上海
“超快收缩肌纤维” (superfast-twitch myofibers,SFMs) 是脊椎动物中收缩最快的肌肉类型。蜂鸟的飞行以每秒快速移动数十次、响尾蛇尾部的响环发出令人震惊的“嘎啦嘎啦”声及蝙蝠精妙的回声定位系统的发声装置就是由强劲有力的SFMs快速收缩产生的。目前蟾鱼鳔肌是最快的肌肉之一，其收缩频率可超过200Hz，肌肉快速收缩引起鱼鳔振动产生鸣响。目前已经在大多数脊椎动物中发现SFMs，如哺乳动物、鸟类、爬行动物、鱼类等。哺乳动物的眼外肌就有SFMs。超快收缩眼外肌除了在解剖学和电子生理学上与其他骨骼肌不同外，最显著的特征是代谢模式不同，既有超高糖酵解能力也有大量线粒体，以持续服务超快收缩频率。
2023年2月3日，中国科学院动物研究所黄仕强团队在Science Advances发表了题为Spatial metabolomics reveals skeletal myofiber subtypes的研究论文。研究者从样本处理到数据分析多方面优化了高分辨率空间代谢组学的工作流程，成功地表征了肌纤维亚型的代谢特征，并在小鼠腿肌肉内发现了一种罕见的类超快眼外肌的新肌纤维亚型 (2b mitohigh肌纤维)。超快收缩眼外肌通过代谢、收缩和结构蛋白的表达来实现视觉系统精确定位和快速跟踪等复杂的高度特化运动，由多重神经支配、具有抗疲劳又超快速收缩的特性。研究者发现2b mitohigh肌纤维具有超快收缩眼外肌的特征，包括Myh13, Myh8, Chrna2, Acadl, Ldhb等、肌动蛋白、神经肌肉及代谢相关的基因。而且富集到的指纹代谢物包括了参与脂肪酸氧化的酰基肉碱、参与柠檬酸循环和磷酸戊糖途径的焦磷酸硫胺素及动员钙离子的环状双磷酸腺苷-核糖等，表明其具有抗疲劳的代谢特征。
基质辅助激光解吸/电离质谱成像 (MALDI-MSI) 通过对组织切片分解若干个像素点并对每个像素点进行激光电离后同时获得数千个分子的空间分布图，是将质谱的分子敏感性和特异性与空间分辨能力相结合的强大工具。然而与液相色谱质谱联用 (LC-MS) 技术的非靶向代谢组学相比，MALDI-MSI的空间代谢组学在代谢物注释、鉴定及图像精准共配准等方面都面临着更大的挑战。骨骼肌是由四种不同代谢特征的肌纤维亚型组成的，由于肌肉的结构相对简单、肌纤维的代谢异质性、单个肌纤维细胞的大小足以提供超过检测极限的代谢物为代谢组学分析提供了丰富的信息，因此骨骼肌可作为高空间分辨代谢组学的理想模型。研究者优化了样本制备以此提高了单肌纤维的表面积，增强了离子丰度，并获得了高空间分辨率的肌纤维质谱图像。结合LC-MS非靶向代谢组学分析进行交叉验证，产生了更可靠的空间代谢组学结果。优化了高空间分辨率代谢组学的数据分析，发现了一种新的2b mitohigh肌纤维亚型，其具有抗疲劳代谢及超快肌纤维表达的分子特征。这是多年来第一次明确的报道了腿肌肉存在新的代谢亚型，丰富了对骨骼肌纤维亚型的认识，加深了对生理或病理条件下肌纤维重塑的理解。
据悉，中国科学院动物研究所博士生罗兰芳为该论文的第一作者，黄仕强研究员和特别研究助理刘涛燕博士为共同通迅作者。
http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add0455.
制版人：十一
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