A decline in skeletal muscle NOX4 abrogates exercise-induced adaptive homeostasis and exacerbates biological aging

骨骼肌 肌萎缩 氮氧化物4 肌生成抑制素 平衡 生物 内分泌学 内科学 NADPH氧化酶 氧化应激 葡萄糖稳态 蛋白质稳态 细胞生物学 莱菔硫烷 活性氧 衰老 心肌细胞 肌肉萎缩 胰岛素
作者
Chrysovalantou E. Xirouchaki,Esther García-Domínguez,Eamon Coughlan,Meagan J. McGrath,Saveen Giri,Shuwei Liang,Florian Wiede,Anne Bigot,Junichi Sadoshima,Mari Carmen Gómez‐Cabrera,Andrew Philp,Marcus Moberg,William Apró,William Roman,Christina A. Mitchell,Tony Tiganis
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (24)
标识
DOI:10.1126/sciadv.adz1953
摘要

A decline in nuclear factor erythroid 2–related factor 2 (NFE2L2)–orchestrated adaptive homeostasis and oxidative distress are thought to be key features of aging. In contracting skeletal muscle, the reactive oxygen species–producing enzyme NADPH oxidase 4 (NOX4) is a potent inducer of NFE2L2 adaptive homeostasis. Here, we report that skeletal muscle NOX4 levels decline in aged mice and humans, resulting in abrogated NFE2L2 adaptive homeostasis, increased protein oxidative damage, and decreased muscle function. We show that deleting NOX4 in skeletal muscle exacerbates the physiological decline associated with aging, resulting in overt sarcopenia and frailty, characterized by physical inactivity, increased adiposity, systemic inflammation, whole-body insulin resistance, and advanced liver disease in aged chow-fed mice. The systems-wide physiological decline in aged skeletal muscle NOX4-deficient mice could be corrected by restoring NOX4 using viral approaches or activating NFE2L2 downstream with sulforaphane and reinstating adaptive homeostatic responses otherwise induced by exercise. Our findings provide important insights into the basis for the decline in NFE2L2-orchestrated adaptive homeostasis that accompanies physical inactivity with age and identify key mechanisms by which exercise may promote healthy aging.
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