骨骼肌蛋白质组学将线粒体丰度与活跃年轻男性的峰值脂肪氧化联系起来

《The Journal of Physiology》：Skeletal muscle proteomics links mitochondrial abundance with peak fat oxidation in physically active young males

峰值脂肪氧化（PFO）及其发生时的运动强度（Fatmax）的个体间变异性被归因于生理因素、饮食和体力活动；然而，很少有研究检查骨骼肌特征的贡献。本研究检查了年轻、活跃男性中PFO、Fatmax与骨骼肌蛋白质组之间的关系。研究人员对34名年轻、瘦削男性进行了表型分析，包括评估有氧能力（V?O_2peak）、PFO、身体成分、空腹血液样本和肌肉活检。基于液相色谱-质谱（LC-MS）的蛋白质组学用于评估骨骼肌蛋白质丰度。只有绝对PFO（g min^-1）与V?O_2peak呈正相关（r = 0.496，P = 0.003）。少数骨骼肌蛋白质与绝对PFO相关，而相对PFO和Fatmax与大量线粒体蛋白质呈正相关，这些蛋白质富集于代谢通路、氧化磷酸化（OXPHOS）和其他线粒体过程。线粒体蛋白质组丰度与相对PFO（r = 0.633，P < 0.001）和Fatmax（r = 0.595，P < 0.001）均呈正相关。线粒体复合物特异性分析表明，呼吸链复合物V与相对PFO和Fatmax均相关。多元回归分析表明，线粒体丰度和肌肉糖原解释了相对PFO变异的55%，而仅线粒体丰度就解释了Fatmax变异的43%。绝对PFO由V?O_2peak、线粒体丰度和肌肉糖原含量共同解释（r² = 0.562）。这种非靶向蛋白质组学方法强调，在瘦削、活跃的年轻男性中，骨骼肌线粒体含量对PFO和Fatmax的个体间变异性有贡献。

**论文解读：骨骼肌蛋白质组学揭示线粒体丰度与峰值脂肪氧化的关联**

**一、研究背景与目的**

运动强度是决定工作肌肉燃料选择的关键因素。在静息和低至中等强度运动时，脂肪酸（Fatty Acids, FAs）是主要燃料，但当运动强度从中等过渡到高等时，脂质利用下降，这涉及血浆衍生脂肪酸和肌内脂质（Intramuscular Lipids, IMTG）的利用减少。峰值脂肪氧化（Peak Fat Oxidation, PFO）及其发生的运动强度（Fatmax）可通过递增运动方案系统确定。已有研究表明，PFO受有氧能力、训练状态、身体成分、饮食和生物学性别等生理因素显著影响，且与代谢健康结局相关。然而，PFO存在巨大的个体间变异性（报道范围0.17–1.27 g min^-1），而常见的行为和生理因素只能解释约50%的变异（当PFO以去脂体重校正时，解释程度更低）。由于骨骼肌是运动过程中脂肪酸氧化的主要部位，多项研究探索了骨骼肌特征与PFO的关系，但大多局限于小样本（n=15–17）或将耐力训练与未训练个体合并分析，可能混淆了训练状态带来的影响；此外，这些研究仅检测了有限数量的特定蛋白质（如脂肪酸转运、氧化相关蛋白）。基于质谱（Mass Spectrometry, MS）的蛋白质组学能更广泛地检查骨骼肌蛋白质组成，但此前尚未被用于探究PFO个体差异与肌肉蛋白质组的关系。本研究旨在通过非靶向MS蛋白质组学结合全面代谢表型分析，在年轻、活跃男性中阐明骨骼肌蛋白质组与PFO及Fatmax的关联。该论文发表在《The Journal of Physiology》。

**二、主要关键技术方法**

研究人员招募了34名中等至良好训练的年轻男性（年龄27±5岁，体脂率16.3±5.0%，最大摄氧量V?O_2peak为55.6±4.6 mL kg^-1 min^-1），并进行了两次递增运动测试以确定PFO和Fatmax（取均值以提高可靠性）。表型分析包括：间接测热法测定底物氧化；双能X射线吸收法（Dual-energy X-ray Absorptiometry, DXA）评估身体成分；空腹静脉血采集；从股外侧肌（musculus vastus lateralis）获取肌肉活检。蛋白质组学方面，采用基于液相色谱-串联质谱（nano LC-MS/MS Orbitrap）的非靶向数据依赖采集方式，通过Proteome Discoverer软件定量蛋白质丰度（共检测2325种蛋白质）。线粒体丰度通过线粒体蛋白质组总强度比值和柠檬酸合酶（Citrate Synthase, CS）活性共同评估，并利用Gene Ontology注释划分线粒体蛋白。统计方法包括Spearman秩相关（经Benjamini-Hochberg校正FDR）、Kendall秩相关（τ）和逐步多元线性回归分析。样本来源于丹麦哥本哈根地区。

**三、主要研究结果**

**1. Physiological and metabolic phenotyping（生理与代谢表型）**
通过递增运动测试和表型测量发现，尽管参与者为同质性较高的活跃年轻男性，但PFO仍存在3倍以上的个体间变异（绝对PFO范围0.18–0.64 g min^-1，相对PFO范围2.54–8.07 mg kg FFM^-1 min^-1）。绝对PFO仅与绝对V?O_2peak呈正相关（r=0.496, P=0.003）；相对PFO和Fatmax与任何生理变量（体成分、有氧能力等）无显著相关（FDR校正后）。

**2. Skeletal muscle proteomic signatures of absolute PFO（绝对PFO的骨骼肌蛋白质组特征）**
蛋白质组关联分析显示，经多重检验校正后，仅2种蛋白质与绝对PFO显著正相关：辅酶Q结合蛋白COQ10同源物A（COQ10A）和甲基戊二酰辅酶A水合酶（AUH），二者均定位于线粒体。表明绝对PFO与骨骼肌蛋白质组的关联极为有限。

**3. Skeletal muscle proteomic signatures of relative PFO（相对PFO的骨骼肌蛋白质组特征）**
51种蛋白质与相对PFO（按去脂体重校正）显著正相关（FDR<0.05）。功能富集分析（Gene Ontology Biological Process）表明这些蛋白质高度富集于代谢通路（如三羧酸循环、脂肪酸氧化）、细胞呼吸（氧化磷酸化）以及线粒体运输与组织。其中大部分（>70%）为线粒体蛋白。线粒体蛋白质组丰度与相对PFO强正相关（r=0.633, P<0.001），CS活性也呈类似关联（r=0.640, P<0.001）。在线粒体呼吸链复合物中，ATP合酶（复合物V）的丰度相对比例与相对PFO相关性最强（τ=0.358, P=0.003），且复合物V丰度与线粒体总丰度高度相关（r=0.612, P=0.0001）。CS活性与线粒体蛋白质组丰度高度一致（r=0.725, P<0.001），证实了蛋白质组估计的可靠性。

**4. Skeletal muscle proteomic signatures of Fatmax（Fatmax的骨骼肌蛋白质组特征）**
33种蛋白质与Fatmax显著相关，其中32种呈正相关，1种（微管调节蛋白CLIP1）呈负相关。正相关蛋白富集于脂质代谢、ATP合成耦联电子传递及线粒体跨膜转运等通路，29种为线粒体蛋白。线粒体蛋白质组丰度（r=0.595, P=0.0002）和CS活性（r=0.453, P=0.007）均与Fatmax正相关。复合物V的相对丰度也与Fatmax显著相关（τ=0.282, P=0.020）。与相对PFO共有的关联蛋白达21种（占Fatmax关联蛋白的64%），主要为线粒体代谢蛋白。

**5. Multiple regression analysis to explain the variability in PFO（解释PFO变异的多元回归分析）**
以绝对V?O_2peak、线粒体蛋白质组丰度和肌肉糖原含量为自变量进行逐步多元线性回归：绝对PFO可由三者共同解释（r²=0.562，各变量独立贡献均显著）；相对PFO由线粒体丰度（标准化系数β=0.761, P<0.001）和肌肉糖原（β=?0.407, P=0.003）解释，V?O_2peak无独立贡献（模型r²=0.549）；Fatmax仅由线粒体丰度独立解释（β=0.654, P<0.001，r²=0.427），V?O_2peak和糖原均无独立关联。

**四、讨论与结论**

讨论部分强调，在相对均质的活跃男性队列中，PFO的个体间差异主要与骨骼肌线粒体丰度相关，而非有氧能力（V?O_2peak）。具体而言：相对PFO和Fatmax与线粒体蛋白质组丰度及CS活性均强相关，且多元回归显示线粒体丰度是唯一独立解释Fatmax的变量；绝对PFO则受V?O_2peak和线粒体丰度的共同影响。线粒体复合物V的丰度与PFO及Fatmax的关联尤其突出，可能与其在嵴重塑和氧化磷酸化中的核心作用有关，但其他嵴重塑蛋白（如MICOS复合物）未显示显著关联。肌纤维类型（肌球蛋白重链亚型）与PFO无显著关联，不支持其作为主要决定因素。肌肉糖原含量在多元回归中与PFO呈负相关，与经典的糖原-脂肪氧化反向调节关系一致。研究局限性包括：未检测到部分低丰度脂肪代谢关键蛋白；仅纳入男性，无法推广至女性。最终结论部分翻译如下：“在本研究中，研究人员使用基于非靶向质谱的蛋白质组学方法，检查了PFO与骨骼肌蛋白质组之间的关系。研究证明，在年轻、中等训练水平的男性队列中，线粒体蛋白质组的丰度与相对PFO、绝对PFO以及Fatmax均独立相关。重要的是，V?O_2peak与相对PFO或Fatmax无独立相关性，表明骨骼肌线粒体丰度在确定运动过程中的底物选择方面特别重要。这些发现通过证明肌肉氧化能力对PFO个体间变异性的贡献，为现有研究增添了新的证据。”