骨骼肌细胞凋亡和身体机能；老年肌肉中的氧化 RNA/DNA 损伤和修复

具体目标：

具体目标 1。 确定年轻健康对照者以及高功能和低功能老年受试者在衰老过程中肌肉凋亡的程度。 研究人员假设观察到的肌肉细胞凋亡水平与身体残疾有关。 研究人员将招募十名年轻的对照组（20-35 岁）。 研究人员还将招募 40 名老年人（70-99 岁），并根据他们的身体表现水平按照既定标准将其分为两个不同的类别。 在短期体能测试 (SPPB) (66) 中总成绩得分 ≥ 11 的受试者将被视为高功能。 相反，总成绩得分 ≤ 7 的受试者将被视为低功能。 除了 SPPB，研究人员还将进行手握力测试和等速膝伸肌测试，并将实施 3D 磁共振成像 (MRI) 以精确量化股四头肌收缩面积。 研究人员将对每个受试者进行肌肉活检，以使用生化和组织学分析确定细胞凋亡的严重程度（参见方法）。 残疾将使用自我报告问卷进行评估。 因此，研究人员将确定肌肉细胞凋亡的程度，并且研究人员将能够将其与身体残疾和肌肉质量的水平相关联。

具体目标 2. 阐明聚（ADP-核糖）聚合酶 1（PARP-1）和凋亡诱导因子（AIF）在诱导人骨骼肌细胞凋亡中的作用。 研究人员假设观察到的细胞凋亡导致的细胞丢失主要与半胱天冬酶非依赖性机制有关。 研究人员最近表明，激活线粒体半胱天冬酶非依赖性细胞凋亡途径可能比半胱天冬酶依赖性途径在促进核细胞死亡方面发挥更重要的作用 (67)。 此外，研究人员假设细胞凋亡的 PARP-1/AIF 通路可能参与了与年龄相关的肌肉萎缩过程。 研究人员将定量评估 PARP-1 和 AIF，并将这些措施与肌肉细胞凋亡的程度相关联。

具体目标 3. 评估线粒体功能障碍和能量衰竭在肌肉细胞凋亡、肌肉减少症和残疾中的作用。 研究人员假设线粒体功能障碍和由此导致的三磷酸腺苷 (ATP) 生成减少与肌肉减少症有因果关系，可能是通过触发细胞凋亡程序。 据估计，老年人股四头肌产生的平均 ATP 约为年轻受试者的 50% (68)，并且推测能量衰竭可能引发细胞凋亡 (58)。 与这些发现一致，研究人员最近发现，在大鼠的腓肠肌中，ATP 含量和 ATP 产生率随着年龄的增长下降了约 50% (59)。 研究人员将定量评估肌细胞的 ATP 含量以及关键的线粒体代谢酶，即柠檬酸合酶、细胞色素-c-氧化酶 (COX)、ATP 酶和乌头酸酶。 研究人员将这些参数与细胞凋亡水平以及身体表现、残疾和肌肉质量的测量相关联。

具体目标 4. 将身体机能和肌肉质量的变化与随访中的肌肉细胞凋亡和生化参数相关联（纵向研究）。 4 年后，将重新评估高性能组中的受试者的肌肉凋亡率、PARP-1 和 AIF 活性以及能量产生。 研究人员会将这些参数与通过 MRI 评估的身体表现和肌肉质量测量值以及自我报告的残疾相关联。 因此，研究人员将能够将在这个非常高龄时身体表现、肌肉质量和功能状态的最终下降与肌肉细胞凋亡和生化参数的变化直接相关联。

研究计划：

使用横断面设计（20-35 岁和 70-99 岁），研究人员将量化健康人群（参见纳入/排除标准）中股外侧肌的细胞凋亡水平。 不可替代的有丝分裂后细胞的凋亡可能是肌肉减少症发展的重要机制，并且尚未在随着年龄增长的健康人中进行研究。 多种慢性疾病都记录了人类骨骼肌细胞凋亡的案例；即慢性肺部疾病 (69,70) 和心力衰竭患者 (69,71,72)。 然而，在进行更复杂的条件（例如疾病条件和虚弱）之前，必须在相对健康的人中建立细胞凋亡的基线水平。 此外，研究人员将通过量化肌肉横截面区域内的细胞核数量来确定膝关节伸肌强度、肌细胞体积、细胞外空间和肌核域（横截面肌肉面积/细胞核）。 这一具体目标将建立细胞凋亡的基线水平，并评估评估肌肉减少症的标准措施。

学习规划。 为了实现我们的目标，研究人员提出了两项​​独立但互补的研究

1. 为了深入了解细胞凋亡潜力随年龄的变化及其对肌肉质量和力量损失的贡献，研究人员将量化年轻人（20-35 岁；N = 20）股外侧肌的细胞凋亡水平，老年高功能（年龄 70-99 岁；N = 25）和老年低功能（年龄 70-99 岁；N = 20）受试者。 将在研究参与者中进行肌肉活检和 MRI 扫描以量化股四头肌收缩面积。 肌肉力量将通过手握力测试和等速膝伸肌测试来评估。
2. 通过量化老年（70-99 岁）、高功能（N = 25）股外侧肌的肌肉凋亡程度，收集骨骼肌细胞凋亡对肌肉减少症、高龄身体功能丧失的影响的初步数据) 和低功能 (N = 20) 受试者，以及肌肉质量 (MRI)、肌肉力量（手握力和膝盖伸展测试）和整体身体表现（短期身体表现电池，SPPB (67)）的测量。 此外，研究人员将收集有关线粒体驱动的细胞凋亡在老年肌肉萎缩和功能丧失中的作用的初步数据。

将对所有研究参与者进行简短的身体检查，并记录主要生物体征（体重、站立高度、体温、血压和脉搏）。 还将进行有关参与者健康史的基本问卷调查

四年后，将对老年参与者的身体表现、功能状态肌肉质量 (MRI)、肌肉细胞凋亡和生化参数进行重新评估。残疾也将使用自我报告的残疾问卷进行评估。 为了获得有关身体表现和功能状态随时间变化的信息并最大限度地保留，将安排年长的参与者每年进行一次 SPPB、手握力和膝伸肌测试。