從斷裂的肌肉纖維中漏出的成分激活「衛星」肌肉乾細胞

2020-10-15 上海卡替生物技術

熊本大學(Kumamoto University)與日本長崎大學(Langaki University)的一項研究發現，在培養系統中建立肌肉損傷模型時，斷裂的肌肉纖維洩漏的成分會激活「衛星」（satellite）肌肉乾細胞。在試圖鑑定激活衛星細胞的蛋白質時，他們發現代謝酶，如GAPDH，能迅速激活休眠的衛星細胞並加速肌肉損傷的再生。這是一種非常合理和有效的再生機制，在這種機制中，受損的肌肉本身激活了開始再生過程的衛星細胞。


利用玻璃吸管(共培養)將肌纖維上的衛星細胞與損傷的肌纖維共同培養72小時，使其暴露於受損肌纖維的成分中。

骨骼肌由一束收縮的肌纖維組成，每一根肌纖維都被衛星細胞包圍--肌肉乾細胞可以產生新的肌肉纖維。由於這些衛星細胞的工作，肌肉纖維即使在劇烈運動時被擦傷或撕裂也能再生。衛星細胞在發育階段的肌肉生長和力量訓練中的肌肉肥大中也起著重要的作用。

然而，在如肌肉營養不良和年齡相關的肌肉脆性(肉瘤)中，衛星細胞的數量和功能下降。因此，了解衛星細胞在肌肉再生治療中的調控機制是非常重要的。

在成熟骨骼肌中，衛星細胞通常處於休眠狀態。在肌肉損傷後的刺激下，衛星細胞被迅速激活並反覆增殖。在隨後的肌發生過程中，它們通過與現有的肌肉纖維融合或與之結合來分化和再生肌肉纖維。在這三個步驟(衛星細胞激活、增殖和肌肉分化)中，關於第一步激活是如何被誘導的，人們對此知之甚少。

由於衛星細胞在肌肉纖維受損時被激活，研究人員推測肌肉損傷本身可能觸發激活。然而，這在肌肉損傷的動物模型中難以證實，因此他們構建了一種細胞培養模型，其中從小鼠肌肉組織中分離出的單個肌肉纖維受到物理損傷和破壞。

利用這種損傷模型，他們發現從受損的肌纖維中漏出的成分激活了衛星細胞，激活的細胞進入了細胞分裂的G1期。此外，當被破壞的部件被移除時，激活的細胞恢復到休眠狀態，從而表明受損的成分充當激活開關。

研究小組將這些洩漏的成分命名為「損傷肌纖維衍生因子」(DMDFs)，它是繼肌肉纖維斷裂之後，用質譜法鑑定出來的。大多數已鑑定的蛋白質是代謝酶，包括糖酵解酶(如GAPDH)和肌肉偏離酶，它們被用作肌肉疾病和疾病的生物標誌物。GAPDH被認為是一種「月光蛋白」，除了其在糖酵解中的原始功能外，還有其他的作用，例如細胞死亡控制和免疫應答中介。因此，研究人員分析了包括GAPDH在內的DMDFs對衛星細胞激活的影響，並證實暴露導致它們進入G1期。

此外，研究人員將gapDH注射到小鼠骨骼肌中，並觀察到藥物引起的肌肉損傷後衛星細胞的增殖加速。提示DMDFs具有激活休眠衛星細胞和誘導損傷後肌肉快速再生的能力。斷肌激活衛星細胞的機制是一種高效的組織再生機制。

該研究的帶頭人，Yusuke Ono副教授說，「在本研究中，我們提出了一種新的肌肉損傷-再生模型。然而，DMDFs如何激活衛星細胞的詳細分子機制仍是一個有待進一步研究的問題。除了衛星細胞激活外，DMDF的兼職功能預計也將多種多樣。最近的研究表明，骨骼肌會分泌各種因素，影響其他器官和組織，如大腦和脂肪，進入血液，因此，DMDFs可能通過血液循環參與受傷的肌肉與其他器官之間的聯繫。我們相信，進一步闡明DMDFs的功能，可以澄清某些肌肉問題的病因，並有助於新藥的開發。」

更多信息：Stem Cell Reports

doi.org/10.1016/j.stemcr.2020.08.002

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