JCSM：全身的维生素D受体消融导致小鼠骨骼肌糖原储存紊乱

背景：维生素D缺乏可导致包括骨骼肌在内的多器官系统病变。严重缺乏维生素D的患者表现出肌肉无力，容易频繁跌倒。缺乏功能性维生素D受体(VDR)的小鼠在断奶后立即出现严重的骨骼肌萎缩。但是，当维生素D信号通路受损时，导致骨骼肌萎缩的根本原因尚不清楚。由于维生素D缺乏也会导致代谢变化，我们假设缺乏VDR的小鼠骨骼肌萎缩可能有代谢来源。

蛋白质稳态是骨骼肌质量的主要决定因素。肌肉蛋白质合成在营养和生长因子的影响下增加，而在吸收后状态下，肌肉分解蛋白质并向血流释放氨基酸。肌肉蛋白质稳态对维持机体能量稳态很重要。骨骼肌是葡萄糖处理和脂肪酸利用的主要场所。此外，缺乏能量的条件会导致肌肉蛋白分解增加，从而释放的氨基酸可以用于糖异生，从而将全身能量代谢与肌肉质量联系起来。相反，骨骼肌代谢的变化会影响全身的能量代谢，这可以从肌肉脂肪酸氧化解除抑制后全身葡萄糖代谢的重新连接得到证明。

方法：我们分析了野生型(WT)小鼠和维生素D受体缺失(vdr-/-)小鼠的骨骼肌蛋白平衡、能量代谢、全身葡萄糖稳态和肌糖原水平。信号通路的失调以及糖原合成和利用机制也用western blot进行了分析。采用qRT-PCR检测来了解mRNA水平的变化。

结果：vdr-/-肌肉特异性E3泛素连接酶表达水平升高，蛋白质泛素化增加，提示蛋白降解上调。在vdr-/-Foxo3因子不受影响。vdr-/-老鼠。vdr-/-骨骼肌ATP水平较低。(0.58±0.18μmol/ mL vs. 1.6±0.14μmol/mL, P = 0.006)，导致AMPK活性升高。肌肉能量剥夺不是由线粒体活性降低引起的，因为我们发现vdr-/-(0.29±0.007 mU/μL vs. 0.16±0.005 mU/μL)。vdr-/-小鼠空腹血糖水平较低(95±14.5 mg/dL vs. 148.6±6.1 mg/dL, P = 0.0017)，同时出现高乳酸血症(7.42±0.31 nmol/μL vs. 4.95±0.44 nmol/μL, P = 0.0032)，提示小鼠存在全身能量缺乏。腹腔注射葡萄糖后，小鼠胰岛素水平显著降低(0.69±0.08 pg/mL vs. 1.11±0.09 pg/mL, P = 0.024)。这些小鼠的骨骼肌表现出以糖原积累增加为特征的糖原存储紊乱。vdr-/-肌肉是由糖原合成酶活性增加和糖原磷酸化酶活性降低驱动的。糖原蛋白表达的增加支持这些肌肉中糖原合成水平的提高。

图1 vdr-/-小鼠表现出更高的肌肉蛋白降解率。(A、B)用ELISA法测定血清生长激素(A)和胰岛素样生长因子1(B)水平。(C)蛋白酶体抑制剂MG132处理的小鼠后肢骨骼肌提取物的反泛素和反泛素-K48连接的Western印迹。当负载相等时，显示斑点的Ponceau染色。(D和E)7周龄WT和vdr-/-后肢肌肉Fbxo32 (D)和MuRF1 (E) mrna表达水平(F) 3周龄和7周龄WT和vdr后肢骨骼肌中Foxo1蛋白水平的代表性western blot检测小鼠。(G和H) Western blot分析显示磷酸化Foxo1 (Ser256)的表达水平(G)和磷酸化Foxo1与总Foxo1的比值(H)。(I) Western blot分析显示Foxo1在WT和vdr-/-小鼠。Anti-TBP抗体作为核标记物，anti-GAPDH作为细胞质标记物。所有图显示平均值±SEM。采用未配对t检验(*:P < 0.05， **: P < 0.01， ***: P < 0.001， ****: P < 0.0001)确定差异有统计学意义。

图2 mTORC1通路和空腹蛋白合成在vdr-/-老鼠。(A - C)使用抗puro霉素抗体的Western blot检测3周龄(A)和7周龄(B)的空腹蛋白合成，以及7周龄(C) WT和vdr-/-的后肢肌肉的吸收状态蛋白合成。庞索染色斑点的图像用作装载控制。(D) 3周龄和7周龄小鼠的磷酸化和总mTORC1蛋白的Western blot检测。(E) 3周龄和7周龄小鼠S6和4EBP水平的Western blot检测。(F - H)从(D)和(E)中定量mTOR蛋白(F)、phospho-S6 (G)和4EPB (H)条带。所有图均显示平均值±SEM。未配对t检验(*:P < 0.05， **: P < 0.01， ***: P < 0.001， ****: P < 0.0001)

图3 vdr-/-骨骼肌不是由于线粒体活性减少。代表性的western blot显示(A) TOMM20, UQCRC1, SDHA, COX4， (B) OXPHOS复合物组分，(C) MT-ND1， (D) OPA1, DRP1和MFN2蛋白水平。骨骼肌。western blot的定量结果如图S4所示。(E) WT和vdr-/-老鼠。(F和G)实时qRT-PCR定量分析WT和vdr-/-小鼠。所有图显示平均值±SEM。采用未配对t检验(*:P < 0.05， **: P < 0.01， ***: P < 0.001， ****: P < 0.0001)确定差异有统计学意义。

图4 糖原储存障碍导致小鼠vdr-/-骨骼肌萎缩。在vdr-/-信号缺失的情况下，糖原合酶和磷酸化酶的失调导致骨骼肌糖原积累增加，并导致能量剥夺和葡萄糖稳态缺陷。这些缺陷导致蛋白质降解增加，蛋白质合成减少，导致骨骼肌萎缩。

结论:维生素D信号通路缺失导致骨骼肌糖原储存缺陷，进而导致肌肉能量缺乏。vdr-/-骨骼肌利用糖原导致葡萄糖稳态的系统性缺陷，进而导致骨骼肌的蛋白稳态缺陷和萎缩。

原文出处：

Das A,  Gopinath SD,  Arimbasseri GA,Systemic ablation of vitamin D receptor leads to skeletal muscle glycogen storage disorder in mice.J Cachexia Sarcopenia Muscle 2021 Dec 08