從早期發育到成年的肌肉乾細胞和祖細胞的基因表達（從左至右）。在發育過程中，細胞從活躍表達一個關鍵基因（綠色）轉換到另一個關鍵基因（紫色），肌肉纖維為紅色。
近日，美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）再生醫學和幹細胞研究中心的一個跨學科研究團隊繪製了首個人類骨骼肌發育的路線圖。相關論文發表在《細胞·幹細胞》雜誌上，確定了從早期胚胎一直到成年存在於骨骼肌組織中的各種細胞類型。
在這項研究中，科學家們重點關注了肌肉祖細胞和肌肉乾細胞，並繪製出了這些細胞成熟時基因網絡的變化過程。
這篇論文的通訊作者、博德幹細胞研究中心的成員April Pyle說：「衰老或疾病導致的肌肉損失通常是肌肉乾細胞功能失調的結果。這張路線圖確定了肌肉祖細胞和幹細胞在整個發育過程中精確的基因網絡，這對於在體外獲得這些細胞，以及治療肌肉疾病至關重要。」
在這之前，科學家們就已經能夠在體外從人多能幹細胞中獲得骨骼肌細胞。而直到現在，研究人員也無法確定這些細胞在人體發育連續體中的位置。
「我們在體外獲得的肌肉細胞，並不像在人體中發現的完全成熟的肌肉乾細胞那樣具有功能。」這篇新論文的第一作者、Pyle實驗室的助理項目科學家Haibin Xi說，「所以我們開始繪製這張路線圖。這樣大家可以參考它，比較我們創造的細胞和真正的人類骨骼肌組織的基因特徵。」
為了繪製這張路線圖，研究小組收集了兩組不同骨骼肌細胞的具體數據：從胚胎發育第5周到中年的人體骨骼肌細胞，以及科學家們在體外獲得的人多能幹細胞來源的骨骼肌細胞，然後通過高通量單細胞RNA測序比較了兩組細胞的基因特徵。
隨後，研究人員開發了新的計算方法，重點研究了肌肉祖細胞和幹細胞，並繪製出與每個發育階段相關的基因網絡，從而將人多能幹細胞來源的肌肉細胞的基因特徵與人類肌肉發育圖譜進行了匹配。研究小組發現，通過多種方法在體外獲得的肌肉乾細胞類似於早期發育狀態的肌肉祖細胞，而與成體的肌肉乾細胞不一致。
除了確定實驗室獲得的肌肉乾細胞的真正成熟度之外，該分析還提供了其他細胞類型的詳細信息，這些細胞類型存在於不同發育階段的骨骼肌組織中，以及人多能幹細胞來源的細胞群體中，可能在肌肉細胞成熟過程中發揮重要作用，並能夠幫助改進在體外中獲得並培養肌肉乾細胞的方法。
「我們發現，一些在體外產生肌肉乾細胞的方法也可能會產生支持肌肉細胞的獨特細胞類型。」Pyle說，「我們想知道，這些細胞的作用是什麼？它們是在體外獲得並支持成熟的功能性肌肉乾細胞的關鍵嗎?」
接下來，研究人員經將利用這一新資源開發更好的從人多能幹細胞中獲得肌肉乾細胞的方法。Pyle希望通過關注幹細胞相關基因表達網絡和支持細胞的類型，將來獲得高性能的肌肉乾細胞，用於未來的再生治療。
科界原創
編譯：花花
審稿：阿淼
責編：張夢
期刊來源：《細胞·幹細胞》
期刊編號：1934-5909
原文連結：
https://medicalxpress.com/news/2020-05-scientists-roadmap-human-skeletal-muscle.html
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