人类衰老研究所团队揭示骨骼肌衰老中多重翻译后修饰的系统性重塑

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肌少症是衰老的重要表现之一，主要表现为骨骼肌质量、力量和运动功能持续下降，并可增加跌倒、失能及代谢异常风险。以往蛋白质组学研究主要关注“蛋白有多少”，但蛋白质在合成后还会被添加不同的化学标记，即翻译后修饰。翻译后修饰可调节蛋白质的活性、定位、相互作用和稳定性，相当于在不改变蛋白总量的情况下重新设置其功能状态。此前多数研究仅分析单一修饰类型，多种修饰在骨骼肌衰老中如何分工、协同或相互串扰，仍缺乏系统认识。

研究团队选取3月龄和24月龄雄性小鼠的股四头肌，利用高分辨率质谱和修饰肽富集技术，同步开展全蛋白质组和五类翻译后修饰组分析。研究共定量鉴定5,337种蛋白质，其中包括772种乙酰化蛋白、1,809种磷酸化蛋白、672种泛素化蛋白、220种N-糖基化蛋白和156种O-糖基化蛋白，形成了覆盖蛋白表达及多重修饰层的骨骼肌衰老图谱。

进一步分析发现衰老引起的分子变化并不等同于蛋白丰度变化。按照研究设定的差异阈值，老年骨骼肌中有626种蛋白质丰度发生变化，同时检测到827个差异乙酰化位点、1,246个差异磷酸化位点、172个差异泛素化位点、227个差异N-糖基化位点和58个差异O-糖基化位点。整合分析显示，57种蛋白同时发生丰度和修饰变化，而另有252种蛋白在总量基本不变的情况下出现显著修饰改变。这说明，仅分析蛋白表达量可能遗漏相当一部分与衰老相关的功能调控信息。

不同翻译后修饰呈现出清晰的功能分工。乙酰化和磷酸化的改变主要集中在线粒体呼吸、三羧酸循环和氧化磷酸化等代谢相关过程；泛素化更突出地关联肌细胞骨架组织与蛋白稳态；N-糖基化主要涉及补体和凝血级联、内质网蛋白加工以及分泌通路；O-糖基化则更集中于肌肉收缩和兴奋-收缩耦联。尽管不同修饰在单个蛋白和具体位点上的变化方向并不完全一致，但它们在通路层面却共同汇聚于能量代谢、氧化应激、蛋白稳态和肌肉结构维持等衰老核心过程。

多重修饰之间也并非彼此孤立。研究发现，磷酸化与泛素化在蛋白层面总体呈正相关，提示信号调控与蛋白周转可能在部分蛋白上协同变化；乙酰化与泛素化可发生在同一赖氨酸残基，但不同位点既存在反向变化，也存在同向变化，表明二者关系不能简单概括为竞争；乙酰化与磷酸化总体呈正相关，而磷酸化与O-糖基化的关系则具有明显的蛋白和位点依赖性。这些结果显示，骨骼肌衰老不是某一种修饰单独失衡，而是多层调控网络发生了具有情境依赖性的重组。

为验证质谱结果，研究团队进一步采用免疫沉淀和免疫印迹实验，证实老年骨骼肌中肌球蛋白重链总体乙酰化水平下降。研究还将小鼠数据与公开的人骨骼肌衰老蛋白质组数据进行跨物种比较，鉴定出70种在小鼠和人中均呈年龄相关变化的保守蛋白，这些蛋白主要富集于肌细胞骨架、细胞外基质和整合素信号等通路，提示维持肌肉结构完整性和适应能力可能是跨物种共享的骨骼肌衰老特征。

该研究从“蛋白丰度”进一步延伸到“蛋白功能状态”，绘制了骨骼肌衰老的多重翻译后修饰图谱，并揭示不同修饰层在代谢、线粒体功能、免疫与分泌、蛋白稳态及肌肉结构调控中的差异化作用。研究结果可为后续筛选关键修饰位点及其调控酶、解析肌少症发生机制和探索干预靶点提供依据。

该研究2026年9月1日正式发表于《Zoological Research》，题为“Comprehensive multi-post-translational modifications profiling reveals age-associated remodeling in skeletal muscle”，李建博士、兰新强博士、郭采芬博士和博士研究生王翔为论文共同第一作者，王齐权教授、向阳教授和田小利教授为共同通讯作者。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。

论文全文：https://www.zoores.ac.cn/article/doi/10.24272/j.issn.2095-8137.2025.460

附图：小鼠骨骼肌衰老多重翻译后修饰总览图。