肌纤维水平RAGE的再表达驱动癌症条件下的肌肉消耗

《Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle》：RAGE Re-Expressed at Myofibre Level Drives Muscle Wasting in Cancer Conditions

　　

背景： 癌症恶液质（CC）是一种高度致残的综合征，以影响大多数晚期癌症患者的体重和身体肌肉流失为特征。晚期糖基化终末产物受体（RAGE）由多种细胞类型表达，并在急慢性疾病中维持炎症反应。RAGE的总缺失（Ager?/?小鼠）可抑制CC并提高荷瘤小鼠的存活率。RAGE在健康成年肌纤维中不表达，但在癌症条件下会在萎缩肌纤维中再表达。然而，肌肉RAGE对CC的具体贡献尚不清楚。 方法： 研究人员利用HSA/Cre-loxP系统，构建了可诱导的肌纤维特异性RAGE条件性敲除（AgermKO）小鼠模型。将经他莫昔芬处理的AgermKO、Agerflox和Ager?/?小鼠皮下注射Lewis肺癌（LLC）细胞，监测至接种后25天（25?dpi），此时对荷瘤小鼠和对照小鼠进行组织学、分子和蛋白质组学分析。同时分析了前恶液质和恶液质胰腺癌患者肌肉样本以验证结果。 结果： 与LLC-Agerflox小鼠相比，LLC-AgermKO小鼠体重减轻减少（7.5% [p?=?0.004] vs. 15.1% [p?<?0.0001]），后肢肌肉质量和肌力及肌纤维横截面积无显著降低，存活率增加（25?dpi时69.2% vs. 42.9%小鼠存活），且肌肉和血清促炎因子受到抑制。从机制上讲，AgermKO肌肉通过维持活跃的Akt-GSK-3β-PGC-1α信号通路抵抗癌症诱导的萎缩，并增加了肌球蛋白重链（MyHC）-I和-IIa的合成（分别增加71.8% [p?=?0.008]和73.9% [p?=?0.002]）以及杂合MyHC-I/IIa肌纤维增加76.3%（p?=?0.008）。取决于RAGE表达的不同蛋白质组特征描述了荷瘤小鼠的肌肉，支持肌肉中RAGE消融的保护作用。LLC/AgermKO肌肉显示参与糖酵解和葡萄糖分解代谢的几种酶数量增加，这是Warburg代谢的典型特征。值得注意的是，与前恶液质和恶液质癌症患者相比，健康对照受试者的肌肉中RAGE数量增加约3倍（p?<?0.05），且Akt-GSK-3β-PGC-1α信号通路受到抑制。 结论： 数据证明，在癌症条件下，肌纤维水平的RAGE参与驱动体重和肌肉重量损失以及炎症。肌肉中的RAGE消融通过肌纤维重塑和糖酵解重编程赋予了对CC的抵抗力。在临床方面，RAGE的过表达是癌症患者肌肉中的早期事件，表明RAGE在恶液质综合征的发生中起作用。因此，靶向RAGE的分子策略可能有助于对抗恶液质并延长癌症患者的生存期。

该研究针对癌症恶液质（CC）中骨骼肌流失的核心机制展开，聚焦于晚期糖基化终末产物受体（RAGE）在肌纤维中的特异性作用。癌症恶液质作为一种导致半数以上晚期癌症患者死亡的致残综合征，目前缺乏有效治疗手段。虽然已知RAGE在全身缺失时可延缓恶液质，但其在肌纤维内再表达对疾病的具体驱动作用尚不明确。为此，研究人员构建了肌纤维特异性RAGE条件性敲除（Ager^mKO）小鼠模型，结合临床样本分析，揭示了肌纤维RAGE通过激活特定信号通路和代谢重编程促进肌肉消耗的机制，该论文发表于《Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle》。

在研究技术上，研究人员主要采用他莫昔芬诱导的HSA/Cre-loxP系统构建Ager^mKO小鼠，利用Lewis肺癌（LLC）细胞皮下注射建立癌症恶液质模型。通过基因组PCR确认肌肉特异性基因缺失，采用Western blotting（WB）、实时PCR、免疫荧光和ELISA检测分子表达及细胞因子水平。蛋白质组学分析基于液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）和Label-free定量技术。临床样本来源于胰腺癌患者（前恶液质与恶液质阶段）及疝气手术对照者的腹直肌活检组织。

1. 肌纤维特异性RAGE敲除（Ager^mKO）小鼠模型的构建

研究人员利用Cre-loxP系统成功构建了仅在成年肌纤维中可诱导性缺失RAGE的Ager^mKO小鼠。经他莫昔芬诱导后，PCR证实仅在骨骼肌中检测到Ager基因外显子4至7的缺失，且基础状态下小鼠表型正常，体重、肌肉质量及功能与对照组无差异。

2. Ager^mKO小鼠在癌症条件下体重减轻较少且存活时间更长

在LLC诱导的癌症模型中，Ager^mKO小鼠表现出对恶液质的显著抗性。与对照组（LLC/Ager^flox）相比，其体重丢失程度显著降低（7.5% vs. 15.1%），生存期明显延长（25天时69.2%存活 vs. 42.9%）。尽管完全缺失RAGE（Ager^?/?）提供了最全面的保护，但仅肌肉局部的RAGE缺失已足以产生显著的生存获益，且肿瘤体积无显著差异，表明保护作用源于宿主肌肉反应而非肿瘤生长的改变。

3. 肌肉水平RAGE消融抑制癌症诱导的肌肉萎缩

肌肉称重和形态学分析显示，LLC/Ager^flox小鼠的后肢肌肉质量及肌纤维横截面积（CSA）显著下降，而Ager^mKO小鼠的肌肉质量和肌力得以维持。这表明RAGE在肌纤维内的激活是导致癌症诱导肌肉萎缩的关键因素。

4. Akt-GSK-3β-PGC-1α信号传导增加及MyHC-I和-IIa升高是癌症条件下缺乏RAGE肌肉的特征

机制研究表明，Ager^mKO肌肉在癌症条件下维持了较高的蛋白合成激酶Akt磷酸化水平（p-Akt），进而抑制糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）的活性，稳定了过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC-1α）的表达。这导致泛素连接酶（Atrogin-1/Fbxo32和MuRF1/Trim63）未上调。同时，肌肉发生了肌纤维类型重塑，慢缩氧化型（MyHC-I）和快缩氧化酵解型（MyHC-IIa）肌球蛋白重链表达显著增加，并出现了大量杂合的MyHC-I/IIa肌纤维，这种变化被认为有助于提高肌纤维的抗萎缩能力。

5. 肌肉水平RAGE消融转化为降低的系统性和肌肉炎症

血清细胞因子分析显示，Ager^mKO小鼠血清中促恶液质因子（如TNF-α、IL-1β、IL-6、LIF）水平显著低于对照组，而具有保护作用的肌因子IL-15维持在生理水平。肌肉组织中促炎因子的基因表达同样受到抑制，证明肌纤维RAGE是维持局部及全身性炎症的重要驱动力。

6. 荷瘤Ager^flox、Ager^mKO和Ager^?/?小鼠显示出独特的肌肉蛋白质组特征

蛋白质组学分析揭示了三组荷瘤小鼠截然不同的分子特征。Ager^mKO肌肉中富集了参与糖酵解和葡萄糖分解代谢的酶（如ALDOA、ENO1B、HK1、LDHA、PGK1、PKM），呈现出类似Warburg效应的代谢重编程，即通过增强糖酵解快速再生ATP并支持生物合成。此外，与对照组相比，Ager^mKO和Ager^?/?肌肉中抗氧化酶（LGUL、PON3、CNDP2）上调，而促凋亡蛋白FIS1下调。相反，对照组肌肉则富集了细胞死亡和凋亡相关的蛋白。

7. 前恶液质和恶液质患者的肌肉表达增加的RAGE量并显示降低的PGC-1α信号传导

临床样本验证显示，胰腺癌患者（包括前恶液质期）的肌肉中RAGE表达较健康对照增加约3倍，且伴随着Akt-GSK-3β-PGC-1α信号通路的抑制。这证实了动物实验的发现，表明RAGE的再表达是癌症恶液质早期的肌肉事件，且该信号通路在人类疾病中具有保守性。

讨论与结论总结

讨论部分指出，该研究明确了肌纤维水平RAGE的再表达是驱动癌症恶液质中肌肉消耗和炎症的关键事件。肌纤维特异性RAGE缺失通过维持Akt-GSK-3β-PGC-1α通路的活性，抑制泛素-蛋白酶体系统的过度激活，同时促进向耐疲劳的氧化型肌纤维转化，并启动以糖酵解增强为特征的代谢适应，从而抵抗萎缩。尽管全身RAGE缺失（Ager^?/?）提供了最全面的保护（涉及免疫等非肌肉因素），但仅靶向肌肉RAGE已显示出显著的治疗效果。临床数据的验证进一步支持了RAGE作为潜在治疗靶点的可行性。鉴于RAGE在正常成年肌肉中低表达，且在癌症患者肌肉中早期即出现再表达，开发针对RAGE的抑制剂（如Azeliragon/TTP488）有望成为延缓恶液质进展、提高癌症患者生活质量和生存率的新策略。