与年龄相关的骨骼肌功能丧失始于中年，如果不加以解决，可能会导致生活质量受损。越来越多的证据表明，线粒体功能障碍与肌肉衰老有因果关系。肌肉是具有高代谢需求的组织，并含有丰富的线粒体供应，以支持其持续的能量需求。细胞线粒体健康的维持是通过线粒体生物发生扩大线粒体池，通过融合和裂变保持线粒体的自然动态过程，并通过线粒体自噬确保受损线粒体的清除。在衰老过程中，线粒体自噬水平下降并对骨骼肌的性能产生负面影响。营养和药理学的方法已经提出，以管理肌肉功能的下降，由于线粒体生物能量受损。在不同的实验模型和多项临床研究中，天然的后生物尿素A已被证明可以促进线粒体自噬、线粒体功能和改善肌肉功能。在这篇综述中，我们探讨了尿素A的生物学及其在年龄相关肌肉衰退中促进健康骨骼肌影响的临床证据。
骨骼肌老化与肌肉质量和力量的逐渐下降有关。将肌肉功能降低到临界阈值以下会导致称为肌肉减少症的临床状况，通过降低执行日常任务的能力显著影响生活质量。目前，减轻肌肉减少症最有效的预防性和非药物策略是体育活动[1,2]和热量限制(CR)[3,4,5,6]。药物干预，如肌肉生长抑制素抑制剂[7]和营养策略，包括高蛋白或氨基酸补充[8,9]，都侧重于增加肌肉质量，而不是肌肉力量，以避免与衰老相关的肌肉功能下降。改善肌肉力量和功能的有效策略是通过靶向肌肉生物能量学，即通过有针对性的干预来增强线粒体健康。
线粒体健康是指线粒体的健康和正常功能，线粒体是大多数真核细胞中负责通过三磷酸腺苷(ATP)产生能量的细胞器。改善和维持线粒体健康被认为是延长健康寿命的潜在策略，这意味着我们可以保持多少年的健康和无疾病。线粒体健康对细胞能量产生至关重要，它取决于几个需要多种活动的综合过程。这些过程包括氧磷、蛋白质输入和钙摄取等。执行这些活动的分子成分，如酶活性、蛋白质运输和复合物、铁缓冲等，由Monzel等人定义[10]。线粒体自噬作为一种质量控制机制，通过选择性地从细胞中去除功能失调或多余的线粒体来维持线粒体健康。它确保只有健康的线粒体被保存，并能有效地促进细胞能量生产和其他基本功能。
运动和CR是改善线粒体健康的两种策略[11]。然而，这两种人都可能因为不遵守锻炼计划和坚持繁琐的热量限制协议而受苦。我们将总结最近的临床前证据和临床研究，这些研究表明后生物(一种肠道微生物衍生化合物)尿素a (UA)通过激活线粒体自噬的能力改善不同研究人群(如超重的中年人和健康老年人)的肌肉功能[12,13]。
众所周知，线粒体在衰老过程中骨骼肌萎缩中起着核心作用。老年动物和老年人的力量和肌肉质量的丧失与线粒体能量受损[14,15,16]和线粒体介导的细胞凋亡增加有关[16,17,18]。衰老过程中线粒体稳态丧失的一个原因是功能失调线粒体的积累。这反过来又源于细胞去除有缺陷细胞器的能力受损，这一过程被称为有丝自噬[19]。由于线粒体损伤或暴露于线粒体自噬诱导剂，线粒体发生线粒体自噬。线粒体自噬是一种选择性自噬过程，涉及随着衰老和一些与年龄相关的疾病而受损的功能失调线粒体的清除和再循环。
目前描述最好的调控途径涉及Parkin，一种E3泛素连接酶样蛋白，与PINK1合作。PINK1-Parkin依赖的线粒体自噬过程是通过稳定激酶PINK1启动的，PINK1刺激Parkin从细胞质中募集和激活，解锁其酶活性，导致外膜线粒体蛋白泛素化[20]。后者被自噬标记物如微管相关蛋白LC3识别，并招募含有水解酶的溶酶体，形成自噬体并降解受损的线粒体[21]。其他与pink1 - parkinson无关的线粒体自噬途径激活其他线粒体蛋白，如BNIP3、FUNDC1和NIX，直接募集LC3促进自噬体形成和线粒体降解。
线粒体自噬通过改善细胞线粒体池的质量来改善线粒体呼吸能力。Palikras等人，2018年和onishi等人，2021年对线粒体自噬监测程序及其优点和局限性进行了广泛的描述[22,23]。
UA是尿素家族的一员，其化学结构以α -苯并香豆素支架为特征。它是一种后生物代谢物，来自于摄入鞣花单宁和鞣花酸的微生物转化，这是石榴、草莓、覆盆子和核桃等食物中的前体分子。拥有正确的微生物群是尿素A从饮食前体自然转化的必要条件。这种情况发生在大约30%-40%的人群中[24]，其水平各不相同，只有一小部分人从能够带来健康益处的大量自然暴露中获得UA。这使得直接补充UA成为每个人从这种活性分子中受益的相关策略。
细胞、蠕虫、小鼠和人类的数据表明，UA最一致的作用是通过线粒体自噬改善线粒体健康[12,13,25,26]。在蠕虫中，UA增强了线粒体自噬基因lgg-1[25]、粉红色-1和pdr-1[27]的表达，并表现出与CR相似的健康寿命促进特征。Ryu等人认为UA的作用也由skn-1 (Nrf2同源物)介导，skn-1编码一种调节线粒体生物发生和线粒体自噬基因表达的转录因子[25]。
在野生型啮齿动物[25]和杜氏肌营养不良(DMD) mdx小鼠模型[27]中，补充UA后，骨骼肌组织中线粒体Parkin、泛素化和磷酸化泛素化线粒体蛋白等线粒体自噬标记物水平升高。此外，补充UA后，mdx小鼠肌肉组织中复合物I和ii介导的呼吸也得到了增强[27]。最后，给中年小鼠灌胃16周后，UA增加了骨骼肌血管生成标志物，激活了SIRT1-PGC-1α通路，并升高了ATP和NAD +水平[28]。在其他一些组织和实验条件下也证实了ua介导的线粒体自噬激活[29,30,31]。
在蠕虫和啮齿动物模型中，补充UA对线粒体健康的改善与更好的健康寿命有关(图1)。
尿素A的有益作用
在秀丽隐杆线虫中，UA导致咽泵的改善，通过计算30秒内咽的收缩和线虫的运动来测量。在老年小鼠中，与载车相比，UA给药可使握力测试中测得的肌肉力量增加9%，通过跑步轮测得的自发活动(耐力)增加57%[25]。值得注意的是，UA显著增加了进行自愿跑步活动的年轻大鼠的有氧耐力，这表明在该临床前模型中，在运动方案中添加UA进一步改善了肌肉健康益处。
在mdx营养不良小鼠模型中，UA也能增强肌力、耐力和强直力，在DMD较严重的DKO小鼠模型中，UA显著提高了存活率[27]。
最后，在大鼠骨关节炎(OA)疾病模型[32]和从OA患者获得的人软骨细胞中，ua诱导了线粒体自噬并防止软骨降解。
这些临床前数据表明，UA可以通过PINK1-Parkin依赖或独立的线粒体自噬激活线粒体自噬[33]，并表明UA对骨骼肌系统的综合作用，以防止与年龄相关的活动能力下降、肌肉减少症，并支持健康的活动能力(表1)。这些发现为研究UA在不同人类临床环境中的作用铺平了道路。
在人类中，UA被证明可以调节线粒体系统功能和骨骼肌功能。
口服UA的效果已经在多个双盲、随机、安慰剂对照的临床试验中进行了研究。首次人体试验(NCT02655393)招募了健康老年人，男性和女性，年龄61-85岁(平均年龄~ 70岁)。受试者分别给予安慰剂、UA 500 mg或UA 1000 mg，单次递增剂量或多次递增剂量，持续4周。首先，本研究调查了UA在老年人中的安全性、耐受性和药代动力学特征。UA表现出非常安全的特性，在1000mg剂量前生物利用度呈剂量依赖性线性增加，并且不会随时间在血浆中积累。摄入后，UA在血浆中在6至8小时达到峰值，并表现出相对较长的半衰期(t1/2=17-22小时)，这可能是因为它通过肝脏积极地再循环。食物对UA的生物利用度也没有影响。
在研究的多次递增剂量部分，不同的队列接受安慰剂或两剂量-每天500和1000毫克的UA，持续四周。在基线访问和最后一次UA剂量后四周后进行肌肉组织收集和线粒体功能生物标志物的血液采样。在股外侧肌骨骼肌中，UA以剂量依赖的方式增强了几个线粒体功能相关基因集的表达[26]。有趣的是，与定期进行体育锻炼的健康老年人相比，体弱前老年人肌肉中相同的基因组要低一些[34]。与线粒体自噬活性相关的特定基因，如park2gabarapl1和ulk1也受到UA在肌肉中的积极影响。在血浆中，每天给予高达1000mg的UA可导致血浆中几种酰基肉碱的减少，这是反映线粒体脂肪酸氧化效果的标志物[26]。这一首次临床试验的结果证实了临床前研究的结果，证明了UA的安全性、生物利用度和对肌肉线粒体的积极作用。
在这项首次人体研究之后，又进行了两项功效研究，补充了更长时间(2-4个月)的UA，其中首次测试了受试者的肌肉功能和身体表现结果。第一项功效研究调查了健康老年人(65-90岁，平均年龄~ 72岁)每天服用UA 1000 mg，持续4个月后UA对肌肉耐力的益处(ClinicalTrials.gov Identifier: NCT03283462)。受试者的选择基于其手部骨骼肌线粒体功能低(通过磁共振波谱评估第一背骨间肌力量)和平均体能低(通过6分钟步行测试评估)[13]。该研究的主要结果是补充4个月UA后6分钟步行距离与基线的变化。通过手部和腿部肌肉的单一肌肉功能测试，一个关键的次要结果是肌肉耐力(抗疲劳)的变化。UA组的步行距离更大，但与安慰剂组相比，这些变化并不显著，这表明在未来的研究中需要更长时间的干预和更大的样本量。有趣的是，临床数据显示，与安慰剂组相比，UA在2个月后使双手(第一背骨间肌)和腿(胫骨前肌)骨骼肌的抗疲劳能力提高了约20%，UA对抗疲劳能力的积极作用在补充4个月后保持不变。考虑到这是两种功能和解剖结构不同的肌肉，UA可能对骨骼肌线粒体有全局影响。值得注意的是，UA患者抗疲劳能力的提高没有改变参与者的运动习惯和饮食习惯。
在生物标志物水平上，这些临床效应与循环血浆酰基肉碱水平的显著降低有关，这与首次人体研究中观察到的数据一致。与安慰剂相比，口服UA还可降低血浆炎症生物标志物，如神经酰胺[35]和c反应蛋白[36][13]。这些生物标志物在衰老过程中会随着慢性炎症而升高，这一过程被称为“炎症老化”[37]。
在没有改变参与者的运动常规和饮食习惯的情况下，抗疲劳能力的提高表明了UA对抗老年人肌肉老化衰退的功效。本研究证实长期补充UA是安全且生物可利用的。
另一项随机、双盲、安慰剂对照研究测试了UA在中年人群中的疗效(Singh et al.， 2022)。招募的受试者年龄40 ~ 64岁，平均年龄~ 52岁，耐力低(最大摄氧量< 25 ml/kg/min)，体重超重(BMI ~ 29 kg/m2)。在这项研究中，受试者被随机分为三个干预组:安慰剂组、500毫克UA组和1000毫克UA组。给药时间4个月。评估线粒体健康、肌肉力量测量、6分钟步行和峰值VO2的血浆生物标志物。与安慰剂相比，两种剂量的UA显著提高了腿部肌肉力量约10%-12%。它还导致更好的有氧能力，以峰值Vo2测量(提高10%)，以及6分钟步行测试的身体表现(步行距离提高7%)。与之前的两项研究一样，与500毫克的基线水平相比，UA显著降低了血浆酰基肉碱水平，表明在全身水平上线粒体健康状况更好，循环促炎细胞因子和CRP降低。在这项试验中，肌肉活检也被收集，允许研究与UA改善肌肉功能相关的分子机制。肌肉活检样本的无偏倚蛋白质组学分析显示，500 mg时UA最显著富集的途径是“帕金森介导的泛素和蛋白酶体系统”[12]。这些发现首次表明，长期补充后，人类骨骼肌中ua介导的线粒体自噬增加的分子特征。这些结果通过靶向蛋白分析得到进一步验证，UA增加了Parkin对丝氨酸65的磷酸化水平[12]，丝氨酸65是Parkin活化和有丝分裂水平的标志[38]。1000 mg组的蛋白质组学和western blot分析显示，UA增加了氧化磷酸化酶的水平，这是与线粒体功能改善相关的蛋白质。该剂量的UA也增加了线粒体丰度，通过线粒体比DNA含量(mtDNA/DNA)来测量。这些数据证实了UA促进人体肌肉和线粒体健康的能力。
总之，这些临床研究[12,13,26]一致表明，口服UA，在500-1000 mg范围内，增加骨骼肌的线粒体自噬和线粒体代谢，并报告了对一系列肌肉功能结果的积极影响，包括骨骼肌抗疲劳，改善肌肉力量和运动表现指标(图1，表1)。
总之，本文收集的数据支持UA的健康促进作用。一些正在进行的研究正在进一步调查在其他临床环境中通过UA激活线粒体自噬的影响。
一项正在进行的随机对照试验将研究补充UA对接受控制运动训练计划的高性能运动员肌肉性能和恢复参数的影响(NCT04783207)。另一项试验正在研究UA对健康中年人群中免疫细胞线粒体健康和整体免疫功能的影响(NCT05735886)，还有一项试验正在研究UA与高蛋白补充剂联合使用在快速诱导肌肉萎缩的固定环境中的影响(NCT05814705)。
未来的试验将研究从饮食中自然产生UA的能力和肌肉功能与衰老之间的关系，这将是很有趣的。此外，应该设计人体研究来研究UA对其他受衰老影响的器官的影响，这些器官可能导致肌肉减少症期间的残疾。例如，对于关节和心肌组织，已经有关于UA有益影响的有希望的临床前数据。目前的研究和越来越多的关于UA的研究表明，补充UA是一种有效的营养干预，通过靶向线粒体自噬来对抗与年龄相关的肌肉衰退(表1)。
摘要。
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