2.1   运动激活肌卫星细胞增殖与分化   骨骼肌卫星细胞在静息状态下能自我更新，维系机体肌细胞数量。当机体损伤修复、运动和药物等条件刺激时，肌卫星细胞被激活，肌卫星细胞Notch、integrins和Fzd7(Frizzled-7)的受体Sdc-3和Sdc-4 表达上调，调控卫星细胞从静息转换到增殖[12]。肌卫星细胞激活后，在多种信号通路蛋白因子的调控下进入增殖阶段，Myo D和Myf5蛋白表达均显著上调，Pax7蛋白表达开始降低[13]。肌卫星细胞在增殖过程中失去干性，转变为成肌细胞，为开始分化做准备。肌卫星细胞分化受到一系列转录因子调控，如肌源性调控因子Myf5、Myogenin、Myo D等对肌肉分化起精细的调控作用，其中Myo D蛋白因子对肌肉谱系形成起决定作用。肌源性调控因子与E蛋白或co-factor形成异源二聚，激活肌卫星细胞分化基因的转录，调控肌卫星细胞分化。 骨骼肌肥大和骨骼肌萎缩不是简单的反向调控过程，由不同转导通路及调节因子调控。运动与肌卫星细胞增殖与分化的相关研究较多，多集中在耐力运动(有氧)、抗阻运动。多数研究表明，运动可激活不同类型肌卫星细胞增殖与分化信号通路蛋白因子，如这些信号通路中众多蛋白因子协同作用，促进骨骼肌蛋白合成或降解，诱导肌肉肥大或萎缩。有研究发现，G 蛋白耦联受体-β2-AR在调控骨骼肌合成的进程中Akt被激活，这暗示G蛋白与Akt介导的肌肉肥大信号通路有联系[14]。 2.1.1   耐力运动(有氧)激活肌卫星细胞增殖与分化   骨骼肌由快肌纤维(Ⅱ型)和慢肌纤维(Ⅰ型)构成。有研究者发现，快肌纤维(Ⅱ型)和慢肌纤维(Ⅰ型)中卫星细胞含量不同，在慢肌纤维中的含量是快肌的3倍左右[15]，在同一骨骼肌慢肌纤维中卫星细胞的含量明显比快肌纤维多[16]。金晶等[17]研究发现，Ⅰ型肌纤维增殖与分化主要依靠有氧运动，Ⅱ型肌纤维增殖与分化主要依靠抗阻运动。NEDERVEEN等[18]研究发现，骨骼肌肥大和肌卫星细胞增殖与分化主要在 Ⅱ型肌纤维。 众多研究者认为，中等强度有氧训练能够激活卫星细胞。早在1988年有研究表明，受试者进行自行车有氧运动实验，结果发现肌卫星细胞被激活增殖，骨骼肌肥大并伴有新的肌纤维形成[19]。SMITH 等[20]对大鼠进行有氧运动干预，同样证明卫星细胞在运动诱导下激活、增殖，融合进入新的骨骼肌中。有研究者认为，一次急性有氧运动可快速引起卫星细胞增殖，运动结束后，损伤的肌纤维开始增殖、分化，从而修复肌纤维[21]。赵昱等[22]研究发现，中、老年小鼠短期中低强度有氧运动可延缓肌卫星细胞数量下降。有研究者发现，受试者参加自行车有氧运动试验，30 min/次，4次/周，共6 周，结果发现有氧运动能激活卫星细胞增殖，形成新的肌纤维[23]。有研究者发现，大鼠进行有氧运动后，激活卫星细胞增殖，分化成肌纤维[24]。MANGAN等[25]对老龄SD大鼠进行90 min有氧跑台运动实验，运动后3 d，检测骨骼肌发现卫星细胞明显增多。有研究者发现，受试者以80%最大摄氧量进行下坡跑运动，检测卫星细胞数量显著增多[26]。FRY等[27]研究证实，23名男女受试者进行有氧自行车试验，共12周，结果发现肌卫星细胞数量增多，肌纤维横截面积增大(Ⅰ型和 Ⅱ型)。有研究者发现，老龄大鼠进行中等强度的跑台运动，30 min/d，6 d/周，结果发现老龄小鼠骨骼肌改善显著，与对照组相比，实验组卫星细胞增多约1.6倍[28]。 有研究发现，耐力运动可激活快肌卫星细胞增殖与分化，提高快肌纤维卫星细胞含量[29]。KUROSAKA等[30]研究发现，短期耐力运动能激活肌卫星细胞增殖，检测到卫星细胞未分化。有研究者发现，耐力运动可使不同组织的卫星细胞数量增加[31]。另有研究证实，耐力运动可激活老年人骨骼肌卫星细胞池使其增殖，延缓肌肉减少[32]。ADAMS[33]研究发现，老年男性进行3个月耐力运动，检测股外侧肌发现肌卫星细胞增殖、分化，肌纤维增大，因增龄造成的肌衰减症延缓出现。12周耐力训练后检测发现，骨骼肌卫星细胞纯度较高，肌管形成数量较多，腓肠肌的横截面积明显大于对照组[34]。老年小鼠进行中等强度耐力运动，检测发现骨骼肌卫星细胞数量比对照组多且功能较好，肌卫星细胞激活的数量也较多，耐力运动可保持老年小鼠肌卫星细胞的干细胞属性，促进肌纤维再生[35]。衰老小鼠进行4周和8周跑台耐力训练，耐力训练强度分大、中、小3个强度，50 min/次，6次/周，结果发现高、中强度耐力训练可提高衰老小鼠骨骼肌卫星细胞含量，维持肌肉质量[36]。有研究发现，耐力运动、抗阻运动和混合运动3种运动中，抗阻运动对肌卫星细胞激活有显著的促进作用，耐力运动相对效果较差，而混合运动激活卫星细胞也不明显，可能与运动强度、转换频率和训练时序有关[37]。而短期耐力运动能激活卫星细胞增殖，不同类型肌肉出现肥大的现象[38]。这些结果表明，中等强度耐力运动更有利于肌卫星细胞增殖，延缓肌纤维衰减，耐力运动对快肌和慢肌纤维卫星细胞激活程度还不明了。XIAO等[39]对大鼠进行11周的过度训练，结果发现过度训练组的湿肌质量明显低于久坐组，且血清肌酸激酶显著高于久坐组，这表明过度训练会导致机体产生大量的炎症因子，同时骨骼肌蛋白降解肌肉质量流失，提示炎症因子可能参与骨骼肌质量的调控。因此可见，运动对骨骼肌质量有双向调控作用，合适有效的运动方案才有利于维持肌肉质量。 上述多数研究结果看，中等强度耐力运动(有氧)激活骨骼肌卫星细胞的增殖效果较好，可促进增殖延缓肌衰减症发生，其具体分子生物学机制还有待进一步研究。 2.1.2   抗阻运动激活肌卫星细胞增殖与分化   目前，大多数研究者认为，抗阻运动能有效延缓肌衰减症发生，是促进肌肉增加最有效的方式。CRAMERI等[40]首次进行活体急性抗阻运动，单次抗阻训练结束后，分别于第 4，8 天检测，发现有大量卫星细胞激活增殖与分化。有研究者发现，老年受试者进行16周伸膝抗阻运动试验，发现股外侧肌卫星细胞数量增殖且分化，肌纤维体积增大[41]。10多年来，SNIJDERS等[42]科研团队一直致力于老年性抗阻运动的研究，认为抗阻运动能有效激活卫星细胞增殖。随着年龄的增长，快肌纤维较慢肌纤维丢失快，且快肌纤维的卫星细胞丢失也快，但12周抗阻运动可逆转该变化，卫星细胞激活增加显著，Ⅱ型和Ⅰ型肌纤维横截面积增加，认为抗阻运动能有效延缓快肌纤维萎缩[42]。有研究者发现，16周以上的抗阻运动能激活慢肌和快肌纤维中卫星细胞，使其增殖分化，肌纤维体积增大[43]。BELLAMY等[44]研究表明，16 周抗阻训练，男性受试者股四头肌肌纤维横截面积和体积均有显著提升，Ⅱ型肌纤维卫星细胞扩张明显。PETREL等[45]研究结果表明，对受试者进行16 周的伸膝抗阻运动试验，结果发现股外侧肌卫星细胞数量增多，同时肌纤维横截面积增大。 林文弢等[46]对老龄(19周龄)大鼠进行抗阻训练，为期8周，每周隔天训练，抗阻负荷量分4个等级，无负重(0%最大负重)、低(30%最大负重)，中(50%最大负重)、大(70%最大负重)4个强度抗阻训练能有效改善老年大鼠线粒体功能，促进肌卫星细胞增殖，组织切片观察骨骼肌Ⅱ型肌纤维明显增大，肌纤维走向清晰。与有氧运动相比，抗阻运动能有效激活肌卫星细胞增殖分化[47]。MACKEY等[48]对中老年男性受试者腿部进行12周抗阻运动试验，阻力为肌群收缩一次能够抵抗阻力的最大肌力(1RM)的20%，发现较轻的负荷能促进卫星细胞激活。有研究者发现，健康成年人骨骼肌中有活性的卫星细胞很少，急性抗阻训练结束后，检测发现激活的卫星细胞数量增加7倍多[49]。有研究者发现，急性低强度抗阻训练能激活肌卫星细胞，可促进骨骼肌增大[50]。WERNBOM等[51]研究认为，低负荷强单次抗阻运动能激活肌卫星细胞，阻力为1RM的30%。有研究者发现，与有氧运动比较，抗阻运动激活卫星细胞增殖、肌纤维增粗效果较好[52]。上述研究成果表明，抗阻运动激活卫星增殖与分化，肌纤维横截面积增大，抗阻运动激活肌卫星细胞增殖的阈值还有待证实。 综上所述，不同形式(耐力/有氧、抗阻)的运动可激活不同类型的肌卫星细胞，其运动强度、抗阻负荷、频次、时间均能影响肌卫星细胞的激活程度，这4个因素相互联系相互影响，如何制定有效合理的运动方案尤其重要，从而可最大限度地激活肌卫星细胞增殖与分化，延缓增龄性肌衰减症的发生。 2.2   运动激活肌卫星细胞的重要信号通路 2.2.1   肌卫星细胞增殖的信号通路   有研究发现，MAPK通路将外界刺激从膜外传到核内起着重要作用，促进卫星细胞增殖[53]。MAPK家族中最经典的通路是P38，有多种转录因子诱导蛋白表达[54]。有研究表明，耐力运动(有氧)后24 h内肌肉组织中p-MEK、p-MAPK和p-ERK1/2表达显著，激活MAPK/MEK通路促进卫星细胞增殖[55]。抑制p38-MAPK信号通路可促进肌卫星细胞增殖，延缓卫星细胞老化[56-57]。运动引起卫星细胞增殖的关键通路是PI3K/Akt/mTOR，PI3K下游的关键效应分子是Akt，优先激活Akt，后再激活下游的 mTOR，可加速肌肉生长[58]。HITACHI等[59]研究发现，抑制Myostatin通路可引起骨骼肌质量增加，表明Myostatin通路负向调控骨骼肌质量。WANG等[60]研究表明，抑制Myostatin可提高成肌细胞PI3K/Akt的表达，调控蛋白质合成诱导骨骼肌肥大，运动刺激激活Myostatin信号通路通过干扰 PI3K/Akt/mTOR通路调控肌肉肥大，这说明肌卫星细胞激活增殖的信号通路可互相促进或抑制。有研究表明，抑制骨形成蛋白信号通路，小鼠骨骼肌萎缩，并消除抑制Myostatin通路引起的骨骼肌肥大，这说明Myostatin与骨形成蛋白信号通路平衡对维持骨骼肌质量很重要[61]。肌卫星细胞激活增殖的信号通路较多，运动如何有效协调各通路共同促进肌卫星细胞增殖还有待深入研究。 2.2.2   肌卫星细胞分化的信号通路   YiN等[62]研究发现，经典的Wnt信号通路可调控肌卫星细胞分化。Wnt信号通路可调控肌卫星细胞分化以及自我更新，骨骼肌中常见的有Wnt4、Wnt5a、Wnt5b、Wnt7a。非经典的Wnt信号通路中Wnt7a可激活肌卫星细胞增殖进程中Wnt7a-Frizzle-7-PCP信号通路，促进肌卫星细胞分化[63]。大鼠力竭运动后即刻、24 h，可能Wnt/β-catenin通路未激活，骨骼肌β-catenin mRNA表达持续降低，钝挫大鼠48 h后，卫星细胞Wnt/β-catenin信号通路被激活，β-catenin mRNA表达显著增加[64]。运动刺激可激活肌卫星细胞分化与增殖信号通路，如钙-钙调蛋白、一氧化氮、一氧化氮合酶、肝细胞生长因子、基质金属蛋白酶、肝细胞生长因子结合受体c-MET等[65]。MAPK信号通路调控骨骼肌分化，剪切AMPK上游基因LKB1，可以促进肌卫星细胞增殖，抑制肌细胞分化[66]。运动可激活MAPK/MEK信号通路从而诱导肌卫星细胞分化，也可参与诱导增殖[67]。运动刺激对肌卫星细胞分化影响的通路较多，各通路之间协同调控作用还不清楚。      综上所述，不同运动条件刺激肌卫星细胞增殖与分化调控信号通路抑制或激活，各调控信号通路相互调节，或单独起调节作用，促进肌肉增殖与分化。运动对骨骼肌卫星细胞增殖调控研究较多，对骨骼肌卫星细胞分化的调控研究相对较少。运动诱导肌卫星细胞增殖与分化通路是否相同，通路中蛋白作用机制还有待进一步研究；运动对骨骼肌调控信号通路作用与其他条件刺激或药物调控的信号通路作用机制是否相同尚不清楚。 2.3   肌卫星细胞激活增殖与分化的分子机制 2.3.1   肌卫星细胞增殖的信号因子   Myo D和Myf5是生肌调节因子家族的主要成员，在肌肉发育进程中起重要作用[68]。GAYRAUD等[69]研究发现，Myo D、Myf5表达水平提高显著，Pax7表达开始下降，肌卫星细胞激活大量增殖。有研究发现，小鼠敲除Myo D基因肌肉正常形成，同时敲除小鼠Myo D和Myf5两个基因时肌肉无法形成[70]。Myf5是肌细胞增殖与分化早期表达的因子，先激活Myf5、生肌调节因子家族才能被激活，骨骼肌能顺利生长发育。COOPER等[71]研究发现，运动激活肌卫星细胞增殖中有Myo D蛋白表达，认为它是卫星细胞激活的标记。肝细胞生长因子在肌肉发育和再生初期都有表达，是运动激活肌卫星细胞的关键调节因子[72];机械牵拉卫星细胞时，肝细胞生长因子快速与肝细胞生长因子受体(c-met)结合激活卫星细胞[73];抗阻运动或牵拉训练可使机械生长因子和肝细胞生长因子mRNA表达上调，激活肌卫星细胞增殖[74]。陈彩珍等[75]研究发现，与耐力运动相比，抗阻运动大鼠机械生长因子mRNA 表达均有上升且肌纤维横截面积增加显著。MAOKA等[76]研究发现，与向心收缩训练相比，离心收缩训练后肌纤维肥大显著，肝细胞生长因子mRNA上调显著。肌卫星细胞激活增殖的生物学因子较多，离心运动干预研究相对较少。 2.3.2   肌卫星细胞分化的信号因子   众多研究表明，运动可促进肌卫星分化，肌卫星细胞分化被诸多转录因子调控，肌卫星细胞分化为肌管细胞成长为肌纤维。有研究表明，周期性运动牵拉刺激核转录因子κB可抑制肌卫星细胞分化[77]。SNIJDERS等[78]研究证实，一次力竭运动可激活卫星细胞增殖，但不能诱导分化。在肌卫星细胞分化进程中碱性/螺旋-环-螺旋、Myo D、Myf5、Myogenin、MRF4等家族转录因子起调控作用，这些转录因子称为生肌调节因子[79]。生肌调节因子可与其他co-factor形成异源二聚体，激活卫星细胞分化的有关基因，促进肌卫星细胞分化。Myo D是肌肉生长的决定性调控因子，Myo D肌卫星细胞活化的标志可促进分化[80]。Myo D和Myf5可激活关键转录因子Myogenin，促进肌卫星细胞分化。卫星细胞早期分化阶段有许多基因表达，如Myogenin、MRF4、MEF2家族转录因子等[81]，这些转录因子可促进卫星细胞分化成肌管细胞，形成肌纤维[82]。运动激活肌卫星细胞激活增殖时Myo D、Myf5表达显著提升，当Pax7表达量持续降低，卫星细胞开始准备分化[83]；特异性转录因子Myo G调节肌卫星细胞分化[84]。FENG等[85]研究发现，Vgll4通过TEAD4与Myo D相互作用促进肌卫星细胞分化，提供了肌卫星细胞增殖与分化平衡新的突破口，这说明肌卫星细胞分化的通路之间可单独起作用，也相互协同起作用，其相互作用的具体机制有待研究。 2.4   运动改善肌衰减症的机制 2.4.1   运动调控肌细胞自噬   自噬是调控机体的一种防御和应激机制。人体器官组织的自噬水平随着年龄的增加而逐渐降低，最终自噬功能消失。有研究表明，随着年龄的增加，人体组织自噬功能降低或低下是由于线粒体功能障碍造成的，包括线粒体自身自噬功能低下[86]。李恩等[87]对大鼠进行8周游泳运动训练，每周运动6 d，60 min/d，运动训练持续8周，观察大鼠骨骼肌卫星细胞自噬水平的变化，结果表明，有氧运动能明显改善骨骼肌卫星细胞自噬水平，维持肌肉质量。有研究表明，对老年小鼠开展6周的耐力运动实验，结果发现，耐力运动能改善骨骼肌卫星细胞自噬能力，诱导自噬标志物LC3、Atg5、Atg7增加，维持肌卫星细胞功能，促进骨骼肌肥大[88]。有学者采用衰老小鼠进行有氧游泳运动训练，每周5 d，60 min/d，共进行30 次游泳训练，结果发现游泳可减少骨骼肌的萎缩程度，同时观察到机体自噬体增多，激活 AMPK-FOXO3a 信号通路诱导肌卫星细胞自噬发生且信号加强[89]。KIM等[90]研究表明，老年小鼠通过8 周跑台运动改善自噬水平，阻止骨骼肌衰减，自噬基因Atg7、胰岛素生长因子1/胰岛素生长因子1受体表达量和AMPK 磷酸化水平显著提升。有研究者建立肌肉降解模型研究表明，抗阻运动可上调肌卫星细胞自噬调节蛋白Beclin-1、ATG5\12\7和溶酶体，增强肌力，延缓肌肉衰减，减少蛋白 p62和LC31/LC3-1比率[91]。上述研究表明，运动可以提高衰老机体肌卫星细胞的自噬能力，同时激活卫星细胞增殖与分化，维持骨骼肌质量，减少肌肉丢失。 2.4.2   运动调控骨骼肌氧化应激   衰老时机体肌卫星细胞功能老化、活性氧积累、损伤蛋白聚集导致肌肉力量和横截面积下降。“衰老自由基理论”认为，机体衰老产生自由基攻击机体各组织，使骨骼肌线粒体功能出现障碍，导致肌肉质量和横截面积减少。SZENTESI等[92]研究表明，衰老的卫星细胞超氧化物含量增加，骨骼肌自由基活性氧增多，攻击肌卫星细胞，导致蛋白分解加速，肌肉开始衰减。付绍婷等[93]以衰老小鼠为研究对象，进行不同强度耐力训练，为期8周，结果发现，耐力训练能调节机体抗氧化酶活性和线粒体功能，训练适应后，机体抗氧化能力下调，这说明耐力运动有助于降低衰老骨骼肌的氧化应激水平。有研究表明，8个月高强度间歇训练和持续性耐力训练可上调增龄大鼠骨骼肌卫星细胞自噬活性，同时上调骨骼肌超氧化物歧化酶2活性水平，防止骨骼肌氧化损伤，减弱增龄性大鼠肌肉衰减[94]。衰老大鼠肌卫星细胞产生大量活性氧，肌卫星细胞抗氧化酶活性降低，线粒体功能低下，14周跑台有氧运动可提高骨骼肌抗氧化酶活性，降低衰老机体活性氧水平，促进骨骼肌蛋白合成[95]。有研究表明，衰老小鼠骨骼肌谷胱甘肽下降，活性氧增加，影响Nrf2-/-的抗氧化能力[96]。单次抗阻运动可降低肌卫星细胞活性氧水平，刺激抗氧化酶显著增加[97]。综上研究，衰老机体的骨骼肌中活性氧累积较多，破坏肌卫星细胞生存微环境；而运动可以调节机体抗氧化应激水平，下调机体产生的活性氧，有利于调控衰老的骨骼肌。 2.4.3   运动调控骨骼肌细胞外基质   肌卫星细胞与生存微环境基质密切联系。静息状态下肌卫星细胞外基质蛋白可以拮抗肝细胞生长因子等细胞因子，维系肌卫星细胞静息状态[98]；当骨骼肌受到运动刺激、损伤时，细胞外基质遭到破坏，激活肌卫星细胞增殖。有研究者用小鼠实验研究表明，运动可下调细胞外基质中的胶原蛋白，转化生长因子β与 Smad相互作用激活肌卫星细胞增殖，诱导细胞外基质胶原蛋白合成，急性运动后可下调转化生长因子β增殖水平[99]。小鼠敲除Syndecan-4蛋白多糖后抑制MAPK信号通路和Wnt7 (Frizzled-7协同作用)信号通路，抑制肌卫星细胞激活，但小鼠敲除Syndecan-3蛋白多糖后卫星细胞激活加强[100]，这表明Syndecan-3和Syndecan-4可能协同作用，共同调控肌卫星细胞激活增殖。运动可以下调肌卫星细胞外基质胶原蛋白，改善生存环境，促进肌卫星细胞激活增殖。 "