肌肉生長抑制素與終末期肝病肌肉減少癥的關系

趙 琴，楊軍杰，鐘炎平，李 姍，劉園園，雷 旭，劉 龍，譚華炳

1 十堰市人民醫院(湖北醫藥學院附屬人民醫院)感染性疾病科，肝病研究所，湖北 十堰 442000；2 湖北省房縣人民醫院 檢驗科，湖北 十堰 442100

肌肉減少癥(myopenia disease, MD)是與增齡相關的、進行性、廣泛性骨骼肌質量減少和力量下降，以及由此造成機體功能和生活質量降低甚至導致死亡的臨床綜合征[1]。MD在癌癥和慢性病的人群中也普遍存在，MD導致生存率、生活質量下降，并發癥上升，對預后產生不利影響[2]。研究MD在腫瘤和慢性病患者中的發病現狀和干預方法對改善腫瘤和慢性病患者的預后具有重要意義。

肝臟是人最大的消化、吸收、代謝器官，受腫瘤和肝硬化等慢性病影響大。肝細胞癌(HCC)是原發性肝癌最主要的病理學類型。終末期肝病(end-stage liver disease, ESLD)是HCC和肝硬化的統稱。ESLD患者常合并MD，MD與預后不良有關[3]，是ESLD患者死亡的獨立危險因素。既往認為肝臟對糖、脂肪、氨基酸等營養元素和能量的代謝有非常重要的調節作用，肝病患者可逐漸出現不同程度的營養不良癥狀，表現為MD和脂肪組織減少。近年發現激素、細胞因子改變也參與了ESLD患者MD的發生和發展。肌肉生長抑制素(myostatin，MSTN)是已知的負性肌肉調節因子，對骨骼肌生長發育有負性調節作用[4]，通過調控成肌細胞增殖影響肌肉生長，本文主要對MSTN與ESLD的關系作一綜述。

1 MSTN的基礎研究概述

生長因子在生長發育中發揮重要作用，主要包括TGFβ等多種成分。MSTN是一種分泌型TGFβ超家族蛋白，又稱生長分化因子8(growth differentiation factor 8, GDF-8)，在兒童發育中和成年骨骼肌中均有表達。MSTN是由24氨基酸信號肽、243氨基酸前肽和10氨基酸成熟蛋白組成的376氨基酸前蛋白[5]，它控制成肌細胞增殖，是骨骼肌質量的負調節因子。動物體出生后，MSTN基因主要通過限制骨骼肌纖維數量和大小對骨骼肌生長發育起著重要的抑制作用[6]，MSTN過量表達，動物的肌肉量降低、肌纖維數量和肌核數量減少，組織中脂肪含量明顯升高；MSTN缺失或部分抑制的動物，其肌肉表現出明顯的增生和/或肥大，脂肪積累顯著降低，抑制飲食引起的肥胖；MSTN拮抗劑可降低MSTN的水平，改善肌肉質量。

2 MSTN對ESLD患者營養代謝的影響

2.1 MSTN對ESLD患者糖、脂質、能量代謝的影響 MSTN主要表達于成熟或發育的肌肉組織中，可通過自分泌或旁分泌形式抑制成肌細胞增殖和分化，參與糖類代謝和攝取的調控，調節脂質代謝并對脂肪沉積起抑制作用，調節能量代謝，通過影響糖類代謝、脂質代謝和能量代謝影響惡病質的發生和進展。MSTN不僅是肌肉生長負性調節因子，而且對脂肪代謝、糖代謝、能量代謝也有調節作用，阻斷MSTN不僅可促進肌肉生長，還可以增加能量消耗，可用于減緩或預防肥胖和2型糖尿病的發展[7-10]。研究[11]表明大鼠MSTN基因敲除可使肌肉量大量增加，與此同時葡萄糖利用率增加，胰島素敏感性上升，脂肪含量下降，從而抑制肥胖。癌癥細胞(cancerous cell, CC)代謝與正常細胞有很大區別，表現為特征性糖酵解致葡萄糖轉運速率增加，丙酮酸氧化減少，乳酸生成增加，脂肪酸周轉增加，脂肪酸氧化速率下降[12-13]。氧化應激反應可引起細胞損傷、進而導致細胞凋亡已經得到公認。CC在氧化應激上與正常細胞有區別，可能對氧化應激更敏感，因為代謝應激和增殖能力增加會產生高內源性活性氧水平[14-15]。為了對抗氧化應激損傷，CC會通過Warburg效應增加糖酵解和減少線粒體呼吸以減少氧化應激，保護細胞免受氧化應激損傷[16-17]。Warburg效應是癌癥進展、抗腫瘤治療藥物耐藥、患者不良預后的主要原因[18]。MSTN減少對抑制肝臟脂肪變性和脂肪在肌肉組織中積聚有益[19]，推測MSTN的缺失可能有對抗癌癥和癌癥惡病質由于脂肪酸氧化和活性氧(ROS)增加誘導的細胞凋亡而導致的肌肉損失作用。反過來，監測腫瘤患者MSTN水平可以判斷癌癥患者惡病質程度。

2.2 MSTN對ESLD患者營養的影響 臨床發現ESLD患者肌肉質量和數量下降、皮下脂肪減少，并預示生存率、生活質量下降，肝硬化并發癥的發生和發展等[20]。既往將這些歸因于消化、吸收、合成障礙，腫瘤高代謝狀態，內毒素血癥，活動能力下降；近年發現這些改變與MSTN密切相關。MSTN表達增加誘發線粒體功能障礙、ROS增加、蛋白質合成減少，增加自噬介導的蛋白質水解，并可能導致患者合成與代謝相抵抗、營養補充反應不足；通過抑制MSTN表達，可有效緩解肌肉損失[21]。研究者[22]通過建立腫瘤惡病質小鼠模型，使用化學藥物阻斷MSTN信號通路，使腫瘤惡病質小鼠的肌肉損失減少、生存時間延長，提示通過抑制MSTN活性可能對治療肌營養不良、癌癥惡病質、MD和廢用性肌萎縮等有效。MD或骨骼肌量減少是肝硬化等ESLD的主要臨床表現[23]，是肝性腦病的獨立危險因素，也是影響生存時間和生活質量的獨立因素，增加了感染的風險，并降低肝移植存活率[24]。與肝硬化的其他并發癥在肝臟移植后改善，甚至消除不同，MD通常在肝移植后惡化，在肝移植前評估MD的程度十分重要[25]。研究人員檢測了重組MSTN基因對小鼠骨骼肌細胞的影響，發現重組蛋白可抑制骨骼肌細胞增生及DNA和蛋白質的合成，從而抑制肌細胞生長，其機理為MSTN抑制細胞增殖相關的蛋白表達，上調細胞周期依賴性磷酸轉移酶抑制因子，抑制成肌細胞從G1向S期轉化[26]。由于供體原因、經濟原因、病情原因，肝硬化患者進行肝移植的比率較低，一方面對肝移植前MD程度和發生率進行評估[27]；更重要的是，對MSTN增高并發MD的發病機理及干預通路進行研究，以抑制由于MSTN增高并發MD導致的肝移植后生存時間、生活質量下降。肝硬化患者MD除與MSTN相關外，營養因素也是重要原因，對營養狀況進行評價十分重要。凝血酶原時間(PT)或國際標準化比值(INR)、白蛋白、前白蛋白、肌酐、身高指數、BMI等被用于對ESLD患者營養狀況進行評價，但這些指標受肝功能、腎功能影響較大。肝硬化患者(包括肝硬化進展至HCC患者)具有特征性細胞外液增多、MD和脂肪組織減少。男性肝硬化腹水患者可因體液增加掩蓋肌肉和脂肪組織的損失(男性肝硬化肌肉消耗更多，女性脂肪組織消耗更多)。鑒于MSTN是導致ESLD患者MD、脂肪減少、惡病質的最主要原因，降低MSTN對改善ESLD患者預后的重要性不言而喻。基礎研究[28]發現光氧化是一種很有前途的蛋白質失活方法，該方法將被光激發催化劑激活的分子氧插入到目標蛋白質化學結構中，通過修飾改變蛋白質的序列，導致靶蛋白失活。研究者[24,29]利用光氧化催化劑對MSTN結合肽進行了功能化，導致MSTN失活。通過將光氧化劑引入MSTN結合肽，對引入后新的位點設置光氧化的開關。當改變后的新位點結合淀粉樣結構的催化劑時，可以誘導光氧化，導致MSTN失活。這種方法為ESLD通過MSTN途徑導致MD和惡病質的治療提供了一種新的策略。

3 MSTN對HCC等腫瘤發生發展的影響

肝硬化性心肌病這類ESLD重要的臨床表現最先在酒精性肝硬化(alcoholic cirrhosis，ALC)中被發現、與肝硬化程度密切相關一樣[30-31]，MSTN與HCC的關系也是最先在ALC向HCC發展的病例中被發現。多中心ALC研究[32]發現，血清MSTN與ALC患者HCC發生有關，MSTN與目前HCC篩查指標脫-γ-羧基凝血酶原(desgamma-carboxy-prothrombin, DCP)相似，優于甲胎蛋白(AFP)；特別是在HBV相關HCC篩查領域與DCP 和AFP聯合篩查相似[33-34]，具有良好的應用前景。而且在預測AHC患者2.5、3、5年發展至HCC方面具有較高的敏感度和特異度。Cox分析發現MSTN水平是ALC進展為HCC的獨立危險因素[35]。MSTN對HCC發展的預測作用，驗證了血清MSTN水平對肝硬化患者生存率的影響，說明在ALC患者中，高基線水平MSTN與5年內發生HCC的風險顯著相關。為研究MSTN升高是否為HCC的獨有現象，研究者對胃癌、肺癌、食管癌癌組織、癌旁組織MSTN表達進行了研究，發現MSTN在不同腫瘤組織和人類癌細胞中的表達顯著增加[27]。MD和惡病質被認為是晚期腫瘤死亡的主要原因，高水平的MSTN提示發生了惡病質，說明動態觀察惡性腫瘤患者MSTN水平變化可能對發現腫瘤惡化復發有益。為進一步研究MSTN與人癌癥發生之間的關系，科學家通過體外培養的人類癌細胞系肝癌(Huh-7, HepG2)、宮頸癌(HeLa)、肺腺癌基底上皮(A549)細胞和非癌細胞HEK293中的MSTN表達水平，發現癌癥細胞中MSTN表達水平顯著高于非致瘤性HEK293細胞；反過來，研究者用病毒介導的shRNAs敲除肝癌(Huh-7, HepG 2)、宮頸癌(HeLa)、肺腺癌基底上皮(A549)和HEK293細胞的MSTN基因，與對照shRNA細胞相比，所有MSTN-shRNA轉染細胞的MSTN mRNA水平均顯著降低，證明MSTN確實與腫瘤細胞增殖相關；進一步研究用CRISPR/cas9敲除宮頸癌HeLa細胞中MSTN基因，發現基因敲除的細胞生長速度下降7倍，說明MSTN基因敲除顯著抑制了癌細胞的增殖。以上研究證明MSTN是與癌細胞生長相關的一種因子，能引起嚴重骨骼肌消耗，導致MD與腫瘤進展相關[36]。上述研究結果在小鼠C26結腸癌模型中也得到驗證[37]。說明MSTN不僅是腫瘤病情發生和進展的指標，而且可以通過抑制MSTN通路治療癌癥惡病質。已有研究[38]證實基于阻斷MSTN通路的治療策略可顯著延長荷瘤動物的生存期。

4 展望

MSTN是一種癌癥相關蛋白，可誘導肌肉損失并與腫瘤進展相關，MSTN導致癌癥患者MD、惡病質是患者生存時間和生存質量下降的主要原因。MSTN調控研究一方面會成為癌癥患者病情進展干預靶點，另一方面會成為防治肌肉減少、惡病質的干預靶點。針對癌癥病因治療(如HCC的抗病毒治療)，以及針對癌癥綜合治療、靶向治療滅活MSTN、使用MSTN拮抗劑、通過中醫藥辨證施治等，可能是未來癌癥防治研究的熱點之一。MSTN在非腫瘤性終末性疾病(如肝硬化、肝硬化性心肌病)病情進展中的價值，以及通過MSTN途徑干預可能是改變預后的途徑。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：趙琴負責論文撰寫，資料分析；楊軍杰、鐘炎平、李姍、劉園園、雷旭等負責文獻檢索；劉龍、譚華炳等負責科研思路設計，指導論文撰寫和定稿。