2019年10月29日訊/生物谷BIOON/---肌肉乾細胞可發育分化為成肌細胞(myoblasts)，後者可互相融合成為多核的肌纖維，形成骨骼肌最基本的結構。
人類胚胎和成人體內都存在肌肉乾細胞。胚胎和胎兒的肌肉乾細胞增殖使得肌肉組織發展；成年人體內的肌肉乾細胞亦被稱為衛星細胞，處於休眠狀態，沿著肌肉纖維而分布。在經過強烈運動或是受到外界傷害之後，成人的肌肉乾細胞會被激活並開始自我增殖，從而增加或是恢復成人的肌肉組織。對於老年人，肌肉乾細胞不再具有自我複製的活性，從而表現為肌肉組織的萎縮。
小編針對近年來肌肉乾細胞研究取得的進展進行一番盤點，以饗讀者。
1.Nat Metab：衰老肌肉細胞為何癒合能力下降？來自卡耐基大學的生物學家Chen-Ming Fan領導的一項研究表明，隨著年齡的增長，肌肉損傷的恢復能力的下降是由一種蛋白質介導的。該蛋白質能夠抑制肌肉乾細胞分化形成新肌肉組織的能力。相關結果發表在最近的《Nature Metabolism》雜誌上。
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骨骼肌中的肌肉乾細胞具有製造新肌肉組織的強大能力。這些細胞不僅擅長「製造」肌肉，而且還可以不斷分裂產生更多的幹細胞，這一過程稱為「自我更新」。但是它們的相關能力會隨著年齡的增長而減弱，從而導致肌肉創傷後的再生能力下降。
最近，來自卡內基大學的研究者們發現一種叫做GAS1的蛋白質是導致這種情況的罪魁禍首。作者解釋說：「 GAS1蛋白由生長抑制特異性基因編碼，它介導了衰老導致的肌肉乾細胞的功能衰退。」
他們發現，這種蛋白質大量表達於所有老化的肌肉乾細胞中。人為從從衰老的肌肉乾細胞中去除GAS1可使它們恢復年輕狀態，從而支持強大的再生能力。他們還發現，GAS1抑制了另一種稱為RET的細胞表面受體，而後者對於肌肉乾細胞的更新是必需的。相應的，GAS1蛋白越多，RET的功能就越降低。GAS1對RET的抑制作用可以被第三種稱為GDNF的蛋白逆轉，該蛋白能夠結合併激活RET。當研究人員將GDNF直接注射到衰老小鼠的肌肉中時，肌肉乾細胞功能和肌肉再生得以恢復。
2. Mol Ther：CRISPR-Cas9技術能夠治療杜氏肌營養不良杜氏肌營養不良症（DMD）是一種罕見但十分嚴重的遺傳性疾病，可導致肌肉的流失與機體的損傷。最近，由密蘇裡大學醫學院的研究人員作出的一項研究表明：基因編輯技術CRISPR可以為糾正導致該疾病發生的基因突變提供終生性的手段。
「基於動物模型的研究表明，CRISPR可用於糾正導致肌肉細胞異常死亡的基因突變，」該文章的資深作者Dongsheng Duan博士說到：「然而，由於這些基因編輯的肌肉細胞會隨著時間的推移而逐漸老去。因此，如果我們可以糾正肌肉乾細胞中的相關突變，那麼再生的肌肉細胞將不再攜帶該突變。」
首先，研究人員通過AAV9向正常小鼠肌肉注入基因編輯載體。 「我們將AAV9處理的肌肉移植到免疫缺陷的小鼠體內。移植的成年肌肉細胞會率先死亡，然後幹細胞中再生新生的肌肉細胞。如果幹細胞能夠被成功編輯，那麼再生的肌肉細胞也應攜帶編輯的基因。」
研究人員的推理是正確的，因為他們在再生肌肉中發現了大量的，已經經過編輯細胞。並且這些細胞能夠正常產生dystrophin蛋白。
3.Cell Rep：研究人員揭示女性更年期肌肉萎縮的原因在最近發表在《Cell Reports》的一篇文章，明尼蘇達大學醫學院康復醫學系教授Dawn Lowe博士首次確定了雌激素對女性肌肉乾細胞的維持和功能是必不可少的。
這項研究調查了通過手術切除卵巢的小鼠以及肌肉乾細胞中沒有雌激素受體的小鼠，並評估了肌肉再生的能力。研究發現，肌肉乾細胞中雌激素的缺失或雌激素受體的基因缺失導致5塊不同肌肉中的肌肉乾細胞（也稱為衛星細胞）數量下降30%-60%。存活的細胞在受傷後很難自我繁殖和生成新的肌肉。這項研究還包括與芬蘭科學家的合作，他們對絕經前後的女性進行了肌肉活檢。研究結果顯示，在人類中，衛星細胞的數量與血清雌激素水平的變化密切相關。"這是第一個表明雌激素缺乏會影響衛星細胞數量和功能的研究，"lowe說。
圖片來源：Cell Reports。
眾所周知，更年期症狀的雌激素替代療法可以幫助維持肌肉健康。但是這種治療肌肉衰弱的激素替代療法也會增加由於雌激素對組織(如乳房和子宮內膜)的影響而患癌症的風險。研究團隊發現了一個新的藥物，該藥物可以與已知的雌激素受體以一種不影響乳房或子宮內膜組織的方式相互作用，這種藥物能夠刺激肌肉乾細胞中的雌激素信號，因此可能可以防止衰老女性由於更年期導致的肌肉乾細胞下降，這種藥物治療不會產生與常規激素替代療法相似的風險。
4.Gene Dev：新研究揭示肌肉乾細胞分化的「震蕩」效應當肌肉受傷時，肌肉乾細胞必須隨時準備好開始「行動」：例如，在體育活動期間，他們有責任儘快分化產生新的肌肉細胞。然而，與此同時，身體需要有一種機制可以阻止幹細胞的不受控制的分化 - 否則這些細胞在肌肉中的供應會迅速耗盡。根據研究小組最近在《Genes＆Development》雜誌上的報導，MyoD和Hes1蛋白調節肌肉乾細胞的分化，導致產生的細胞數量存在周期性波動。
「在我們的實驗中，我們首先將Hes1和MyoD連接到蛋白質上，發光 - 即發光 - 蛋白質，以便我們更好地跟蹤它們的發育，」該研究的主要作者Ines Lahmann博士解釋道。然後，研究小組能夠觀察到 - 在分離的細胞，肌肉組織和活體動物中 - 作為Notch信號通路的一部分的Hes1蛋白以振蕩方式產生。
「生產每兩到三個小時達到高峰，然後再次下降，」Lahmann報告說，他們在MyoD蛋白中遇到了同樣的現象。 「只要幹細胞中MyoD的數量周期性波動，細胞就會生長和分裂，從而自我更新」。
5.PNAS:細胞替代療法可用於治療肌營養不良症明尼蘇達大學醫學院最近一項研究為利用細胞療法治療肌營養不良帶來了新的希望。在這一發表在美國國家科學院院刊（PNAS）上的研究中，作者深入地研究了體外產生的細胞如何達到肌肉再生的目的。
多年來，研究者們率先在體外從多能幹細胞培養分化產生肌肉乾/祖細胞。這些細胞在移植到患有肌營養不良症的小鼠後能夠產生新的功能性肌肉。如今，研究人員已經推進了這些研究結果，首次確定了培養皿中產生的肌肉乾細胞的分子特徵。
「我們早就已經知道知道肌肉乾細胞在移植之後會發育產生新的肌肉細胞，但對組織環境在這一過程中的影響並不清楚。對此，我們這一研究了解了環境起著的具體作用，這是一個令人興奮的發現，」作者說到。 「在分子和功能水平上了解移植後這些細胞發生的變化，對於為未來的治療應用提供理論基礎尤為重要。」
6.Cell Rep：肌肉乾細胞也能夠驅動癌症的發生？患有杜氏肌營養不良症（DMD）的人有時會發展出一種罕見的肌肉癌，稱為橫紋肌肉瘤，這是由於肌細胞不斷努力重建受損組織導致的。然而，人們對這種癌症是如何產生的知之甚少，因此阻礙了癌症風險預測、治療或檢測的發展。
現在，Sanford Burnham Prebys醫學發現研究所（SBP）的科學家已經證明，肌肉乾細胞可能會導致DMD期間發生的橫紋肌肉瘤，並確定了與腫瘤生長相關的兩個基因。這項使用嚴重DMD小鼠模型進行的研究有助於科學家更好地了解橫紋肌肉瘤在DMD中的發展情況，並表明正在開發的刺激肌肉乾細胞治療的努力應考慮潛在的癌症風險。該研究於2019年1月15日發表在Cell Reports上。
圖片來源：Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute (SBP)。
在這項研究中，科學家們發現，患有更嚴重DMD的小鼠更早發生了橫紋肌肉瘤，這表明增加的肌肉退化促進了癌症的發展。接下來，他們從患有嚴重DMD的小鼠中分離出幾個參與肌肉再生的細胞，並測試了它們成為腫瘤的能力。與其他細胞相比，肌肉乾細胞在獨立生長時具有增強的複製能力（自我更新）和形成的腫瘤。肌肉乾細胞也顯示出它們會發展成腫瘤的早期跡象，包括增加的自我更新，DNA損傷的積累和類似於人橫紋肌肉瘤中所見的基因表達模式。
利用RNA測序，科學家們還發現了與腫瘤生長相關的兩個基因Ccl11和Rgs5，這些基因與炎症和傷口癒合有關。當科學家們將Ccl11和Rgs5蛋白質添加到腫瘤細胞中時，它會減少它們的生長 - 這表明這些基因參與了癌症的生長。
7.Cell Stem Cell：研究人員發現控制幹細胞分化的藥物！幹細胞療法或將終結肌肉萎縮症！一個由UBC研究人員一起創造的藥物也許可以克服幹細胞治療面臨的主要挑戰之一——幹細胞可能會太早及太快分化變成特定的組織細胞。如果這個藥物可以像在實驗室小鼠身上那樣發揮作用的話，也許將使幹細胞療法更接近現實。
UBC和史丹福大學的研究人員對於使用幹細胞輔助肌肉組織再生治療肌肉萎縮症很感興趣，肌肉萎縮症是一種遺傳疾病，病人肌肉會隨時間而受損變弱。幹細胞具有分化產生組成人體特定組織的新細胞，因此具有治癒這類疾病的潛力。理論上，幹細胞可以產生新組織替代受損的組織。但是科學家們卻鮮有成功，尤其是對於肌肉，因為幹細胞一旦從實驗室培養皿中分離出來就開始分化，不再是幹細胞。就肌肉萎縮症而言，肌肉乾細胞會停止分裂、分化形成肌纖維，而肌纖維的移植效果並不好。
研究人員發現一個叫做Setd7的蛋白在控制幹細胞生長以及分化為肌纖維過程中發揮關鍵作用。通過一個藥物，他們可以抑制Setd7蛋白，防止幹細胞分化，這樣幹細胞就會不斷分裂。隨後他們將幹細胞移植到肌肉萎縮症小鼠模型的後腿上，發現這些細胞與肌肉很好地融合在一起，再生組織並提高了肌肉的強度。
「這項發現揭示了一種增強肌肉乾細胞治療效果的新方法，這種方法允許這些細胞在移植到受損組織後促進組織再生並改善肌肉功能。」研究第一作者、UBC博士後研究員、STEMCELL科技資深科學家Robert Judson說道。
8.Nat Commun：iPS技術幫助科學家們成功將皮膚細胞轉化為骨骼肌組織最近，生物醫學工程師們利用誘導多能性幹細胞技術成功地培育出了功能性的人源骨骼肌細胞。這項研究是建立在2015年的一項研究成果的基礎上。當時杜克大學的研究者每年首次利用肌肉樣本培育出了功能性的骨骼肌組織。而最近的這項研究則利用了非肌肉組織進行轉化。該方法使得基因編輯用於細胞治療更近了一步。相關結果發表在最近一期的《Nature Communications》雜誌上。
在這項研究中，作者首先分離了成年人的分肌肉組織，例如皮膚或者血液，並且通過重編程的技術將其轉化為初生狀態。多能性幹細胞進一步在有Pax7的刺激下培養，該分子能夠釋放信號將初生組織轉化為肌肉組織。隨著細胞的不斷增殖，其形態變得與成體肌肉乾細胞十分相似，只是緻密程度哺乳後者。雖然此前研究也有類似的進展，但從沒有人成功地將這些中間體最終轉化為成熟的，有功能的骨骼肌。一旦細胞開始向肌肉的方向順利分化，作者等人立即停止了Pax7的刺激，並且給細胞以充足的養分，以幫助其能夠最終走向成熟。
在這項研究中，作者等人發現在經歷了2-4周的3D培養之後，肌肉細胞開始形成肌纖維，並且在外界刺激，例如電信號或化學信號，的作用下能夠成功收縮。之後，他們還將這些新生成的肌纖維移植進入小鼠體內，結果表明這些細胞能夠最終存活而且通過血管生成的方式與內部組織相連，並且行使至少三周的功能。
9.Cell Stem Cell：科學家利用畸胎瘤成功衍生出肌肉乾細胞近日，來自明尼蘇達大學醫學院的科學家們通過研究開發了一種新方法，能通過名為畸胎瘤的良性腫瘤為肌營養不良症的小鼠機體再生骨骼肌細胞，相關研究刊登於國際雜誌Cell Stem Cell上。
文章中，研究人員描述了他們如何尋找細胞來源來重新製造骨骼肌；Michael Kyba教授說道，這項研究中我們旨在通過搜索未被科學家們探索的地方來尋找合適的細胞來源，當特殊細胞被移植後其就能再生骨骼肌，同時文章中我們也發現這種新生的骨骼肌在力量和彈性方面能發生顯著的改善。
圖片來源：phys.org。
研究人員對來自動物畸胎瘤中的細胞進行靶向作用，結果發現，通過對畸胎瘤細胞進行提純分類，就能為肌營養不良症的小鼠再造骨骼肌，畸胎瘤是一種特殊類型的腫瘤，其能產生所有類型的細胞，包括腺體細胞和毛囊細胞等。研究人員表示，他們並未研究自發產生的病例性畸胎瘤。
相反，研究人員利用未分化的多能細胞注入到免疫缺陷的小鼠機體中製造出了畸胎瘤，同時他們發現，除了含有多種細胞類型，畸胎瘤中還含有大量的肌肉乾細胞。研究結果表明，利用這些畸胎瘤中的幹細胞能夠有效分化再生出骨骼肌細胞，而細胞分化再生的潛力超過了研究人員之前的想像，隨後研究者將一小部分畸胎瘤衍生細胞注射到患病肌肉中，結果發現，相比當前方法所產生的5%-10%的再生率而言，畸胎瘤中細胞的再生率能達到80%，此外，畸胎瘤衍生細胞還能填充成為含有肌肉乾細胞的新生肌肉。
指示肌肉功能的其它參數包括強直力、比力和疲勞時間等，利用畸胎瘤產生的肌肉在肌肉功能控制上表現出了明顯的改善。當前的研究結果非常有前景，研究人員指出，這項研究的關鍵就在於，與目前療法相比，這些畸胎瘤細胞具有產生有再生潛力細胞的能力，儘管這些新生的肌肉組織並沒有表現出任何畸胎瘤的跡象，也並未出現任何其它不良事件，但研究人員認為，在考慮治療應用之前首先確保這種方法的安全性是最重要的。
10.JCI Insight：洗清冤屈！「壞蛋白」TAK1或許能促進機體肌肉生長！近日，一項刊登在國際雜誌JCI Insight上的研究報告中，來自路易斯維爾大學的研究人員通過研究揭示了特殊分子在維持肌肉健康上所扮演的關鍵角色；當研究人員深入研究肌肉生長和健康的機制時，他們就發現了名為TAK1信號蛋白的特殊角色，TAK1即為轉化生長因子β激活激酶1，由於TAK1能夠激活和肌肉萎縮相關的通路表達，因此其對於肌肉健康是有害的。
Ashok Kumar博士表示，TAK1是機體中的一種非常重要的分子，其幾乎能夠調節所有類型的細胞，而且會參與到機體中許多信號過程中，同時還扮演著許多生理性角色，但TAK1在骨骼肌中的角色目前研究人員並不清楚。文章中，研究者假設，通過移除TAK1是否能夠減緩肌肉萎縮（單一動作）相關的兩種下遊通路所產生的負面效應，研究人員設計了一系列細胞培養物和動物模型實驗來確定是否移除TAK1就能夠保留肌肉量和肌肉強度。
研究人員對TAK1進行研究的第一個線索就是對小鼠進行遺傳化修飾移除骨骼肌中的TAK1，結果發現，這些小鼠在出生後不久全都會死亡；轉變策略後，研究人員就開始對成年小鼠進行研究，他們發現，在成年小鼠機體中，代替增加肌肉量的話，降低TAK1的水平就能導致小鼠出現嚴重的肌肉萎縮，同時小鼠肌肉細胞的線粒體和氧化性壓力還會出現異常，這些改變常常與肌萎縮側索硬化症、2型糖尿病、癌症及老化患者機體肌肉的表現相一致。
11.Nature子刊：巨噬細胞有助讓衰老的肌肉煥發青春許多退行性肌肉疾病直到成年時才會出現，並且在實驗室中培養肌肉來測試這些患者的藥物反應將受益於患者自身的成體細胞的使用。不過還存在著一個問題：實驗室製造的成體肌肉組織不具有與新生兒組織相同的再生潛力。
在一項新的研究中，在添加多種已知有助肌肉修復的藥物和生長因子遭遇失敗後，Bursac實驗室的前博士生Mark Juhas考慮加入一種對肌肉損傷作出反應並激活肌肉再生的支持細胞（supporting cell）群體。
在肌肉遭受損傷後，一類巨噬細胞出現在現場，清除留下的破壞，增加炎症和激活免疫系統的其他部分。它們招募的細胞之一就是另一類被稱作M2的巨噬細胞，它們降低炎症和促進組織修復。儘管這些抗炎性巨噬細胞在此之前已用於修復肌肉損傷的治療當中，但是它們從未被整合到在體外培養複雜的肌肉組織的平臺中。
當這些研究人員利用一種毒素破壞成體衍生的工程肌肉時，他們沒有觀察到這種工程肌肉發生功能性癒合，而且肌纖維也無法再生。但是，當他們將這些抗炎性巨噬細胞添加到這種工程肌肉中時，他們發現它在15天內癒合損傷，並且幾乎像損傷出現之前一樣收縮。
這種成功似乎主要源於這些巨噬細胞起著阻止受損的肌肉細胞發生凋亡。與新生兒的肌肉細胞不同的是，成體肌肉細胞需要這些巨噬細胞來協助它們在不進入細胞死亡的情況下修復初始的損傷。隨後，這些存活下來的肌纖維為肌肉乾細胞提供「支架」，從而持續執行它們的再生功能。Bursac認為這一發現可能會為潛在的再生療法提供一種新的研究方向。（生物谷 Bioon.com）