研究目的:通过对人类骨骼肌肌肉活检样本进行蛋白质组学sternal wound infection测序,使用多种生物信息学方法对离心(Eccentric,ECC)和向心(Concentric,CON)抗阻训练诱导的骨骼肌结构和代谢重塑进行系统性的比较分析。研究方法:本研究共招募20名无系统性运动训练经历的健康男性,采用单盲法随机分为两组,在等速肌力测试训练系统(ISOMED2000,德国)分别完成离心和向心抗阻训练,训练频率为每周3次,为期4周。使用半自动活检针(日本TSK公司,14G)在局部皮下给药麻醉的情况下,在训练前后分别对20名受试者的大腿股外侧肌进行肌肉活检,收集样本用于蛋白质组学测序。蛋白质组学数据的生物信息学分析主要在R stat(v4.1.1)上进行。P值<0.05,差异变化倍数>1.5是筛选显著差异表达蛋白的标准,显著差异表达蛋白被用来进行后续的个性化分析。研究结果:ECC训练诱导122个蛋白发生显著性表达改变。其中,94个蛋白上调,28个下调。CON训练诱导101个显著性差异表达蛋白,包括40个下调蛋白,和61个上调蛋白。通过对两组差异蛋白分别进行功能注释分析发现,ECC训练引起的上调蛋白绝大多数为细胞骨架蛋白和肌动蛋白骨架蛋白,这些蛋白参与维持骨骼肌形态结构和骨骼肌和收缩相关;下调蛋白包括多种线粒体复合体的主要成分,其功能主要参与氧化磷酸化代谢过程。CON训练引起的上调蛋白多数为核糖体蛋白与线粒体蛋白,核糖体蛋白参与翻译过程,线粒体蛋白参与多种细胞能量代谢过程;下调蛋白多数与蛋白质的翻译后修饰相关。随后,对两组差异蛋白进行KEGG信号通路富集分析,结果发现,七条通路在ECC和CON中都发生了改变,如,氧化磷酸化,细胞外基质受体互作,PI3K-AKT信号通路以及轴突引导等。此外,磷酸戊糖途径以及氨基酸的生物合成在ECC中特异性富集,同样的,mTORC1通路,翻译后蛋白修饰以及多种代谢相关通路(维生素,类固醇,脂肪等)在CON中特异性富集。讨论:联合ECC和CON富集分析结果发现,氧化磷酸化途径虽然在两组均显著富集,但趋势相反。在ECC组中,线粒体呼吸链复合体主要成分减少,导致氧化磷酸化水平下降,这意味着ECC组受试者的ATP合成急剧下降。然而,在CON组受试者中,氧化磷酸化水平升高,这表明受试者进行CON训练对能量的需求更高。此外,磷酸戊糖途径(PPP)在ECC组中特异性增强,PPP可通过利用糖酵解的中间产物产生核苷酸生物合成的前体,嘌呤和嘧啶的增加势必会促进后续的蛋白质合成。此外,PPP是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸盐(NADPH)的主要来源,是维持细胞氧化还原状态的关键。以前的研究表明,氧化应激在ECC训练中被增强。与其一致,我们的研究表明,ECC组受试者的肌肉可能经历额外的氧化应激和由此产生的氧化还原失衡。PPP增加以产生更多的NADPH可能是为了维持氧化还原的平衡,增强还原力。此外,线粒体的活性下调,以限制活性氧的形成作为补偿。骨骼肌细胞外基质(ECM)在肌肉的发育、生长和修复以及收缩力的传递中起着重要作用。在我们的研究中发现,ECC训练刺激胶原蛋白Ⅰ、Ⅳ和LAMA5的合成,而CON训练诱导胶原蛋白Ⅰ的合成和LAMA4和胶原蛋白Ⅵ的降解。这表明,运动可能既刺激骨骼肌胶原蛋白合成也能诱导胶原蛋白降解,并且运动诱发ECM重塑的潜力似乎取决于不同的收缩模式。此外,ECM中的胶原蛋白、整合蛋白和肌营养蛋白,参与神经肌肉接头(NMJ)的发育和成熟。以前的研究表明,在突触诱导过程中,局部ECM环境可以调节突触的发生。有趣的是,通路分析显示,轴突引导是富集在ECC和CON中的交集通路之一。此外,功能注释分析发现ECC组上调蛋白与NMJ的发育相关。这些发现表明,NMJ的完整性和突触信号传递主要受到ECC训练影响。PI3K/AKT介导的肌肉肥大,通过增加单个肌肉纤维的平均横截面积而发生。肌肉纤维平均横截面积的增加,是由于TORC1/p70S6K蛋白合成途径的增加。有趣的是,mTORC1途径在CON组中被富selleck激酶抑制剂集,但在ECC中却没有。然而,在ECC组中我们发现了氨基酸的生物合成,氨基酸可以直接激活mTOR,导致随后刺激p70S6K的活性。因此,mTOR在整合各种生长信号方面具有重要的核心功能,从简单的抗阻训练到蛋白质生长因子的激活,最终导致蛋白质的合成。研究结论:总之,ECC和CON训练诱发了骨骼肌蛋白质水平不同的变化,然而,这些受调控的蛋白绝大部分集中在骨骼肌结构重塑和代谢适应两方面。与CON训练相比,ECC训练受试者的骨骼肌氧化磷酸化水平较低,这意味着减少了能量消耗和活性氧的产生,以诱导兴奋-收缩偶联来增加肌肉力量。同时,ECC训练可通过PPP增加核苷酸代谢来促进肌肉肥大,同样的,氨基酸合成也可直接激活mTOR来促进蛋白质的合成。CON训练主要通过PI3K-AKT-mTORC1轴促进肌肉肥大。运动诱导的结构重塑可能与骨骼肌收缩模式有关,与CON相比,EC购买KPT-330C训练引发的反应更明显。此外,ECC训练可能与NMJ的发展和突触信号传递有关。