检验、皮尔逊相关）进行分析，显著性水平设定为p < 0.05。
