台灣:靈芝蛋白GMI可調控粒線體,生肌造肉

2020年12月31日/陽明大學等/PLOS ONE

文/吳亭瑤

 

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 原來,從眼周老化到體能衰退,都與肌肉質量減少有關。如何與必然的老化衰退拔河,盡量留住肌肉以保肉體的青春?2020年最後一天,由陽明大學羅正汎教授團隊發表在《PLOS ONE》的研究告訴我們,靈芝蛋白GMI生肌造肉的潛能,有可能是年華不老的希望。

 

我們總是下許多功夫在保養皮膚,卻常忘了皮膚底下的肌肉是否健康飽滿,才是水嫩Q彈、緊實透亮的基礎;我們經常花心思在保護骨骼,卻常忘了附著在骨骼上的肌肉是否健康飽滿,也是行動靈活、體力充沛的必備條件。

維持良好的肌肉質量很重要。但現實的情況是,肌肉不僅會隨歲月流失,其他像是包括割傷、拉傷在內的肌肉創傷,含蓋癌症、糖尿病在內的惡病質(cachexia),或是久病臥床或相關疾病造成的肌肉萎縮等等,也都會影響肌肉質量。

當然,肌肉是有辦法再生的。只是這個再生功能,並非來自已經存在的肌肉細胞,而是必須仰賴守護在肌肉細胞周圍的「衛星細胞」。

具有幹細胞特性的衛星細胞可以分化成「肌肉母細胞」,再分化成「肌小管」,並在發展出肌原纖維之後,進一步分化成熟為具有伸縮功能的「肌肉細胞」。問題是,衛星細胞多半處於靜止狀態,只有在非必要時──比如身體例行性的汰舊換新,或是受到創傷、運動等外來刺激──才會被啟動,而且也同樣難逃「年紀愈大數量愈少、功能愈弱」的宿命。

很顯然,肌肉再生並不如想像中活躍,而且還會愈來愈難活躍。因此,不管是想要凍齡、逆齡,或純粹只想維持健康、延緩老化,如果不想辦法「留住肌肉」,很有可能徒勞無功。

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圖1  肌肉生成:從「肌肉母細胞」分化成熟為「肌肉細胞」的過程

〔圖片來源/維基百科myogenesis(肌肉生成)條目〕

 

來自小孢子靈芝(Ganoderma microsporum)的免疫調節蛋白GMI,或許能用「擦的」為肌肉注入青春的能量。

根據陽明大學口腔生物研究所羅正汎教授團隊日前發表在《PLOS ONE》的研究發現,把小鼠肌肉母細胞與低劑量的GMI(0.05、0.1、0.5或1 μg/mL)放在一起培養,細胞數量會在24小時後顯著增加。

當培養的時間來到第六天時,不僅可以看到大量肌肉母細胞分化成肌小管,逐漸具備成熟肌肉細胞的雛型,同時細胞裡的MyHC肌凝重鏈蛋白)也有高濃度的表現──它們可是在接下來細胞形成肌原纖維的必要元素。

此外,細胞裡的「Tid1蛋白」和「乙醯化的STAT3蛋白」表現量也會因GMI的調節而顯著上升。Tid1蛋白不僅具有抑癌作用,更是維持粒線體結構完整性的關鍵角色;而能與Tid1蛋白交互作用的乙醯化STAT3蛋白,則有助於粒線體的產能持續維持在高水平。

粒線體猶如細胞的發電廠,也是掌握著細胞如何存活與發展的生殺大權,因此這兩種蛋白分子的高度表現,無疑為肌肉細胞的新生提供了充沛的能量。

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圖2  GMI可促進肌肉母細胞分化成肌小管

〔說明〕經GMI處理六天的小鼠肌肉母細胞,在經過一連串細胞增生、融合、拉長的分化過程,已逐漸分化成具有肌肉細胞雛型的肌小管。其中又以0.5和1 μg/mL 劑量GMI的促進細胞分化效果最好。

 

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圖3  GMI促進小鼠肌肉母細胞分化的機制
與活化Tid1和Ac-STAT3蛋白有關

 

羅正汎教授團隊的研究成果說明GMI具有促進肌肉再生的潛力,為一向是以「內服」方式作為抗腫瘤、抗發炎之用的GMI,拓展出「外敷」也有效的新局面。

GMI從調控粒線體裡的蛋白來促進肌肉細胞的新生,對於伴隨老化而來的肌肉減少和肌少症(sarcopenia)格外有意義。因為年紀愈大,粒線體的功能就愈容易失常,缺少提供細胞能量的粒線體,自然影響肌肉再生的能力。而從上述研究可知,GMI可讓衰退的粒線體重新充滿電力。

此外,伴隨各種慢性病出現的慢性發炎,不論對現有的肌肉細胞或備用的衛星細胞都有死亡威脅。從這個角度看,GMI也能透過「抗發炎」的調節機制保護現有肌肉,並且留住更多肌肉再生的本錢。

雖說運動可以促進肌肉再生,但人總有懶的時候,也總有一些肌肉不容易被運動到(如臉部);雖說許多生長因子類的成分(如:類胰島素生長因子IGF-1、成纖維細胞生長因子bFBF、血小板衍生生長因子PDGF)也被證實具有促進肌肉再生的作用,但它們都可應進一步活化乙型轉化生長因子TGF-β1,進而使肌肉再生作用受到抑制或產生其他不利健康的可能性。

相較之下,GMI對於肌肉再生的促進作用,似乎擁有相對省力又安全的特質,而且還可同步抗癌、抗氧化、抗發炎。

想留住青春?先從生肌造肉開始。

附註:肌肉相關專有名詞中英對照

◆ 肌肉細胞 = myocyte / muscle cell
◆ 衛星細胞/ 肌肉衛星細胞= satellite cell / myosatellite cell
◆ 肌肉母細胞 / 成肌細胞 = myoblast
◆ 肌小管 = myotube
◆ 肌原纖維= myofibril(指肌肉細胞裡的絲狀蛋白)
◆ 肌肉纖維 =myofiber(肌肉細胞的另一種說法)
◆ 肌肉生成 = myogenesis

〔資料來源〕Wan-Huai Teo, et al. Ganoderma microsporum immunomodulatory protein, GMI, promotes C2C12 myoblast differentiation in vitro via upregulation of Tid1 and STAT3 acetylation. PLoS One. 2020 Dec 31;15(12):e0244791.  doi: 10.1371/journal.pone.0244791. eCollection 2020.