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本文研究了口服乳酸（一种重要的信号分子）补充对雄性大鼠骨骼肌适应慢性神经肌肉电刺激（NMES）的影响。研究发现，补充乳酸增强了NMES对氧化型比目鱼肌的增肌和增力效果，并通过调节肌核相关蛋白表达、肌原纤维蛋白合成和线粒体相关信号通路，以肌肉类型依赖的方式发挥了促合成代谢和代谢重塑作用。这表明乳酸可能作为一种新型的代谢性辅助剂，提高基于NMES的康复或训练方案的效率。
引言背景
骨骼肌具有高度的可塑性，能够响应机械和代谢刺激。神经肌肉电刺激（NMES）作为一种替代主动抗阻训练的方法，广泛应用于临床和康复领域，能够募集肌纤维并施加足够的机械负荷以诱导肌肉适应。然而，其促合成代谢效应通常有限。乳酸长期以来被认为是无氧代谢的副产物，现在被认识到是一种重要的信号分子，可以显著影响骨骼肌重塑，参与激活细胞外信号调节激酶（ERK）和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路等关键分子通路。但此前研究多集中于耐力训练模型或超负荷范式，且关于乳酸能否在NMES等生理性抗阻负荷下增强肌肉适应，以及骨骼肌不同类型纤维对乳酸信号的反应特异性，仍不明确。本研究假设，口服乳酸补充将通过促进合成代谢和代谢重塑，以纤维类型依赖的方式增强骨骼肌对NMES的适应。
材料与方法
使用10周龄雄性Wistar大鼠，经过一周适应后，随机分为四组：水+急性刺激（WA）、乳酸+急性刺激（LA）、水+慢性刺激（WC）、乳酸+慢性刺激（LC）。在电刺激前15-20分钟，经口灌胃给予L-乳酸钠（2 g/kg体重）或等体积蒸馏水。电刺激方案为在异氟烷麻醉下，对一侧后肢三头肌施加表面电极刺激，进行强直收缩。急性组接受单次刺激，慢性组在2周内隔天进行，共6次。评估指标包括肌肉重量、最大等长跖屈扭矩、血液乳酸浓度、肌肉耐力、乳酸阈值、肌球蛋白重链（MyHC）亚型组成、蛋白合成（嘌呤霉素掺入）、信号通路蛋白（mTOR、p70S6K、4EBP1、ERK的磷酸化与总蛋白）、肌核相关蛋白（PCM1）、线粒体相关蛋白（PGC-1α、OXPHOS复合体、柠檬酸合酶）以及乳酸转运体（MCT1、MCT4）和受体（GPR81）的表达。
结果
肌肉力量输出与肌肉重量
慢性电刺激显著增加了刺激肢体的最大等长扭矩。尽管乳酸摄入本身没有产生显著的主动效应，但事后分析显示，乳酸+慢性刺激（LC）组训练后的扭矩相比训练前有显著增加。在肌肉重量方面，补充乳酸与慢性NMES相结合，导致比目鱼肌湿重显著增加，存在显著的乳酸×时间交互作用。对于趾肌，也观察到了时间效应和接近显著的乳酸主效应，表明乳酸摄入对训练引起的肌肉质量增加有潜在累积效益。MyHC亚型电泳分析显示，在比目鱼肌中，乳酸摄入组（无论是否训练）的IIa型MyHC比例显著更高，Western blot也证实了MyHC-IIa蛋白表达的升高，表明乳酸摄入引起了向更氧化-糖酵解表型的转变。而在趾肌中，未观察到各组间MyHC亚型组成的显著差异。
血液乳酸对口服乳酸摄入的反应
在整个训练期间，乳酸+慢性刺激（LC）组大鼠在口服乳酸后血液乳酸浓度显著升高，证实了给药方案的有效性，并且这种升高在干预期间持续存在。
训练期间的峰值扭矩和抗疲劳性
在六次慢性刺激过程中，所有组的峰值扭矩值在每个训练日都逐渐增加。在第一天，乳酸摄入显著增强了峰值扭矩的产生。此外，LC组在多次训练中的扭矩递减比显著小于对照组，表明乳酸摄入可能有助于减轻重复高频收缩期间的疲劳。
肌肉耐力表现与乳酸阈值测试
在单独的肌肉耐力测试中，急性乳酸摄入组在重复电刺激收缩期间的总做功（扭矩-时间曲线下面积）显著高于水组，表明急性乳酸摄入增强了骨骼肌在重复收缩期间的抗疲劳能力，与峰值力量生成能力无关。但在跑步机乳酸阈值测试中，慢性乳酸补充并未改变全身耐力能力。
急性mTOR通路激活在氧化型肌肉中得到乳酸增强
在比目鱼肌中，单次刺激后，乳酸+急性刺激（LA）组的mTOR磷酸化水平显著高于水+急性刺激（WA）组，表明乳酸摄入可急性激活氧化型肌肉中的mTOR通路。其下游靶点p70S6K、4EBP1和ERK1/2的磷酸化水平也有升高趋势。而在趾肌中，未观察到mTOR信号的显著变化，表明氧化型肌肉可能对乳酸的早期合成代谢信号更敏感。
乳酸增强了肌原纤维部分的蛋白合成
在比目鱼肌中，LC组的肌原纤维（不溶性）蛋白部分的嘌呤霉素掺入量显著高于其他各组，表明慢性NMES期间乳酸摄入与更高的肌原纤维蛋白合成相关。而在可溶性部分或c-Myc、rpS6蛋白表达上未观察到显著的组间差异。在趾肌中，两个蛋白部分的嘌呤霉素掺入均无显著组间差异，表明乳酸对蛋白合成的刺激作用在氧化型肌纤维中更为明显。
乳酸摄入增加了比目鱼肌中PCM1蛋白丰度
乳酸摄入与比目鱼肌中PCM1蛋白水平的显著增加相关，表明在慢性NMES期间，乳酸补充与氧化型肌肉中肌核相关蛋白标志物的变化有关。在趾肌中未观察到类似变化。
乳酸增强了对慢性训练的PGC-1α表达
在LC组大鼠的趾肌中，慢性刺激结合乳酸摄入提高了PGC-1α蛋白的表达。此外，柠檬酸合酶水平存在显著的时间效应，OXPHOS复合体蛋白表达也有升高趋势。这些发现与训练诱导的趾肌线粒体适应一致。相比之下，比目鱼肌在PGC-1α、OXPHOS复合体或柠檬酸合酶表达上未显示显著的组间差异。这表明在电诱发的收缩期间，乳酸可能优先促进糖酵解型肌肉中的线粒体基因表达。
乳酸转运体（MCT1/4）和受体（GPR81）的表达
慢性刺激（无论是否摄入乳酸）后，比目鱼肌和趾肌中MCT1和GPR81的表达水平均未发生显著变化。在比目鱼肌中，MCT4的表达存在显著的时间主效应，表明存在独立于乳酸摄入的训练诱导性增加，而在趾肌中未检测到类似变化。这表明乳酸转运体和受体的表达基本不受乳酸补充的影响。
讨论
本研究的主要发现表明，口服乳酸摄入：1）增强了肌肉质量和扭矩输出，尤其是在比目鱼肌；2）增加了氧化型肌肉中的PCM1丰度；3）选择性地促进了肌原纤维蛋白合成和急性mTOR信号传导，而不影响c-Myc或rpS6；4）诱导了糖酵解型肌肉的线粒体相关适应；5）以肌肉类型依赖的方式调节了MHC亚型表达模式。这些发现表明，乳酸作为一种代谢衍生的信号分子，与骨骼肌中独特的分子特征和功能结果相关。乳酸可能充当一种肌代谢物，通过特定的信号通路（特别是mTORC1）将机械负荷与合成代谢重塑联系起来。间歇性乳酸给药方案可能反映了更接近实际应用场景的情况。乳酸对肌原纤维蛋白合成的选择性刺激表明其特异地增强了收缩蛋白网络的翻译效率。乳酸摄入还与糖酵解型趾肌中PGC-1α表达的增加相关，但未改变全身耐力能力，这提示了其主要是局部、肌肉特异性的代谢效应。MyHC IIa蛋白在比目鱼肌中的增加表明，即使在 predominantly 氧化型组织中，乳酸也能引起收缩表型的微妙转变。乳酸转运体和受体表达的缺乏显著变化表明，观察到的功能效应可能是通过预先存在的转运体和受体系统介导的，而不是通过转录上调。
局限性与未来方向
本研究的局限性包括：未进行纤维横截面积形态学评估或免疫组化分析；未纳入腓肠肌的分子分析；刺激量相对适中；未完全阐明mTOR效应物或转录调节因子的时间动力学；仅使用雄性大鼠；未设置不进行NMES的单独乳酸组；未对GPR81活性或下游氧化还原信号进行功能测定。尽管如此，本研究结果提供了证据，表明口服乳酸摄入与抗阻型电刺激期间纤维类型依赖的分子和功能适应相关，并可能促进这种适应。从转化角度来看，乳酸补充可能为神经肌肉电刺激提供一种低负担、代谢活性的辅助手段，在衰老、康复或常规运动受限的临床环境中具有潜在应用价值。
