骨骼肌量的決定很大程度上是取決於mRNA轉譯速率（即蛋白質合成）和蛋白質降解之間的淨差異。因此，在導致肌纖維尺寸減小（即萎縮）的條件下，蛋白質的降解速率將超過蛋白質的合成速率。相反，在刺激肌纖維生長（即肥大）的條件下，蛋白質的合成速率將超過蛋白質的降解速率。在骨骼肌中，蛋白質的合成速率對多種刺激的變化有反應，包括營養，神經活動，細胞因子，生長因子，激素和機械刺激。
此外，蛋白質合成速率的變化可以相對迅速地發生：數分鐘至數小時，代表存在調節機制，可以反應適當的刺激而迅速增加mRNA轉譯的速率。轉譯的主要調節因子是在多蛋白複合物mTOR複合物1（mTORC1）中發現稱為mTOR的蛋白激酶，並且已有大量證據表明mTORC1發揮了關鍵作用，刺激蛋白質合成速率和骨骼肌量增加的作用。
[mTOR/mTORC1/mTORC2]
mTOR是一個相對較大的（289kDa）絲氨酸（S）/蘇氨酸（T）激酶，存在於兩種功能和結構上不同的多蛋白複合物mTORC1和mTORC2中。mTORC1由幾種不同的蛋白質組成（包括mLST8，PRAS40和Deptor），但是，mTORC1的主要定義特徵是存在稱為 raptor（mTOR的調控相關蛋白）的蛋白質，其中mTORC1是由兩個mTOR和兩個raptor組成的專性二聚體。 mTORC1的另一個獨特特徵是，大環內酯類抗生素(macrolide) 雷帕黴素(rapamycin)與FKBP親免素家族的特定成員（例如FKBP12）複合，會與mTOR的FRB結構域結合，並通過變構阻斷基質與mTOR的激酶結構域結合和/或破壞mTORC1的二聚體結構，從而抑制了mTORC1的許多（但不是全部）下游作用。
與mTORC1相比，mTORC2的主要特徵是存在mTOR結合蛋白rictor（mTOR對rapamycin不敏感的共構），它與另一種mTORC2特異性蛋白mSin1結合，從空間上抑制rapamycin/ FKBP12複合物與mTOR的FRB結構域結合，使mTORC2對rapamycin的急性抑制作用具有抗性; 然而，隨著治療時間的延長，rapamycin已被證實最終會破壞mTORC2複合體並抑制mTORC2訊號傳導。mTORC2對mTORC1也具有不同的下游靶標，包括AGC激酶家族的成員，蛋白激酶C（PKC），蛋白激酶B（PKB；又名Akt）以及血清和糖皮質激素誘導的蛋白激酶1（SGK1）。有趣的是，Akt和SGK1都是蛋白質合成和蛋白質降解的已知調控，這表示mTORC2也可能具有調節骨骼肌量的作用。關於mTORC1的下游靶標，研究最多的兩個是真核起始因子4E結合蛋白1（4E-BP1）和70 kDa核醣體蛋白S6激酶1（p70S6k1），兩者均在mRNA轉譯起始中起重要作用。
[機械負荷]
在大鼠肌肥大的實驗模型中蛋白質的合成會增加，隨後的研究表示，在人類進行一次阻力運動後，肌肉蛋白質的合成速度會顯著提高。幾條證據表示，骨骼肌中蛋白質合成的速度受生長因子（例如IGF1）活化並依次包含磷酸肌醇3-激酶（PI3K），Akt（也稱為蛋白激酶B，PKB）的激酶級聯控制，和mTOR的機制靶標。最初是通過發現RAS突變體選擇性活化Akt的成年小鼠肌肉轉染導致轉染纖維的顯著肥大，首先暗示了對該途徑的刺激導致肌肉肥大。尤其是，對raptor結合的rapimycin敏感的mTOR複合物1（mTORC1）可以通過使真核起始因子4E結合蛋白（4E-BPs）和核醣體S6蛋白激酶1（S6K1）磷酸化來刺激蛋白質合成。
另外，mTORC1通過作用於TOP mRNA轉譯的關鍵阻遏物LARP1，控制末端寡聚嘧啶（TOP）mRNA的轉譯，該寡核苷酸編碼核醣體蛋白以及幾種起始和延伸因子。除了通過PI3K-Akt級聯作用的IGF1和胰島素等生長因子外，mTOR的上游活化劑還包括通過Rag GTPases作用的不同氨基酸和機械信訊號，例如DGKζ產生的磷脂酸，然而，運動引起的肌肉肥大過程中將機械性超負荷和mTOR活化聯繫起來的訊號通路尚不清楚。
目前的證據表明，對於機械刺激的急性收縮模型，有一種新興的模式表示，由rapimycin敏感的mTORC1依賴性機制決定了蛋白質合成的早期增加，而在後期刺激時間點，該機制可能改變為rapimycin不敏感的mTORC1依賴性機制或是不依賴mTORC1的機制。
mTORC1似乎對於慢性機械負荷所誘發的肌纖維肥大是絕對必要的，但可能在由更多間歇性的急性阻力運動引起的肌肥大中，只發揮部分作用，同時也可能部分是不依賴mTORC1的機制。儘管已經取得了進展，但有關mTORC1活化及其下游目標的許多問題仍有待解答。
[內分泌與生長因子]
[IGF1]
IGF1是一種有效的生長因子，可影響發育過程中的肌肉生長，並在生長激素的控制下全身充當肝臟產生的典型激素，並局部發揮骨骼肌產生的旁分泌/自分泌因子的作用。IGF1能夠通過結合特異性受體（IGF1R）並激活PI3K-Akt-mTOR信號傳導途徑來誘導肌肉肥大。對IGF1的研究由於存在多種具有可變能力以誘導肌肉肥大的同工型，且與胰島素的活性部分重疊（胰島素可以激活IGF1受體，反之亦然），以及存在可能對IGF1起作用的結合因子而變得複雜。但是，在缺乏IGF1受體的小鼠肌肉中，超負荷引起的肌肥大完全不受影響。
[Follistatin-Myostatin-BMP]
肌生長抑制素（Myostatin/GDF8）和activin A是TGFβ超家族的成員，它們通過與第II型activin受體（ActRII）結合而充當肌肉量的負調節劑。它們的作用被內源性抑制劑：卵泡抑素（Follistatin）阻斷，後者起促肌肥大信號的作用。成年小鼠肌肉中肌生長抑制素失去活性或卵泡抑素過度表達，是通過注射肌生長抑制素的抗體或卵泡抑素變體Fst288注射引起的肌肉肥大，纖維類型組成從慢縮到快縮的變化。肌生長抑制素與其受體的結合導致Smad3磷酸化，從而干擾Akt-mTOR途徑，而卵泡抑素活化該途徑並促進蛋白質合成。相反地就其在肌肥大中的作用而言，尚未確定磷酸化的Smad3在核轉位和與靶基因結合後的作用。與肌肉生長抑制素相比，TGFβ超家族的其他成員，例如某些骨形態發生蛋白（BMP），對肌肉生長具有相反的作用。特別是，BMP7的過度表達可誘導小鼠肌肉肥大。這種作用是通過Smad1/5/8的訊號傳導來調控的，並且需要活化Akt-mTOR途徑，因為BMP調控的骨骼肌肥大是通過抑制mTOR訊號傳導來預防的。
[雄性素]
雄性素，例如睾固酮，通過與雄性素受體（AR）結合，隨後進行核轉位和靶基因調控，是骨骼肌肥大的有效誘導劑。此外，通過在骨骼肌中表達並通過運動訓練上調的5α-還原酶1型（Srd5a1）的活性性，睾固酮可以轉化為二氫睾固酮，因為它對AR具有高親和力，因此是最強大的雄性素。在大鼠的體內研究發現，雄性小鼠戒斷雄性素可通過抑制Akt/mTORC1訊號傳導來降低肌肉肌原纖維蛋白合成，這可能是由於IGF-1表達下調調控的，而雄性素給藥很容易逆轉。雄性素還可以通過由雄性素與表面受體結合調控的非基因組訊號通路起作用，並導致Akt-mTOR活化，這一發現表示：阻斷雄性素基因組效應的雄性素受體拮抗劑不會抑制肌管大小的增加和體外Akt-mTOR的活化。雄性素還誘導衛星細胞增殖，隨後融合引起肌核增生，但是，雄性素誘導的肌肉肥大也不需要這些過程，因為用睾固酮治療的衛星細胞缺乏小鼠的肌肉纖維大小也增加了。
[β2-促進劑]
腎上腺素與β2腎上腺素受體（β2AR）相互作用，β2腎上腺素能受體是由ADRB2基因編碼的G蛋白偶聯受體，它是肌纖維中含量最高的腎上腺素受體。β2促進劑與受體的結合可活化腺苷酸環化酶，並產生cAMP和活化protein kinase A（PKA）。用β2促進劑瘦肉精（clenbuterol）的慢性治療會導致肌肥大，其途徑尚不明確，可能涉及IGF1-PI3K-Akt-mTOR級聯反應。轉錄因子CREB（cAMP反應元件結合蛋白）及其相關的共活化因子的PKA依賴性磷酸化在調控肌肉肥大中的作用尚不清楚。GRK和β-arrestin均可啟動訊號傳導級聯反應，這些訊號通路是G蛋白依賴性和受體依賴性的，可能會影響促肥厚性途徑。例如，肌肉特異性的GRK2剔除增強了clenbuterol刺激的肥大，而缺乏β-arrestin1（這是骨骼肌中主要的β-arrestin亞型）的小鼠則消除了肥大性反應。
[骨鈣素]
發現無骨鈣蛋白的小鼠或具有肌肉特異性剔除骨鈣素受體GPRC6A的小鼠，會經歷肌肉萎縮的發現揭示了骨鈣素（一種骨源性激素）作為肌肥大信號的作用。外源性骨鈣素治療4週足以增加成年小鼠的肌肉量。如在培養的肌管中研究所發現的，這種作用可能是由於骨鈣素促進了肌肉蛋白質的合成，但尚未確定所涉及的信號傳導途徑。有人認為骨鈣素是肌肉-骨-肌肉內分泌軸的主要組成部分，因此骨骼肌在運動中釋放的介白素6（IL-6）作用於成骨細胞上，誘導釋放生物活性骨鈣素，進而作用於肌細胞。但是，最近使用新的骨鈣蛋白剔除模型的研究，尚未證實骨鈣蛋白的內分泌作用或對骨骼肌的肥大作用。
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