肌肉如何衰老，運動如何減緩肌肉衰老

研究人員解開了肌肉衰老之謎。到目前為止，唯一可靠的治療方法是運動。

牛逼啊！你已經超過30歲，進入了而立之年。不過卻要告訴你一些壞消息，你已經開始失去減少肌肉了。而且更糟的是60歲以上的成年人中有多達四分之一，80歲以上的成年人中，有一半的人手臂和腿部比年輕時更瘦。

1988年，塔夫茨大學的歐文·羅森伯格創造希臘根術語“少肌癥”來形容這個年齡相關的缺乏（減少癥肉（中）扎爾克斯）。肌肉衰老可能有幾個潛在因素，包括肌肉干細胞數量減少，線粒體功能障礙，蛋白質質量和形成數量下降，以及荷爾蒙放松管制。肌肉質量的減少與肌肉無力相關，并且可能之前肌肉無力，這可能使許多老年人難以進行日常活動，例如爬樓梯甚至從椅子上爬起來。這可能導致不活動，這本身會導致任何年齡段的肌肉損失。因此，老年人可以進入惡性循環，最終導致跌倒，失去獨立，甚至過早死亡的風險增加。

好消息是，運動可以避免甚至逆轉肌肉損失和虛弱。最近的研究表明，身體活動可以促進線粒體健康，增加蛋白質周轉，并恢復參與肌肉功能的信號分子水平。但是，雖然科學家們已經了解了很多關于衰老的問題，并且知道運動可以減緩不可避免的事情，但這種關系的細節才剛剛開始成為焦點。

體骨骼肌?密歇根大學里奇

肌肉干細胞的作用

骨骼肌由在胚胎和胎兒發育期間和出生后由肌肉前體細胞或成肌細胞融合形成的多核纖維組成，直到組織達到其成人大小。成熟的纖維是有絲分裂后的，意味著它們不再分裂。結果，在成年期，只有肌肉干細胞的存在才能使肌肉生長和修復成為可能。

1961年，洛克菲勒大學生物物理學家Alexander Mauro利用電子顯微鏡首次描述了肌肉干細胞，稱其為“衛星細胞”，因為它們位于肌纖維的外圍。¹隨后，研究人員證明衛星細胞是唯一能夠修復肌肉的細胞 - 這解釋了為什么老年人肌肉損傷的恢復緩慢且往往不完整：衛星細胞的數量從年輕成人肌肉細胞核的8％下降在大約70至75歲之后僅為0.8％。

當然，衛星細胞分裂和修復能力的下降也可能是罪魁禍首，但研究并不支持這一觀點。在1989年進行的開創性研究中，密歇根大學的生物學家Bruce Carlson和John Faulkner表示，從2歲大鼠中分離出的肌肉在接種到2至3個月大的大鼠時修復得更快更好。² 最近，我們從年輕人和老年人身上分離出這些細胞，并驚訝地發現老年人類衛星細胞在培養中以及年輕受試者中生長。³

然而，我們檢查的老年人類衛星細胞的表觀遺傳指紋發生了顯著變化，許多基因通過DNA甲基化被抑制。已知一種稱為sprouty 1的基因是細胞靜止的重要調節因子。減少的 萌芽1表達可以限制衛星細胞的自我更新，并且可以部分解釋在衰老過程中人體肌肉中觀察到的衛星細胞數量的逐漸下降。實際上，刺激sprouty 1表達可防止與年齡相關的衛星細胞損失，并抵消小鼠神經肌肉接頭的年齡相關性退化。⁴ 

線粒體貢獻者

其他可能是肌肉衰老的罪魁禍首是線粒體，即肌肉的強大動力。為了有效地工作，骨骼肌需要足夠數量的全功能線粒體。這些細胞器代表人體肌纖維體積的約5％至12％，這取決于活動和肌肉專長（快速抽搐與慢抽搐）。研究表明，線粒體形態，數量和功能的異常與老年人觀察到的肌肉質量減少密切相關。

2013年，諾華公司的David Glass及其同事發現線粒體代謝途徑的標志物隨著老年大鼠的顯著下調，這與肌肉減少癥的發病有關。⁵盡管發現僅僅是相關，定時和線粒體基因表達的下降之間近乎完美的關系和少肌癥的發作提供了強有力的證據表明，線粒體功能障礙可能是驅動肌肉減少癥。調節線粒體裂變和維持線粒體體積和功能的融合過程的基因表達和蛋白質的產生也下降，這表明線粒體動力學在肌肉衰老過程中也受到干擾。

與肌肉干細胞衰退一樣，線粒體健康狀況不佳的根本原因可能是基因調控。2016年，來自雀巢健康科學研究所和英國曼徹斯特城市大學的AlicePannérec及其同事檢查了大鼠和人體肌肉的轉錄組，發現兩種物種對肌肉減少癥的易感性與線粒體過程中涉及的基因網絡失調密切相關。 ，細胞外基質的調節和纖維化，由細胞外基質蛋白的積累引起的肌肉中過量結締組織的形成。⁶

蛋白質質量控制

即使他們吃大量的蛋白質，老年人通常也不能保持肌肉質量，可能是因為他們的身體不能足夠快地將蛋白質轉化為肌肉，以跟上組織破裂的自然速度。此外，老年人的肌肉經歷較低水平的自噬，這是一種在健康狀態下回收使用和損壞的蛋白質，細胞器和其他細胞結構的過程。這可能導致蛋白質產生和降解之間的不平衡，這可能與肌肉老化有關。

請參閱“ 吃自己的生活：自噬在健康和疾病中的作用 ”

還有其他方法減少自噬可能導致肌肉衰老和衰老期間的肌肉無力。為了保持肌肉力量，肌肉細胞必須擺脫隨時間累積的細胞內垃圾。在肌肉細胞的情況下，這種垃圾包括舊的細胞器，如線粒體和內質網，受損蛋白質團塊和自由基，所有這些都會隨著時間的推移而變成細胞毒性。通過回收線粒體，肌肉纖維可以促進能量產生并保持肌肉功能。如果肌肉纖維未能清除這些潛在危險的實體，它們將變得更小和更弱。果然，在Marco Sandri的一項研究中在意大利帕多瓦大學的小組，其骨骼肌缺乏控制自噬的主要基因之一，Atg7，具有嚴重的肌肉損失和年齡依賴性肌肉無力。⁷

血液信號

2005年，斯坦福大學干細胞生物學家托馬斯·蘭多 及其同事將年輕和老鼠的血液循環結合起來，發現年輕小鼠血液中的因子能夠恢復老年小鼠的肌肉修復。現在眾所周知，循環激素和生長因子的水平隨著年齡的增長而急劇下降，這對肌肉衰老有影響。實際上，激素替代療法可以有效地逆轉肌肉老化，部分是通過激活參與蛋白質合成的途徑。

參見“ 老年人如何重獲青春 ”

肌肉衰老如何：肌肉減少癥，隨著年齡的增長肌肉質量的減少，可以早在30歲開始，并影響大部分老年人。幸運的是，運動可以對抗肌肉衰老，可能是通過逆轉這種衰退根源的許多與年齡相關的生理變化。查看完整信息圖：

而且，肌肉本身是一種分泌性內分泌器官。當肌肉收縮流入血液時產生的蛋白質，無論是自身還是包裹在膜結合的囊泡中，保護它們免受循環酶的降解。丹麥炎癥和代謝中心和體育活動研究中心的Bente Pedersen是第一個使用術語肌球蛋白來描述這些蛋白質的人。分泌的肌細胞因子可以局部作用于肌細胞或其他類型的細胞，如成纖維細胞和炎癥細胞，以協調肌肉生理和修復，或者它們可以在遠端器官（如大腦）中起作用。

盡管已經在培養物中鑒定了這些肌細胞中的一些，但人類肌肉纖維分泌多達965種不同的蛋白質 - 研究人員才剛剛開始了解它們在肌肉衰老中的作用。第一個被鑒定的肌細胞因子白細胞介素-6（IL-6）通過降低肌肉環境中炎性細胞因子的水平參與肌肉維持，同時增加胰島素刺激的葡萄糖攝取和脂肪酸氧化。循環水平高的IL-6老年人更容易發生肌肉減少癥。另一種肌球蛋白，胰島素樣生長因子1（IGF-1），可以引發肌纖維腫脹，包括運動后。IGF-1水平隨著年齡的增長而降低，IGF-1結合的細胞表面受體的水平也是如此，過表達IGF-1的小鼠對年齡相關的肌肉減少癥具有抗性。
來自法國INSERM-圖盧茲大學代謝與心血管疾病研究所的Nathalie Viguerie及其同事最近發現了一種新的肌球蛋白，他們稱之為apelin。⁸研究人員已經證明，這種肽可以糾正許多在老化肌肉放松管制的途徑。當注射到老鼠體內時，apelin促進新線粒體的形成，刺激蛋白質合成，自噬和其他關鍵代謝途徑，并通過增加衛星細胞的數量和功能來增強衰老肌肉的再生能力。與IGF-1一樣，人體衰老過程中循環apelin的水平下降，這表明將apelin水平恢復到年輕成人的水平可能會改善肌肉減少癥。

鍛煉以對抗肌肉衰老

雖然肌肉損失的原因很多且很復雜，但現在有大量證據表明運動可以預防或逆轉這些與年齡相關的許多變化，而不活動會加速肌肉衰老。例如，今年早些時候，伯明翰大學的 Janet Lord和倫敦國王學院的Steven Harridge檢查了125名男性和女性業余自行車運動員的肌肉，并證明一生的常規運動可以減緩肌肉老化：沒有損失那些年齡較大且經常鍛煉的人的肌肉質量或肌肉力量。更令人驚訝的是，免疫系統也沒有老化。⁹

運動對肌肉健康的影響可能通過與年齡相關的肌肉損失和虛弱的機制起作用。例如，通過鍛煉可以增加衛星細胞的數量，并且活躍的老年人比久坐不動的人擁有更多的這些細胞。這就是為什么髖關節和膝關節手術前的運動可以加速老年人的康復。

身體活動也會影響肌肉的線粒體。缺乏運動會降低骨骼肌中線粒體的效率和數量，而運動會促進線粒體健康。去年，帕多瓦大學桑德里實驗室的Caterina Tezze發現OPA1水平下降與老年受試者肌肉質量和力量減少之間存在強烈的相關性，而OPA1水平則是保持在一生中經常鍛煉的高級運動員的肌肉中。¹⁰

運動可以預防或逆轉許多與年齡相關的變化，而不活動會加速肌肉衰老。

運動甚至可以刺激肌肉細胞，以維持更年輕的基因轉錄物和蛋白質水平。例如，來自明尼蘇達州羅切斯特的梅奧診所的Sreekumaran Nair及其同事發現，高強度有氧間歇訓練逆轉了許多與年齡相關的肌肉成分差異，包括恢復線粒體蛋白水平。¹¹和西蒙Melov在巴克研究所研究老齡化和馬克Tarnopolsky加拿大麥克馬斯特大學及其同事發現，雖然健康老年人（平均年齡70歲）的基因表達譜與阻力運動訓練計劃之前的線粒體功能障礙一致，但在短短六個月內，這種基因指紋完全逆轉表達水平與年輕受試者中觀察到的水平相當。此外，運動改善了肌肉功能：老年人在訓練前比年輕人弱59％，之后只有38％弱。¹²不同類型的運動可以在肌肉中引發可變但特定的反應。例如，根據奈爾的研究，力量訓練在制造肌肉方面是有效的，而有氧運動（如騎自行車和步行）的高強度間歇訓練在細胞水平上對抗與年齡相關的損失和虛弱具有最大的影響

運動似乎也會影響自噬。2011年12月，桑德里和他的同事們首次在小鼠中報告自噬活動可以通過自愿體力活動來增強，在這種情況下，在跑步機上運行。¹³ 2012年1月，德克薩斯大學西南醫學中心的Beth Levine團隊證實，運動可以迅速增加自噬活動，并且運動需要自噬才能產生有益效果：無法增加自噬的體力活躍的小鼠沒有顯示跑步后肌肉質量，線粒體含量或胰島素敏感性的任何增加。¹⁴

最后，運動也可以明顯恢復隨年齡增長而下降的肌細胞因子水平。例如，當老年受試者遵循常規的身體活動計劃時，他們的身體表現的改善與循環apelin水平的增加之間存在直接關聯。¹⁵類似地， 伊萬Bautmans從布魯塞爾自由大學表明，增加的循環炎癥標志物的水平與老年患者肌肉疲勞相關，并且阻力訓練青壯年降低炎性myokines。¹⁶

通過這些機制和我們尚未發現的其他機制，運動可以提高老年人的整體力量，特別是骨骼肌的代謝活力。作為人體中最豐富的組織，占其總質量的30％至40％，肌肉不僅對運動和呼吸至關重要，而且對葡萄糖，脂質和氨基酸穩態也很重要。因此，與年齡相關的肌肉質量和質量的喪失有助于老年患者常見的一般代謝功能障礙。在年齡較大的女性中，一小時的快走行動在第二天產生了升高的胰島素敏感性。¹⁷因此，鍛煉以試圖對抗肌肉衰老的后果永遠不會太晚。

詳細了解肌肉老化所涉及的分子和細胞途徑可為開發治療干預措施以促進蛋白質合成和增加肌肉質量鋪平道路。目前，定期運動與良好的營養相結合仍然是對抗肌肉減少癥以及可能整體衰老的最有效方法。除了詳細說明肌肉老化的根本原因之外，未來的研究應該尋求確定最佳的體育鍛煉和營養計劃，以對抗與年齡相關的肌肉損失和虛弱。它可能不會顯著增加人的壽命，但它肯定會幫助人們在更健康的狀態下達到其壽命的終點。

Gillian Butler-Browne在法國巴黎的SorbonneUniversité，INSERM，Institut de Myologie，Centre de Recherche en Myologie研究神經肌肉疾病和基因治療。在同一個機構，Vincent Mouly研究健康和疾病的肌肉再生，Anne Bigot研究肌肉衰老，Capucine Trollet研究與年齡相關的肌肉疾病和基因治療。

參考資料

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