这项研究由杜克-新加坡国立大学医学院主导，并与新加坡中央医院和卡迪夫大学合作开展，确定了一个随着肌肉衰老而受到破坏的分子系统。运动有助于使该系统恢复平衡，使肌肉细胞能够清除受损蛋白质并维持健康组织。
这项研究结果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，为肌肉衰老的生物学机制提供了新见解。它们还有助于解释为什么运动对某些老年人的效果可能比其他人更好。
尽管实验是在果蝇和小鼠身上进行的，但研究人员认为，其潜在机制最终可能帮助科学家开发出保护人类肌肉力量和活动能力的新方法。
为什么肌肉会随着年龄增长而变弱
肌肉流失是与衰老相关的最显著的生理变化之一。从中年左右开始，肌肉逐渐失去力量和功能，使日常活动变得更加困难，并增加跌倒和骨折的可能性。
肌肉无力还会使伤病恢复变得复杂，并使身体更难调节血糖。由于肌肉在代谢中起着重要作用，其恶化所影响的远不止体力。
对于包括新加坡在内的老龄化人口来说，保持肌肉健康尤为重要。防止肌肉衰退可以帮助老年人保持独立，同时减轻护理人员和医疗系统的负担。
在细胞层面上，保持肌肉健康需要在产生新蛋白质与处理旧蛋白质或受损蛋白质之间取得微妙的平衡。蛋白质构成了肌肉细胞内的大部分机制和结构，因此这种持续的维护对于正常功能至关重要。
负责调节这一过程的主要系统之一是名为mTORC1的信号通路。它作为一个生长调节器，帮助细胞确定何时制造蛋白质并支持肌肉维护。
然而，随着年龄的增长，该系统可能会变得不那么平衡。
当mTORC1过度活跃时，肌肉细胞可能会将过多注意力集中在产生蛋白质上，而无法清除受损蛋白质。随着时间的推移，这些有缺陷的蛋白质不断积累，给细胞带来压力并干扰其正常运作的能力。
科学家们早就认识到这种失衡是导致肌肉恶化的一个因素，但导致该系统失衡的机制仍不清楚。
科学家发现肌肉衰老背后的关键基因
研究人员将问题追溯到一个名为DEAF1的基因，该基因似乎在控制肌肉衰老方式方面发挥着重要作用。
随着肌肉变老，DEAF1的水平会升高。研究团队发现，这种升高会驱动mTORC1的过度活跃，从而破坏蛋白质产生和清除的正常循环。
其结果是肌肉维护出现故障。衰老的肌肉细胞没有有效地替换受损成分和保留健康组织，而是越来越被本应清除的蛋白质所拖累。
在正常情况下，DEAF1受一个被称为FOXOs的蛋白质家族调节。
这些蛋白质有助于控制基因活性，并参与重要的细胞维护过程。在健康的肌肉中，它们防止DEAF1过度活跃。
但FOXO的活性往往会随着年龄的增长而下降。随着这种保护性调节减弱，DEAF1会增加，推动mTORC1活性升高，并进一步破坏维持肌肉健康所需的进程。
研究人员发现，这一系列事件有助于解释为什么衰老的肌肉会逐渐失去自我修复能力。
至关重要的是，他们还发现运动可以中断这一过程。
运动如何帮助衰老肌肉自我修复
运动不仅能刺激肌肉变得更强壮。根据研究结果，体育活动还有助于恢复在衰老过程中受到破坏的细胞维护系统。
研究人员发现，运动能激活降低DEAF1水平的调节蛋白。这有助于使mTORC1活动恢复到更健康的平衡状态，使肌肉细胞能够清除受损蛋白质，同时继续产生所需的新蛋白质。
实际上，运动帮助肌肉进行重要的内部清理，使其更容易维持健康组织并从损伤中恢复。
该研究的主要作者、来自杜克-新加坡国立大学癌症与干细胞生物学项目的助理教授Tang Hong-Wen解释道：
“运动可以逆转这一过程，纠正失衡。体育活动激活了某些蛋白质，从而降低DEAF1水平，使生长通路恢复平衡。这使得衰老肌肉能够清除受损蛋白质，正确地重建自身，并帮助它们保持更强壮和更有韧性。”
然而，研究人员发现了一个重要的局限性。
当DEAF1水平极度升高或FOXO活性降得过低时，运动可能不再足以完全恢复正常的肌肉修复。
这表明肌肉细胞的生物学状态会影响它们对身体活动的反应效果。它也为为什么一些老年人比其他人从运动中获得更大的改善提供了可能的解释。
这些发现并不表明运动会随着年龄增长而失去价值。相反，它们表明，要开发更有效的预防肌肉衰退的策略，可能需要了解衰老肌肉内部发生的生物学变化。
实验揭示恢复肌肉力量的方法
为了研究DEAF1的作用，研究人员使用果蝇和老年小鼠进行了实验。
这两种动物模型使研究团队能够检验相同的生物学机制是否在不同物种中都会影响肌肉健康。
结果显示出一致的模式。
当研究人员提高DEAF1水平时，肌肉迅速变弱。但当他们降低DEAF1时，蛋白质产生和清除之间的平衡得到改善，肌肉力量也得以恢复。
在果蝇和小鼠中发现了相似的影响，这表明DEAF1参与了一个进化上保守的系统，这意味着其潜在的生物学功能在漫长的进化过程中跨物种保留了下来。
这些实验还提供了证据，表明DEAF1不仅仅与肌肉恶化有关。改变其水平会直接影响肌肉功能，这进一步证实了它在衰老过程中发挥着重要作用。
针对该系统是否能在人类中产生类似的益处仍有待确定。
科学家能否模拟运动的益处？
这一发现的意义可能超越普通的肌肉衰老。
DEAF1还影响肌肉干细胞，这些特化细胞有助于在受伤或损伤后修复和再生肌肉组织。
随着年龄的增长，这些细胞的效率降低，其数量或活性可能会下降，使恢复变得更加困难。涉及DEAF1的破坏可能会进一步损害身体再生健康肌肉的能力。
通过确定DEAF1为一个重要的调节因子，研究人员发现了一个潜在的治疗靶点，可用于旨在改善肌肉维护和恢复的疗法。
此类治疗最终可能使那些难以进行锻炼的人受益，包括那些从大手术、严重疾病或癌症等慢性疾病中恢复的人。
一种可能性是，调整DEAF1活性可以重现通常由体育活动引发的某些分子变化。这可能有助于在一个人运动能力有限的情况下保持肌肉力量。
然而，这仍然是一个潜在的未来应用，而不是一种既定的治疗方法。需要进一步的研究来确定操纵DEAF1在人类中是否既安全又有效。
该研究的第一作者、杜克-新加坡国立大学癌症与干细胞生物学项目的研究助理Priscillia Choy Sze Mun这样描述这一发现：
“运动告诉肌肉‘清理并重置’。降低DEAF1有助于衰老肌肉恢复力量和平衡，几乎就像按下倒带按钮一样。随着数百万老年人面临肌肉衰退的风险，了解DEAF1可能会带来保护肌肉和提高生活质量的新方法。”
对抗年龄相关肌肉流失的新方向
这些发现强调了一个重要的区别，即仅仅刺激肌肉生长与维持保持肌肉健康的细胞系统之间的区别。
如果允许受损蛋白质积累，产生更多蛋白质并不总是有益的。有效的肌肉维护需要这两个过程协同工作。
通过展示运动如何帮助恢复这种平衡，研究人员已经找到了运动对抵抗肌肉衰老的一些保护作用的潜在生物学解释。
杜克-新加坡国立大学研究高级副院长Patrick Tan教授强调了其更广泛的意义：
“这项研究在分子层面上有助于解释为什么衰老的肌肉会失去自我修复能力，以及为什么运动能在某些个体中恢复这种平衡。通过确定DEAF1是这一过程中的关键调节因子，这些发现可能会带来将运动益处带给人口快速老龄化社会的新途径。”
这一发现最终可能有助于研究人员设计出补充体育活动的干预措施，特别是对于那些肌肉不再对运动产生有效反应的人。
目前，这项研究强化了运动的重要性，同时揭示了其益处取决于肌肉细胞内部复杂的分子过程网络。
随着全球人口老龄化，了解这些过程对于保护活动能力、支持恢复以及帮助人们在晚年保持独立性可能变得越来越有价值。
杜克-新加坡国立大学医学院将医学教育与基础和转化生物医学研究相结合。其工作旨在提高对常见疾病的认识，并将实验室发现转化为新的治疗方法，使新加坡及国际患者受益。
这项工作得到了新加坡教育部（2022-MOET1-0004, FY2025-MOET1-0004）、Diana Koh创新癌症研究奖（Duke-NUS-DKICRA/2024/0001）、国家医学院（MOH-001189-00）以及新加坡卫生部通过国家医学研究委员会（NMRC）办公室、MOH Holdings Pte Ltd在NMRC下（MOH-001208-00, MOH-001885-00, MOH-001831-00）的支持。
作者Qian Gou和Priya D Gopal Krishnan获得了Khoo博士后奖学金（Duke-NUS-KPFA/2025/0078; Duke-NUS-KPFA/2024/0075）的支持。