Elevated Circulating Ceramides 18:0 and 24:1 as a Risk Factor for Sarcopenia: In Vitro, Animal, and Clinical Evidence

《Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle》：Elevated Circulating Ceramides 18:0 and 24:1 as a Risk Factor for Sarcopenia: In Vitro, Animal, and Clinical Evidence

　　

背景：神经酰胺（Ceramides）作为一种促衰老生物活性脂质，与代谢功能障碍和肌肉骨骼衰退有关，但C18:0和C24:1神经酰胺在肌少症（Sarcopenia）病理生理中的具体作用尚不明确。方法：研究人员在分化过程中用C18:0或C24:1神经酰胺处理C2C12成肌细胞和原代成肌细胞，评估肌管形成、迁移和细胞内活性氧（ROS）水平。3月龄C57BL/6小鼠每日腹腔注射C18:0或C24:1神经酰胺持续4周，评估肌肉形态和功能。在临床研究中，通过LC–MS/MS测量165名社区居住老年人（≥65岁）的血清神经酰胺水平，并分析与肌少症参数的关系。结果：C18:0和C24:1神经酰胺通过ROS介导的机制显著损害体外成肌分化，表现为肌管数量、总肌管面积、平均肌管面积和融合指数降低，ROS产生增加高达8.6倍。同时，这两种神经酰胺下调关键成肌标志物，抑制ITGB1-FAK-AKT信号传导，促进FoxO相关的分解代谢通路核激活，这些效应可被抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）减弱。在小鼠模型中，系统性给予任一神经酰胺导致胫骨前肌（Tibialis Anterior）和比目鱼肌（Soleus）肌纤维横截面积（CSA）减小，伴随握力下降、网格悬挂时间缩短和转棒测试（Rotarod test）跌落潜伏期减少。临床队列研究显示，肌少症患者的血清C18:0和C24:1神经酰胺水平分别比对照组高27%和14%（p=0.001和0.018）。此外，血清C18:0和C24:1神经酰胺水平每增加一个标准差，肌少症风险分别增加2.0倍和1.6倍（p=0.003和0.040）。结论：循环C18:0和C24:1神经酰胺与老年人肌少症显著相关，实验模型表明其通过氧化应激诱导的肌生成受损和肌肉功能下降促进肌肉萎缩。这些神经酰胺可作为年龄相关肌肉衰退的无创生物标志物和潜在治疗靶点，调节神经酰胺代谢可能为老龄化人群的肌少症预防和治疗提供新途径。

论文解读：循环C18:0和C24:1神经酰胺作为肌少症的风险因素

研究背景与立题依据

人口老龄化伴随着组织生理功能进行性衰退，血液循环中的系统性因子在此进程中扮演关键角色。异时共生（Heterochronic parabiosis）模型已证实血液因子可调节组织老化。在衰老过程中，骨与骨骼肌存在深刻的生化串扰，骨质疏松与肌少症常并发，显著增加跌倒和残疾风险。神经酰胺是一类鞘脂（Sphingolipids），作为生物活性脂毒性介质参与多种年龄相关疾病。已有研究表明C18:0和C24:1神经酰胺会增加并损害骨代谢，然而鉴于骨质疏松与肌少症的病理联系，这些具有“骨毒性”的神经酰胺是否对骨骼肌产生类似有害影响尚不清楚。因此，本研究采用转化医学方法，结合体外、动物及临床队列，旨在阐明这两种神经酰胺对肌肉代谢的直接影响及其作为肌少症生物标志物的临床意义。

该研究由韩国Asan医学中心等机构的研究人员完成，成果发表于《Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle》。

关键技术方法

本研究采用了多模型整合策略。体外实验利用C2C12成肌细胞系和原代成肌细胞，在分化阶段施加神经酰胺干预，通过免疫荧光、Western blot及qRT-PCR评估肌生成标志物。体内实验选用3月龄雄性C57BL/6小鼠，进行为期4周的腹腔注射给药，随后进行肌肉组织学分析和功能学测试（握力、网格悬挂、转棒实验）。临床研究部分纳入了165名接受综合老年评估的韩国社区居住老年人（≥65岁），排除终末期疾病患者，通过液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）检测血清神经酰胺水平，并依据AWGS指南评估肌少症状态及相关参数，采用协方差分析（ANCOVA）和逻辑回归模型进行统计学关联分析。

研究结果

3.1 C18:0和C24:1神经酰胺通过增加细胞内ROS抑制体外肌生成

研究人员发现，在C2C12成肌细胞和原代成肌细胞分化过程中加入C18:0或C24:1神经酰胺，会显著降低肌管数量、总面积及融合指数，并呈剂量依赖性抑制细胞迁移，但不影响细胞活力。机制上，这两种神经酰胺引起细胞内活性氧（ROS）水平急剧升高（最高达8.6倍）。使用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）预处理后，ROS积累被显著抑制，同时肌管形成的损伤及肌源性标志物（Myogenin, MyHC）的下调均得到挽救。此外，神经酰胺还诱导了细胞衰老（SA-β-gal阳性率增加及p21/p16表达上调），这一过程同样依赖于ROS的产生。

3.2 小鼠系统性暴露于C18:0和C24:1导致肌肉表型受损

在体内实验中，小鼠连续4周接受C18:0或C24:1神经酰胺腹腔注射后，尽管体重无明显变化，但胫骨前肌和比目鱼肌的肌纤维横截面积（CSA）显著减小（分别减少约20%和16%-18%），且肌纤维尺寸分布向小直径偏移。功能学评估显示，干预组小鼠的握力下降，网格悬挂时间及转棒测试跌落潜伏期均显著缩短。组织学分析进一步排除了肌纤维类型转换（I型、IIa型、IIb型比例未变）及再生纤维（中央核）增加的可能性，表明神经酰胺主要诱导了肌肉萎缩而非转化或急性损伤修复。

3.3 神经酰胺通过ROS依赖性抑制ITGB1信号诱导肌肉萎缩

分子机制研究表明，C18:0和C24:1神经酰胺通过ROS依赖的方式显著抑制整合素β1（ITGB1）的表达。ITGB1作为维持肌纤维结构完整性和转导细胞外基质合成代谢信号的关键受体，其下游的FAK-ERK-AKT-S6K1信号轴磷酸化水平随之降低，导致合成代谢受阻。同时，转录因子FoxO1和FoxO3的磷酸化减少，核易位增加，进而上调了泛素连接酶MuRF1和Atrogin-1（即atrogin-1）的mRNA表达，启动泛素-蛋白酶体系统的蛋白降解程序。使用ITGB1激活抗体TS2/16可恢复下游信号，减轻肌管萎缩。

3.4 循环C18:0和C24:1神经酰胺水平升高与老年人肌少症风险相关

临床数据分析显示，肌少症患者组年龄更大，体重和BMI更低，且肌肉量、肌力及身体机能指标均显著受损。在校正性别、年龄和BMI后，肌少症患者的血清C18:0神经酰胺水平比对照组高27%，低肌肉量者高20%；C24:1神经酰胺在肌少症、低肌肉量和握力减弱组中分别升高14%、18%和15%。逻辑回归分析表明，血清C18:0每增加一个标准差，肌少症和低肌肉量的比值比（OR）分别为1.99和2.10；C24:1则分别为1.57和2.38，且还与握力减弱显著相关。

讨论与结论总结

本研究通过多层面证据链揭示了C18:0和C24:1神经酰胺在肌少症发病中的作用。讨论部分指出，这一发现将肌少症视为可修饰的疾病状态，并提出了“神经酰胺-ROS-ITGB1-FoxO”的致病轴：即神经酰胺诱导的氧化应激抑制了ITGB1介导的合成代谢信号（FAK-AKT），同时激活了FoxO驱动的分解代谢程序（MuRF1/Atrogin-1），最终导致肌肉萎缩。值得注意的是，C18:0主要与肌肉量相关，而C24:1与肌肉量和肌力均相关，这可能反映了两者在人类肌肉病理表型上的细微差异。

研究结论强调，循环C18:0和C24:1神经酰胺不仅是老年人肌少症的强相关因子，更是潜在的致病介质。它们通过破坏肌生成和诱导肌肉萎缩表型，为年龄相关的肌肉衰退提供了机制解释。这些发现支持将特定神经酰胺物种作为无创生物标志物用于肌少症风险分层，并指出调节神经酰胺代谢（如通过药物抑制合成酶或生活方式干预）可能成为老龄化人群防治肌少症的新策略。尽管存在横断面研究的局限性及样本种族单一等问题，该工作仍为理解肌少症的脂质代谢机制提供了重要的转化视角。