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研究背景及目的:骨骼肌具有高度可塑性的特点,其能够随着环境的改变而发生适应性变化。在冬眠哺乳动物中,骨骼肌的维持表现出不同的肌肉特异性。肌纤维大小的变化与蛋白代谢的平衡密切相关,当蛋白合成大于蛋白降解时引起肌肉肥大,当蛋白降解大于蛋白合成时导致肌肉萎缩。此外,当肌肉损伤时,会激活肌肉的再生潜能来进行修复。因此,在本研究中,我们选取了夏季活跃组和冬眠组达乌尔黄鼠(Spermophilus dauricus)的两种快缩型肌肉——膈肌和腓肠肌,对蛋白代谢和肌肉再生调节的差异是否参与了冬眠达乌尔黄鼠肌肉肥大与萎缩的相反表型适应机制进行探究。研究方法:以夏季活跃组(summer active group,SA)和冬眠组(hibernation group,HIB)达乌尔黄鼠的膈肌(diaphragm)和腓肠肌(gastrocnemius)为研究对象,通过冰冻切片技术和免疫荧光染色法测定了肌纤维横截面积(CSA)和肌纤维类型分布;通过western blot技术测定了蛋白降解途径中钙蛋白酶降解途径相关分子(calpain-1,calpain-2,calpastatin,desmin和troponin T)、泛素-蛋白酶体途径相关分子(Mu RF1和atrogin-1)、自噬-溶酶体途径相关分子(Beclin1和LC3-II),蛋白合成途径中Akt-m TOR信号通路相关分子(P-Akt,P-m TORC1,P-S6K1和P-4E-BP1),以及肌肉再生相关分子(Myo D,myogenin和myostatin)的蛋白表达水平变化;通过酶活力测定法检测了糜蛋白酶和胰蛋白酶的活性。研究结果:形态学结果显示,与夏季活跃组黄鼠相比,冬眠组黄鼠膈肌肌重和肌纤维横截面积均显著上升,而在腓肠肌中二者均显著下降。此外,相较于夏季活跃组,冬眠组黄鼠膈肌的MHC I型、MHC IIb型和MHC IIx型肌纤维比例均显著增加,MHC IIa型肌纤维比例则显著下降,腓肠肌的MHC I型、MHC IIa型、MHC IIx型肌纤维比例均显著增加,而MHC IIb型肌纤维比例显著下降。在蛋白降解途径中,相较于夏季活跃组,钙蛋白酶途径的标志分子calpain-1、calpain-2和desmin蛋白表达水平在冬眠黄鼠膈肌中显著降低,而在腓肠肌中显著升高;相反的是,与夏季活跃组相比,冬眠黄鼠calpastatin蛋白表达水平在膈肌中显著升高,而在腓肠肌中显著降低;此外,与夏季活跃组黄鼠相比,冬眠黄鼠钙蛋白酶的底物troponin T蛋白表达水平则在膈肌和腓肠肌中均无显著变化。相较于夏季活跃组,泛素-蛋白酶体途径的标志分子Mu RF1和atrogin-1蛋白表达水平、以及糜蛋白酶和胰蛋白酶活性在冬眠黄鼠膈肌中均显著降低,而在腓肠肌中均显著升高。除此之外,自噬相关蛋白Beclin1和LC3-II的蛋白表达水平相较于夏季活跃组,在冬眠黄鼠膈肌中均显著升高,而在腓肠肌中均显著下降。在蛋白合成途径中,与夏季活跃组相比,冬眠黄鼠Akt-m TOR信号通路相关标志分子P-Akt,P-m TORC1,P-S6K1和P-4E-BP1的蛋白表达水平在膈肌中均显著升高,而在腓肠肌中均显著降低。在肌肉再生途径中,与夏季活跃组相比,其关键调控分子Myo D和myogenin的蛋白表达水平在冬眠黄鼠膈肌中均显著升高,而在腓肠肌中均显著降低,而myostatin的蛋白表达水平在膈肌中显著下降,而在腓肠肌中显著升高。研究结论:冬眠黄鼠膈肌质量增加,腓肠肌质量减少,此外,膈肌和腓肠肌在冬眠中均表现出明显的由快向慢的肌纤维类型过渡,说明并不是所有的骨骼肌质量在冬眠黄鼠中都保持不变,不同类型的骨骼肌表现出不同的适应性特征和机制。我们的研究结果进一步表明,冬眠期黄鼠膈肌中蛋白合成增加、蛋白降解减少,以及肌肉再生潜力的增加相互协调,是导致其肥大的主要机制;而蛋白合成减少、蛋白降解增加和肌肉再生潜力的降低则参与了腓肠肌萎缩机制。综上所述,蛋白代谢和肌肉再生的差异调控模式可能参与了达乌尔黄鼠膈肌和腓肠肌不同的适应性变化。