Cell Stem Cell：深度剖析！科学家开发出人类骨骼肌发育的细胞路线图谱！

2020年5月25日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，一项刊登在国际杂志Cell Stem Cell上的研究报告中，来自加州大学洛杉矶分校等机构的科学家们通过研究开发出了首个路线图，其能清楚地揭示人类骨骼肌发育的机制，包括肌肉干细胞的形成机制。

目前研究人员并不清楚人类骨骼肌的发育轨迹以及祖细胞和干细胞状态之间的过渡阶段，文章中，研究人员利用单细胞RNA测序技术对胚胎、胎儿及出生后阶段的人类骨骼肌组织进行了深入分析，在硅片材料中研究人员识别出了肌原性细胞和其它类型的细胞，并且构建出了一个不同发育阶段的人类骨骼肌个体发育路线图，以类似的方式，研究人员还分析了由多个人类多能干细胞（hPSC）肌原性分化步骤所产生的异质性细胞培养物，并将hPSC衍生的肌原性祖细胞定位了到胚胎-胎儿的过渡时期。

图片来源：Broad Stem Cell Research Center

研究者发现了不同丰富的生物过程，同时还在不同肌原性阶段存在的共调节基因网络和转录因子，本文研究或能帮助研究人员深入理解人类肌细胞形成的分子机制，同时也能帮助他们更好地理解hPSC衍生的肌原性祖细胞的功能，并为后期骨骼肌再生医学的转化应用提供新的思路。本文研究的亮点成果包括：1）研究人员构建出了胚胎、胎儿、成体组织中四肢骨骼肌的图谱；2）发现人类肢体骨骼肌和支持细胞在发育过程或存在差异；3）在不同发育阶段PAX7肌肉组织细胞和干细胞或许并不相同；4）在人类机体发育过程中，hPSC- PAX7细胞与胚胎至胎儿的过渡阶段一致。

文章中，研究人员识别出了从早期胚胎发育到成年后的骨骼肌中存在的多种细胞类型，重点关注肌肉祖细胞（在出生前促进肌肉形成）和肌肉干细胞（出生后及机体损伤后再生）后，研究人员绘制出了细胞中基因网络如何随着细胞的成熟过程而发生改变。该路线图的绘制能帮助研究人员在实验室中开发肌肉干细胞，对于后期开发再生细胞疗法用来治疗严重的肌肉疾病，包括肌肉萎缩症、年龄相关的肌肉质量和力量损失至关重要。研究者April Pyle表示，因衰老或疾病导致的肌肉损失往往是肌肉干细胞异常所导致的结果，人类骨骼肌发育图谱的绘制确定了肌肉祖细胞和干细胞在整个发育过程中存在的精确基因网络，这对于开发出产生这些细胞的方法，从而用来治疗相关肌肉障碍至关重要。

如今研究人员已经能够通过利用人类多能干细胞来产生骨骼肌细胞，人类多能干细胞能够自我更新并分化为机体中任何类型的细胞，然而，截止到目前为止，研究者并不能确定这些细胞在人类发育过程中的具体位置。研究者表示，他们在实验室中制造的肌肉细胞并不像在人类机体中发现的完全成熟的肌肉干细胞那么样发挥功能，为此他们就开始着手制作这张地图，并作为研究人员用来比较目前正在创建的细胞的基因特征和真实人类骨骼肌组织的基因特征的参考。

为了创建这种资源，研究人员收集了两组不同的骨骼肌细胞的高度特异性数据，即从胚胎发育的第五周到中年时期的人体骨骼肌细胞，以及研究人员在实验室中生成的人类多能干细胞所衍生的骨骼肌细胞，随后对这两种来源的细胞的遗传特性进行了比较。研究人员获得了21份人类骨骼肌组织样本，对于多能干细胞衍生的肌肉细胞而言，他们利用特殊的技术评估了所产生的细胞。

研究者对所有样本进行了高通量基于液滴的单细胞RNA测序，该技术能帮助研究人员识别出单细胞中存在的基因网络，并能同时处理数千个细胞，利用该技术的强大功能，研究人员就能从人类组织和多能干细胞中识别出多种不同细胞类型的遗传特征；随后他们开发出了计算方法来重点分析肌肉祖细胞和干细胞，并绘制出了每个发育阶段相关的基因网络，这就能使得研究人员将多能干细胞衍生的肌肉细胞中的基因特征与人类肌肉发育图谱中相应的位置相匹配。研究者发现，他们尝试过的所有方法所产生的多能干细胞衍生的肌肉细胞都与早期阶段的肌肉祖细胞相似，其并不与成年肌肉干细胞相吻合。

除了能够确定实验室所产生的细胞的真正成熟度外，这项分析还提供了发育阶段骨骼肌中其它细胞类型和人类多能干细胞衍生的细胞群体的细节，这些细胞在肌肉细胞成熟过程中发挥着重要作用，并可能会改进在培养皿中产生并支持肌肉干细胞的方法。研究者Pyle说道，在培养皿中产生肌肉细胞的某些方法也会产生可能支持肌肉细胞的特殊细胞类型，所以研究者现在的问题是，这些细胞到底在做什么？它们是否对于在培养皿中产生并支持肌肉干细胞的成熟和功能至关重要？

后期研究人员还会继续深入研究利用相关研究结果开发更好的方法，从而在实验室中利用人类多能干细胞产生肌肉干细胞，研究者希望能通过重点关注干细胞相关的基因表达网络和所识别出的支持性细胞类型，从而产生高能量的肌肉干细胞，为未来的再生医学疗法的开发提供帮助。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

【1】Haibin Xi，Justin Langerman，Shan Sabri， et al. A Human Skeletal Muscle Atlas Identifies the Trajectories of Stem and Progenitor Cells across Development and from Human Pluripotent Stem Cells， Cell Stem Cell (2020).doi：10.1016/j.stem.2020.04.017

【2】Scientists create first roadmap of human skeletal muscle development

by University of California， Los Angeles