首 健，陈佩杰，肖卫华

(上海体育学院运动科学学院运动人体科学系，上海 200438)

糖皮质激素(glucocorticoids，GCs)是肾上腺皮质分泌的类固醇激素，内源性GCs有3种：皮质醇(氢化可的松)、皮质酮和可的松。人类主要的内源性GCs是皮质醇，在啮齿动物中则是皮质酮。GCs主要通过细胞内糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor，GR)进行信号转导，从而发挥相应生物学效应。临床GCs类药物的使用非常广泛，可用于治疗过敏性反应、炎症反应、变态反应性疾病(风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、皮肌炎及硬皮病等)、各种感染性疾病以及休克。同时也是肿瘤终末期、重症肌无力、慢性肾衰竭终末期等重大疾病的常用药物。但要注意的是，GCs类药物有较大的副作用，过量使用常常导致多种疾病的发生，如骨质疏松[1]等。因此，一般只能短期应用。骨骼肌是GCs的主要靶组织，GCs类药物长期使用可带来骨骼肌萎缩的严重后果，但其发生机制尚不清楚。因此，本文通过综述国内外最新进展，深入探讨GCs对骨骼肌代谢的影响及其分子机制，这将为GCs类药物的临床应用提供参考。

1 GCs对骨骼肌糖代谢的影响及其机制

1.1 GCs对骨骼肌糖代谢的影响GCs可抑制骨骼肌葡萄糖摄取、利用以及糖原合成，并促进儿茶酚胺诱导的肌糖原分解，其可抵消胰岛素促进葡萄糖利用和糖原合成的作用。GCs可抑制小鼠肌细胞胰岛素的作用，抑制葡萄糖转运体4(glucose transporter 4，GLUT4)向细胞膜的转移，从而减少细胞葡萄糖摄取。相反，抑制GCs信号转导可改善小鼠和人类骨骼肌的胰岛素敏感性和葡萄糖利用率。

骨骼肌中，糖原合酶可将葡萄糖转化为肌糖原，而糖原合成酶激酶-3(glycogen synthase kinase 3，GSK3)可抑制糖原合酶活性，抑制肌糖原合成。蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)可磷酸化GSK3并抑制其活性，促进糖原合成。此外，GCs可降低GSK3的磷酸化水平，活化GSK3蛋白，从而抑制糖原合成。因此，GCs通过抑制骨骼肌葡萄糖摄取以及糖原合成，从而实现对骨骼肌糖代谢的调控。

1.2 GCs影响骨骼肌糖代谢的机制GCs主要通过抑制胰岛素信号转导，调节骨骼肌葡萄糖代谢，此外，丙酮酸脱氢酶激酶4(pyruvate dehydrogenase kinase 4，PDK4)也可能在这一过程中发挥重要作用。

1.2.1胰岛素信号通路 GCs调节骨骼肌葡萄糖代谢的主要途径是抑制胰岛素信号转导[2]。胰岛素受体(insulin receptor，IR)是一种酪氨酸激酶，胰岛素与细胞表面的IR结合后，可磷酸化胰岛素受体底物(insulin receptor substrate，IRS)。磷酸化IRS与IR结合后，再激活下游的磷酸肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K)/Akt信号转导途径，从而促进细胞对葡萄糖的摄取及利用。GCs处理的小鼠骨骼肌IR酪氨酸磷酸化水平及IRS-1蛋白水平降低，PI3K和Akt的活性也降低。此外，GCs处理后，IRS-1的pSer307水平增加，这种磷酸化破坏了IR和IRS-1之间的关联，抑制了胰岛素信号转导途径。这些数据表明，GCs通过抑制胰岛素信号转导途径，降低Akt磷酸化水平，从而减少GLUT4表达及GSK3磷酸化水平，抑制骨骼肌葡萄糖摄取及糖原合成。

GCs对胰岛素信号转导途径的抑制过程，Pik3r1发挥了重要作用。Pik3r1可编码PI3K的调节亚基，是胰岛素信号转导途径中的关键组分。Pik3r1可与Pik3ca(PI3K的调节亚基)形成异二聚体，并与IRS-1相互作用，激活胰岛素信号转导途径。但过量的Pik3r1单体可与Pik3r1/Pik3ca异二聚体竞争IRS-1的结合位点，从而抑制胰岛素的作用。Pik3r1还可激活磷酸酶和张力蛋白同源物(phosphatase-tension protein，PTEN)[3]，PTEN可抑制PI3K活性，从而进一步抑制胰岛素信号转导途径。此外，小鼠Pik3r1基因缺失提高了全身胰岛素敏感性，这些数据都说明了Pik3r1可抑制胰岛素信号转导途径。研究表明，用地塞米松(Dex，人工合成的糖皮质激素)处理C2C12细胞后，IRS-1蛋白水平降低，pSer307-IRS-1水平增加，并且pSer473-Akt水平降低，抑制了胰岛素信号转导途径[4]。但使用RNA干扰(RNAi)特异性降低C2C12细胞Pik3r1表达时，上述作用均被减弱[5]。因此，Pik3r1在GCs抑制骨骼肌葡萄糖摄取的过程中有重要作用。

1.2.2PDK4 GCs还可通过刺激PDK4的表达来调节骨骼肌糖代谢。PDK4可抑制使丙酮酸转化为乙酰辅酶A的丙酮酸脱氢酶复合物，来调节骨骼肌糖代谢。此外，在人原代肌管中，GCs对糖原合成的抑制随着PDK4表达的降低而减弱。同时，GCs可促进肝脏和骨骼肌的PDK4基因转录，进一步抑制骨骼肌葡萄糖摄取及糖原合成[6]。因此，PDK4是GCs抑制骨骼肌葡萄糖摄取和糖原合成的重要靶标。

2 GCs对骨骼肌脂代谢的影响及机制

GCs可抑制骨骼肌脂质代谢，引起骨骼肌内的脂质堆积。GCs可引起脂质代谢中间体二酰甘油(diacylglycerol，DAG)和神经酰胺(ceramide，CER)在骨骼肌内堆积，并诱发骨骼肌胰岛素抵抗。GCs处理后，肌内甘油三酯(triacylglyceride，TAG)积聚增加，同时DAG水平升高[7]。而用11b羟基类固醇脱氢酶1型(11b-HSD1，可活化糖皮质激素)的抑制剂干预后，小鼠骨骼肌脂肪生成基因表达降低。因此，过量的GCs可抑制骨骼肌脂质分解，促进DAG、CER等脂质代谢中间产物积累，并可诱发骨骼肌胰岛素抵抗。对其机制的研究表明，GCs可通过抑制骨骼肌中腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK)活性[8]，从而抑制骨骼肌脂肪酸的氧化。此外，GCs还可促进丙二酰辅酶A(一种脂肪酸合成的中间体)表达[9]，从而促进骨骼肌脂质合成。因此，GCs通过促进骨骼肌脂质合成，并抑制骨骼肌脂质分解，从而实现对骨骼肌脂代谢的调控。

3 GCs对骨骼肌蛋白质代谢的影响及其机制

3.1 GCs对骨骼肌蛋白质代谢的影响GCs在骨骼肌蛋白质代谢调控过程中具有重要地位。GCs对骨骼肌蛋白质代谢的影响表现为：促进骨骼肌蛋白质分解，同时抑制骨骼肌蛋白质合成。其带来的结果是蛋白质净降解，骨骼肌发生萎缩。

3.1.1GCs促进骨骼肌蛋白质分解 GCs是骨骼肌肌肉质量的重要调节剂。研究表明，过量使用GCs后，动物骨骼肌出现肌萎缩[10]，骨骼肌肌纤维直径减少，并且肌肉力量降低。此外，使用Dex处理C2C12细胞和L6肌管后，细胞直径明显减少。其原因可能是长期过度分泌或外源性给予GCs，可促进骨骼肌蛋白质分解[11],对大鼠使用Dex可使其蛋白质分解增加，导致骨骼肌萎缩。此外，用RNAi下调C2C12细胞GR表达后，抑制了细胞的蛋白质降解。肌肉特异性GR敲除可完全消除Dex诱导的小鼠骨骼肌肌萎缩[12]，减弱蛋白质降解。这些结果都表明了GCs可促进骨骼肌蛋白质分解。

3.1.2GCs抑制骨骼肌蛋白质合成 目前关于GCs对骨骼肌蛋白质调控的研究，主要集中于其对骨骼肌蛋白质分解的影响，但GCs也可以抑制骨骼肌蛋白质合成。GCs可增加骨骼肌对蛋白质合成因子(胰岛素样生长因子1，以及亮氨酸和胰岛素)抗性。而且，GCs可抑制氨基酸向骨骼肌的转运，进一步抑制蛋白质合成。此外，骨骼肌损伤后，成肌细胞肌分化因子和肌原性因子5被激活，从而促进骨骼肌的修复与再生[13]。而GCs可促进C2C12小鼠成肌细胞中肌分化因子的降解，并下调肌细胞生成素，从而抑制肌原性分化。因此，GCs可抑制骨骼肌蛋白质合成因子，从而抑制蛋白质合成。

3.2 GCs影响骨骼肌蛋白质代谢的机制

总之，党的十九大首提的乡村振兴战略下的“建立健全城乡融合发展体制机制和政策体系”，就是要通过改革、转型、创新去推动城乡地位平等、要素互动、共生共融。建构乡村振兴的“融”机制与敢为人先的小岗精神高度契合，乡村振兴战略“融”机制的建构既明确了乡村在中国特色社会主义现代化建设中的突出地位和在城乡关系中的平等地位，又为实现2018年中央一号文件提出的“让农业成为有奔头的产业，让农民成为有吸引力的职业，让农村成为安居乐业的美丽家园”的美好愿景奠定了坚实的基础。

3.2.1GCs促进骨骼肌蛋白质分解的机制 GCs是肌肉质量的重要调节剂，GCs诱导的肌肉分解主要通过3种途径实现：一是泛素-蛋白酶体途径；二是自噬-溶酶体途径；三是氧化应激途径。此外，CCATT区/增强子结合蛋白β(CCAAT-enhancer binding proteins β，C/EBPβ)也可能参与其中。

3.2.1.1 泛素-蛋白酶体途径 大量研究表明，泛素-蛋白酶体途径在肌萎缩过程中具有重要作用，其可促进骨骼肌蛋白质分解。泛素化蛋白质可被26S蛋白水解复合物降解，该复合物由20S蛋白酶体和两个19S调节复合物构成。GCs可调节26S蛋白酶体多种成分的表达。Dex处理L6肌管后，20S亚单位C3表达增加。对大鼠使用Dex后，19S复合体中多种腺苷三磷酸酶和非腺苷三磷酸酶亚基的表达增加。因此，GCs可促进泛素表达，激活泛素-蛋白酶体途径，从而促进骨骼肌蛋白质分解。用Dex处理的L6肌管中泛素表达增加，蛋白酶体活性增强，同时蛋白酶体依赖性蛋白质分解也增加。此外，调节泛素功能的酶也受骨骼肌GCs的调节。GR拮抗剂RU38486可抑制泛素结合酶E214k和泛素连接酶E3α表达，降低泛素活性，表明GCs通过促进E214k和E3α表达，从而激活泛素-蛋白酶体途径，促进肌肉蛋白质分解。此外，GCs诱导的泛素表达增加具有骨骼肌特异性，其在肝细胞、肾细胞、肠上皮细胞以及心肌细胞中未观察到。

3.2.1.2 自噬-溶酶体途径 细胞中蛋白质和细胞器的自噬，在骨骼肌蛋白质分解以及肌萎缩过程中起关键作用[14]。线粒体自噬是细胞自噬途径中非常重要的一部分，并且其可通过E3α泛素连接酶诱导肌萎缩[15]。用Dex处理的肌管E3α泛素连接酶表达增加，并诱导线粒体自噬，从而促进肌萎缩。因此，GCs可通过E3α泛素连接酶调节骨骼肌线粒体自噬，与泛素-蛋白酶体系统协同作用，促进骨骼肌蛋白质分解。

GCs诱导泛素-蛋白酶体途径以及自噬-溶酶体途径过程中，叉头转录因子(forkhead box class O，FoxO)家族起到了重要作用。FoxO是一个转录因子家族，其中有FoxO1、FoxO3和FoxO4，并且在骨骼肌中表达。FoxO3可激活自噬基因表达，如Bnip3、LC3和Atg14，并通过自噬-溶酶体和泛素-蛋白酶体途径，促进骨骼肌蛋白质降解。FoxO可激活蛋白质降解基因，例如肌肉特异性环指蛋白1(muscle ring finger 1，MuRF1)和肌肉萎缩F盒蛋白(muscle atrophy F box，MAFbx)。同时还可抑制蛋白质合成的基因，例如4EBP1。此外，FoxO1可抑制胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor 1，IGF-1)促进蛋白质合成的作用。因此，FoxO可通过促进蛋白质分解及抑制蛋白质合成，来调控骨骼肌蛋白质代谢。此外，FoxO转录因子对肌萎缩的作用受GCs的调节，GCs可促进肌肉FoxO表达。用Dex处理C2C12肌管，可使FoxO1、FoxO3和FoxO4去磷酸化，从而增强其活性。而使FoxO3失活后，可减弱Dex诱导的肌管直径减少。体内实验也得出了同样的结果，进一步说明GCs诱导骨骼肌蛋白质分解过程中FoxO起重要作用。因此，这些研究表明GCs可活化FoxO1、FoxO3和FoxO4，激活自噬-溶酶体和泛素-蛋白酶体途径，从而促进骨骼及蛋白质分解及肌萎缩。

3.2.1.3 氧化应激途径 骨骼肌产生活性氧诱导的氧化应激途径，也是引起骨骼肌蛋白质分解以及肌萎缩的重要因素。研究表明，抗氧化剂使用后，骨骼肌蛋白质分解及肌萎缩减弱[16]。氧化应激途径主要通过激活p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase，p38 MAPK)，随后诱导MAFbx、MuRF1以及自噬-溶酶体系统的表达，从而促进肌萎缩[17]。研究表明，GCs可能对骨骼肌氧化应激途径有促进作用[18]，从而与自噬-溶酶体系统协同作用，促进骨骼肌蛋白质分解及肌萎缩。

GCs激活氧化应激途径后，可促进MuRF1和MAFbx表达，从而促进骨骼肌蛋白质分解[17]。MuRF1和MAFbx是两种重要的肌肉特异性肌萎缩因子。MuRF1基因表达在肌萎缩情况下增加，其可促进部分肌原纤维蛋白降解[19]。GCs促进骨骼肌蛋白质分解过程中，MuRF1具有重要作用。研究表明，使用Dex处理MuRF1基因敲除小鼠以及野生型(WT)小鼠14 d后，野生型小鼠三头肌和胫骨前肌肌肉质量明显降低，而MuRF1敲除小鼠三头肌和胫骨前肌肌肉质量虽然降低，但降低幅度明显低于WT小鼠[20]。此外，MuRF1敲除小鼠在Dex处理后，腓肠肌肌纤维横截面积和肌肉张力仍然较大，并且蛋白质降解速率降低[20]。因此，这些数据证实了GCs促进骨骼肌蛋白质分解过程中，MuRF1发挥了重要作用。而MAFbx对于肌萎缩的作用更有争议。小鼠MAFbx敲除可防止去神经支配诱导的肌萎缩，但不能防止GCs诱导的肌萎缩。因此，GCs诱导的骨骼肌蛋白质分解以及肌萎缩过程可能与MAFbx无关。

3.2.1.4 C/EBPβ C/EBPβ也可促进骨骼肌蛋白质分解。骨骼肌蛋白质分解增强时，观察到C/EBPβ表达及活性上升。肌肉中C/EBPβ活性的增加是呈GCs时间和剂量依赖性的。使用Dex干预转染了荧光素酶报告基因的C/EBPβ启动子的细胞后，细胞荧光量明显提高，表明C/EBPβ表达增加。此外，使用Dex处理大鼠与L6肌管后，大鼠骨骼肌C/EBPβ表达水平增加，同时L6肌管的C/EBPβ表达也增加。而用GR拮抗剂RU38486处理大鼠后，C/EBPβ表达及活性被抑制。这些研究说明GCs可通过促进骨骼肌C/EBPβ表达，从而促进骨骼肌蛋白质分解。

3.2.2GCs抑制骨骼肌蛋白质合成的机制 骨骼肌蛋白质合成主要依靠哺乳动物雷帕霉素(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号转导途径。mTOR信号通路在骨骼肌质量控制中发挥了关键作用。GCs主要通过抑制mTOR信号途径诱发肌萎缩，而肌肉生长抑制素、TSC1/2、Pik3r1、KLF-15等因子在这一过程中发挥重要作用。

3.2.2.2 肌肉生长抑制素 肌肉生长抑制素(Myostain)是肌肉质量的负调节因子，其通过抑制Akt-mTOR-S6K-β1蛋白合成途径，从而抑制肌肉生长和分化。肌肉生长抑制素失活后，骨骼肌体积及质量明显增加[22]。GCs抑制骨骼肌蛋白质合成过程中，肌肉生长抑制素起重要作用。GCs可以增加骨骼肌肌肉生长抑制素表达，并且使用Dex干预WT小鼠10 d后，小鼠肌肉萎缩严重。而使肌肉生长抑制素失活后，这种肌萎缩效应大大减弱。此外，有研究显示，肌肉生长抑制素缺失小鼠中观察到的肌萎缩减弱是由于肌纤维蛋白质合成的增加，而不是蛋白质分解减少[23]，进一步证明了肌肉生长抑制素抑制骨骼肌蛋白质合成的作用。因此，GCs可通过促进肌肉生长抑制素表达，抑制mTOR信号转导途径，从而抑制骨骼肌蛋白质合成。

3.2.2.3 Pik3r1 GCs抑制mTOR信号转导途径的过程中，Pik3r1也起到了重要作用。研究表明，C2C12肌管Pik3r1过表达，使细胞直径明显减小[5]。相反，当减少C2C12肌管Pik3r1表达时，可减弱Dex诱导的肌管直径减小[5]。此外，细胞Pik3r1敲除，可降低Dex诱导的MuRF1和FoxO3的表达[5]。在体实验表明，GR可与Pik3r1蛋白相互作用，减少PI3K与IRS-1的结合，从而抑制胰岛素/IGF-1/mTOR途径，抑制骨骼肌蛋白质合成[24]。糖尿病小鼠使用GCs后，肌肉中IRS-1与PI3K结合减弱，并导致肌萎缩。而骨骼肌特异性GR敲除糖尿病小鼠则对肌萎缩具有抗性。因此，GCs可促进Pik3r1表达及活性，抑制IGF-1/mTOR途径，从而抑制骨骼肌蛋白质合成。

3.2.2.4 Kruppel样因子15(Kruppel-like factor 15, KLF-15) KLF-15在GCs抑制骨骼肌蛋白质合成过程中也起到了重要作用。KLF-15是一种转录因子，其可抑制mTOR活性，从而抑制骨骼肌蛋白质合成。此外，KLF-15还可促进MuRF1和MAFbx转录，从而促进骨骼肌蛋白质分解[4]。骨骼肌KLF-15过表达可导致肌萎缩，说明KLF-15可调控骨骼肌蛋白质代谢。在骨骼肌中，转录因子KLF-15是GR的主要靶标[10]。因此，这些研究表明GCs抑制骨骼肌蛋白质合成过程中，KLF-15发挥了重要作用。

4 结论

糖皮质激素类药物可治疗多种疾病，但如果过量或长时程使用可导致严重的副作用，如可诱导骨骼肌萎缩及骨骼肌胰岛素抵抗等，这与GCs对骨骼肌代谢的调控密切相关。研究表明，GCs对骨骼肌代谢有重要调控作用：GCs可通过促进Pik3r1表达,抑制胰岛素信号转导途径，或通过上调PDK4表达，从而抑制骨骼肌糖摄取及糖原合成，导致血糖紊乱；GCs可抑制骨骼肌脂质代谢，引起脂质代谢中间体二酰甘油和神经酰胺在骨骼肌内堆积，诱发骨骼肌胰岛素抵抗；GCs可通过促进FoxO表达,激活泛素-蛋白酶体途径和自噬-溶酶体途径，以及通过激活氧化应激途径诱导MuRF1与MAFbx表达，或者通过上调C/EBPβ表达，从而促进骨骼肌蛋白质分解；GCs还可通过促进肌肉生长抑制素及Pik3r1表达,抑制mTOR途径，或者通过上调KLF-15表达，从而抑制骨骼肌蛋白质合成。GCs使骨骼肌蛋白质出现净降解，是导致骨骼肌萎缩的根本原因。正因为GCs对骨骼肌代谢有上述诸多影响，临床使用GCs时应严控剂量和治疗周期。